УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известно устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока (а.с. СССР №1632825, B 60 L 15/08, 1989). Устройство содержит источник питания, выключатель, два тяговых электродвигателя постоянного тока, два датчика тока, четыре тиристора, два диода, возбудитель, три резистора, два контактора, коммутирующий конденсатор, коммутирующий реактор.
Недостаток устройства: не обеспечивается надежная работа в нестационарных режимах, так как информация о выключении третьего тиристора поступает только от датчика тока в шунтирующей цепи и не учитывается информация от датчика тока возбуждения, что может привести к критическому уменьшению коэффициента ослабления возбуждения, ненадежной коммутации главного тиристора и, тем самым, к выходу из строя двигателей.
Известно устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока (RU 2208530, B 60 L 15/08, 2001-прототип). Устройство содержит источник питания, выключатель, два тяговых электродвигателя постоянного тока, два датчика тока, прерыватель тока возбуждения, содержащий два ключевых элемента, четыре резистора, коммутирующий конденсатор, два контактора, два согласующих блока, компаратор, блок управления, масштабирующий усилитель, блок защиты от юза и боксования.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является ступенчатое изменение тока в цепи шунтирования обмоток возбуждения, что ухудшает процессы коммутации тяговых электродвигателей, и снижает его надежность,
наличие контура коммутации в цепи ключевых элементов также снижает надежность устройства в переходных режимах.
Задача полезной модели - повысить надежность работы устройства за счет улучшения условий коммутации тягового электродвигателя в переходных режимах.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, содержащее источник питания, последовательно соединенные якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, датчик тока, вывод которого соединен с землей, а выход соединен с входом компаратора, первый вывод контактора соединен с общим выводом первого и второго резисторов, выходы первого и второго согласующих блоков соединены с входами первого и второго ключевых элементов соответственно, третий резистор, в него дополнительно введены третий ключевой элемент, третий согласующий блок, логический элемент НЕ, первый, второй, и третий логические элементы И-НЕ, формирователь уровня, триггер, генератор импульсов, счетчик импульсов, второй вывод контактора подключен к общему выводу якорной обмотки и обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня с входом логического элемента НЕ, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и первым входом второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу счетчика импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ соответственно, выход третьего согласующего блока соединен с входом третьего ключевого элемента, выход третьего логического элемента И-НЕ соединен с вторым входом триггера, выход первого
логического элемента И-НЕ соединен с третьим входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ, свободный вывод якорной обмотки тягового электродвигателя постоянного тока подключен к источнику питания, свободный вывод обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока соединен с свободным выводом датчика тока, к первому выводу контактора подключен третий резистор, свободные выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к первым выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их вторые выводы объединены и подключены к общему выводу датчика тока и обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока содержит источник питания 1, последовательно соединенные якорную обмотку 2 и обмотку возбуждения 3 тягового электродвигателя постоянного тока, датчик тока 4, вывод которого соединен с землей, а выход соединен с входом компаратора 5 (например, микросхема 554СА3, С.В.Якубовский, Л.И.Нессельсон, В.И.Кулешова, В.А.Ушибышев, М.Н.Топешкин. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник. Москва, 1990 год, стр.362), первый вывод контактора 6 соединен с общим выводом первого 7 и второго 8 резисторов, выходы первого 9 и второго 10 согласующих блоков (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединены с входами первого 11 и второго 12 ключевых элементов (например, транзисторы или двухоперационные тиристоры) соответственно, второй вывод контактора 6 подключен к общему выводу якорной обмотки 2 и обмотки возбуждения 3 тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня 13 (например, микросхема АОТ128, В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин. Полупроводниковые
оптоэлектронные приборы: Справочник. Москва, Энергоатомиздат, 1989 год, стр.372) с входом логического элемента НЕ 14, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ 15 и первым входом второго логического элемента И-НЕ 16, выход которого соединен с первым входом триггера 17, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов 18, выход генератора импульсов 19 подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ 16 и второму входу счетчика импульсов 18, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого 9, второго 10 и третьего 20 согласующих блоков (например, драйвер IR2121, Б.Ю. Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ 21 соответственно, выход третьего согласующего блока 20 соединен с входом третьего ключевого элемента 22 (например, транзистор или двухоперационный тиристор), выход третьего логического элемента И-НЕ 21 соединен с вторым входом триггера 17, выход первого логического элемента И-НЕ 15 соединен с третьим входом счетчика импульсов 18, выход компаратора 5 соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 15, свободный вывод якорной обмотки 2 тягового электродвигателя постоянного тока подключен к источнику питания 1, свободный вывод обмотки возбуждения 3 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с свободным выводом датчика тока 4, к первому выводу контактора 6 подключен третий резистор 23, свободные выводы первого 7, второго 8 и третьего 23 резисторов подключены к первым выводам первого 11, второго 12 и третьего 22 ключевых элементов соответственно, их вторые выводы объединены и подключены к общему выводу датчика тока 4 и обмотки возбуждения 3 тягового электродвигателя постоянного тока.
Устройство работает следующим образом. При включении контактора 6 подключается цепь регулирования возбуждения тягового электродвигателя, выполненная на ключевых элементах 11, 12, 22 в цепи которых включены резисторы 7, 8, 23 соответственно. Одновременно выход формирователя уровня
13 устанавливается в логический «ноль», сигнал высокого уровня (логическая «единица») с выхода логического элемента НЕ 14 подается на входы логических элементов И-НЕ 15 и 16. Импульсы с выхода генератора импульсов 19 начинают поступать на первый вход (записи) триггера 17. В триггер 17 записывается логическая «единица», при этом его инверсный выход устанавливается в логический «ноль» и сигнал низкого уровня поступает на первый вход (разрешение счета) счетчика 18. На второй вход счетчика 18 поступают импульсы с генератора импульсов 19. Состояние выходов счетчика 18 увеличивается на 1 с приходом очередного импульса на его второй (счетный) вход, если на первый и третий входы (разрешения счета и сброса) поданы сигналы низкого уровня - логический «ноль». Третий вход счетчика соединен с выходом логического элемента И-НЕ 15, который устанавливается в логический «ноль» если включен контактор 6 и на выходе компаратора сигнал высокого уровня (если ток двигателя не превышает максимальной величины). Выходы счетчика 18 соединены с входами согласующих блоков 9, 10, 20 и входами логического элемента И-НЕ 21. Когда на всех выходах счетчика 18 установится высокий уровень, на выходе логического элемента И-НЕ 21 также установится высокий уровень, который сбросит триггер 17 в исходное состояние, при этом на первый вход счетчика 18 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет. В этом состоянии устройство остается до тех пор, пока не будет выключен контактор 6 или ток двигателя не превысит максимально допустимой величины. Если ток превысит максимальную величину напряжение на выходе датчика тока 4 станет больше порогового значения компаратора 5, при этом на выходе компаратора 5 появится сигнал низкого уровня, соответственно на выходе логического элемента Н-НЕ 15 появится сигнал высокого уровня, который сбросит счетчик 18 в исходное состояние, так как третий вход (сброса) имеет самый высокий приоритет. Ключевые элементы 11, 12, 22 выключаются, так как на управляющих электродах устанавливаются сигналы низкого уровня. При выключении контактора 6 выход формирователя уровня 13 переходит в
высокий уровень, выход логического элемента НЕ 14 в низкий уровень, и выход логического элемента И-НЕ 15 в высокий уровень, который сбрасывает счетчик 18 в исходное состояние. Каждому состоянию счетчика 18 соответствует комбинация включенных ключевых элементов 11, 12, 22 и резисторов 7, 8, 23 соответственно. Эквивалентное сопротивление определяется по формуле:
1
где R - сопротивление первого резистора 7 в цепи силового ключа 11 управляемого младшим разрядом счетчика 18;
n - разрядность счетчика 18;
Сопротивление второго резистора 8 в цепи силового ключа 12:
Сопротивление третьего резистора 23 в цепи силового ключа 22:
Поставленная задача реализуется благодаря тому, что в устройство введены новые элементы и добавлены новые связи, в результате чего регулирование возбуждения до заданной величины осуществляется за заданное время, для предотвращения снижения коэффициента ослабления возбуждения ниже критической величины в устройство введена обратная связь по току, что улучшает условия коммутации тягового электродвигателя и повышает надежность устройства.