УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области тягового электропривода и может быть применена на электротранспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока, питаемыми от сети постоянного напряжения.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (электропоезда ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, ЭД4), которое содержит источник питания, тяговые двигатели постоянного тока, пусковые резисторы, реостатные контакторы, линейные контакторы. (Руководство по устройству электропоездов серии ЭТ2, ЭР2Т, ЭД2Т, ЭТ2М. - М.: Центр Коммерческих разработок, 2003. - 184 с.).
Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: низкая надежность, значительные пусковые потери, невозможность длительной работы на малой скорости движения.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (электровозы 2ЭС6 «Синара» постоянного тока), которое содержит источник питания, восемь тяговых двигателей постоянного тока, линейные контакторы, реостатные контакторы, преобразователь собственных нужд (ПСН), устройство для питания обмоток возбуждения в режиме электрического торможения от статического преобразователя собственных нужд. (Электровоз 2ЭС6 «Синара» / под. ред. В.В. Брексона. - Верхняя Пышма: ООО «Уральские локомотивы», 2015. - 328 с.)
Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: низкая надежность, значительные пусковые потери, и потери при движении с малой скоростью в маневровом режиме.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство для регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока (RU 43826, B60L 15/08, 10.02.2005), содержащее источник питания, выключатель, последовательно соединенные якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик тока якоря, первый вывод первого резистора соединен с общим выводом коммутирующего конденсатора и второго резистора, другой вывод коммутирующего конденсатора соединен с первым выводом третьего резистора, шесть контакторов, общий вывод первого и второго контакторов соединен с первым выводом обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, первый вывод третьего контактора подключен к второму выводу обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока, другой вывод третьего контактора соединен с вторым выводом третьего резистора, к второму выводу второго резистора подключен один из выводов четвертого контактора, регулируемый резистор, первый и второй согласующие блоки, блок управления, блок защиты от юза и боксования, два диода, возбудитель, переключающий элемент, главные и коммутирующий симмисторы, первые электроды которых объединены и подключены к второму выводу первого резистор, соединенного с вторым выводом первого контактора и первым выводом датчика тока якоря, второй электрод главного симмистора соединен с катодом первого диода и общим выводом первого, второго резисторов и коммутирующего конденсатора, второй электрод коммутирующего симмистора соединен с общим выводом третьего резистора и коммутирующего конденсатора, общий вывод третьего контактора и третьего резистора соединен с общим выводом второго резистора и четвертого контактора и анодом первого диода, второй вывод датчика тока якоря соединен с первым выводом обмотки якоря второго тягового электродвигателя постоянного тока и с первым входом блока защиты от юза и боксования, второй вход которого соединен с общей точкой соединения якорных обмоток первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, а третий вход соединен с общим выводом пятого контактора, регулируемого резистора и одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй вывод регулируемого резистора соединен с вторым выводом четвертого и первым выводом шестого контакторов, причем второй вывод шестого контактора соединен с катодом второго диода и первым выводом выключателя, другой вывод выключателя соединен с источником питания, анод второго диода соединен с вторым выводом пятого контактора, выход блока защиты от юза и боксования соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, причем первый выход блока управления через первый согласующий блок соединен с управляющим электродом и первым электродом главного симмистора, второй выход блока управления соединен через второй согласующий блок с управляющим электродом и первым электродом коммутирующего симмистора, а третий выход блока управления соединен с переключающим элементом регулируемого резистора, второй вывод второго контактора соединен с одним из выводов возбудителя, другой вывод которого соединен с общим выводом третьего, четвертого контакторов, второго, третьего резисторов и анодом первого диода, общий вывод обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и третьего контактора соединен с землей.
Недостаток устройства, принятого за прототип, - оно не обеспечивает возможность длительного движения с малой скоростью в маневровом режиме, так как значительные потери электроэнергии в регулируемых резисторах (более 50%) вызывают их нагрев, требуют многократных переключений коммутационных аппаратов, и как следствие - снижение надежности.
Задача полезной модели - повысить надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава и экономичность за счет снижения пусковых потерь при подключении тяговых электродвигателей постоянного тока к контактной сети при маневрах и движении с низкой скоростью.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее последовательно соединенные источник питания, выключатель, первый контактор, регулируемый резистор, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, соединенные с землей, второй и третий контакторы, третий контактор подключен к общей точке соединения регулируемого резистора и якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока, диод, дополнительно введены: статический преобразователь собственных нужд, мостовой трехфазный выпрямитель, первый выход которого соединен с анодом диода, катод которого соединен с вторым выводом третьего контактора, а второй выход мостового трехфазного выпрямителя и первый вход статического преобразователя собственных нужд соединены с землей, второй вход статического преобразователя собственных нужд соединен с первым выводом второго контактора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения выключателя и первого контактора, выходы статического преобразователя собственных нужд соединены с соответствующими входами мостового трехфазного выпрямителя, а второй вывод якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока соединен с другим выводом обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока.
Благодаря тому, что в устройство введены новые элементы и появились новые связи, появляется возможность длительного движения с низкой скоростью в маневровом режиме без потерь в регулируемом резисторе, повышается надежность, и обеспечивается режим энергоэффективного пуска.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования скорости электроподвижного состава содержит последовательно соединенные источник питания 1, выключатель 2, первый контактор 3, регулируемый резистор 4, последовательно соединенные якорные обмотки первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых электродвигателей постоянного тока, соединенные с землей, второй 9 и третий 10 контакторы, третий контактор 10 подключен к общей точке соединения регулируемого резистора 4 и якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока 5, диод 11, статический преобразователь собственных нужд 12 (Брексон В.В. Электровоз 2ЭС6 «Синара». Верхняя Пышма: ООО «Уральские локомотивы», 2015. 328 с.), мостовой трехфазный выпрямитель 13. Первый выход мостового трехфазного выпрямителя 13 соединен с анодом диода 11, катод которого соединен с вторым выводом третьего контактора 10, а второй выход мостового трехфазного выпрямителя 13 и первый вход статического преобразователя собственных нужд 12 соединены с землей, второй вход статического преобразователя собственных нужд 12 соединен с первым выводом второго контактора 9, второй вывод которого 9 подключен к общей точке соединения выключателя 2 и первого контактора 3, выходы статического преобразователя собственных нужд 12 соединены с соответствующими входами мостового трехфазного выпрямителя 13.
Устройство работает следующим образом. В маневровом режиме включены выключатель 2, первый 3 и второй 9 контакторы, и высокое напряжение по цепи источник питания 1, выключатель 2 и первый контактор 3 поступает на статический преобразователь собственных нужд 12, с выхода статического преобразователя собственных нужд 12 трехфазное напряжение подается на входы мостового трехфазного выпрямителя 13, выпрямленное напряжение через диод 11 и включенный второй контактор 9 подается на якорные обмотки первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, включенных последовательно, выход якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока 6 соединен с последовательно соединенными обмотками возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых электродвигателей постоянного тока, второй вывод обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока 8 соединен с землей, которая является общим проводом силовой схемы тягового привода и источника питания. В режиме маневрового движения тяговые электродвигатели постоянного тока получают питание от преобразователя собственных нужд 12. Такая схема позволяет поддержать низкую скорость движения на железнодорожных путях, где она ограничена значениями 5-15 км/ч, без многократных подключений к контактной сети и перегрева регулируемых резисторов. При этом снижение потерь электроэнергии при пуске и маневровом режиме составит 80-90% в сравнении со схемой реостатно-контакторного пуска. При увеличении скорости движения (выше 5 км/ч) схема переходит на реостатный пуск, при этом первый 3 и второй 9 контакторы отключаются и включается третий контактор 10, дальнейший разгон и движение электропоезда осуществляется с питанием тяговых электродвигателей по цепи: источник питания 1, третий контактор 10, регулируемый резистор 4, последовательно соединенные якорные обмотки первого 5, второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых электродвигателей постоянного тока, земля. В режиме движения, со скоростью более 5-15 км/ч, статический преобразователь собственных нужд 12 для питания тяговых электродвигателей постоянного тока не используется, а используется для питания нетяговых нагрузок. Диод 11 служит для предотвращения попадания высокого напряжения на мостовой трехфазный выпрямитель 13 и статический преобразователь собственных нужд 12 при переключении с маневрового режима на реостатный пуск при одновременном замыкании третьего контактора 10 и размыкании второго контактора 9.
Повышение надежности предлагаемого устройства для регулирования скорости электроподвижного состава достигается тем, что при пуске тяговых электродвигателей постоянного тока и движении с низкой скоростью питание тяговых электродвигателей постоянного тока осуществляется от статического преобразователя собственных нужд, надежность которого значительно выше, чем надежность регулируемого резистора, используемого в прототипе, изменение сопротивления которого производится с помощью контакторов, а поддержание низкой скорости движения (маневровый режим) осуществляется повторными подключениями тяговых электродвигателей постоянного тока через регулируемый резистор к источнику питания, что отрицательно влияет на надежность, так как на надежность контакторов влияет количество коммутационных циклов (Дуров В.В., Линденбаум М.Д., Шаповалов Г.А. Надежность электрооборудования пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1981, 184 с.), при большом количестве циклов интенсивность отказов возрастает по сравнению с непрерывным режимом, тем выше, чем выше частота включений. Так же предлагаемое устройство значительно превосходит прототип по энергоэффективности в режиме пуска и движения с низкой скоростью. Потребляемая мощность в этом режиме
Т.Д.
где ∑P - суммарная мощность тяговых электродвигателей постоянного тока,
пр.
η - КПД статического преобразователя собственных нужд,
1
Р - потребляемая мощность предлагаемого устройства регулирования скорости электроподвижного состава.
В режиме реостатного пуска потребляемая электропоездом мощность:
2
где Р - мощность, потребляемая прототипом в режиме пуска,
рег.резист.
R - сопротивление регулируемого резистора,
пуск
I - ток тяговых электродвигателей постоянного тока в режиме пуска.
Т.к. современные статические преобразователи собственных нужд, имеют высокое значение КПД близкое к 1, то уравнение 1 можно записать следующим выражением:
Подставив (3) в (2) получим следующее выражение
Следовательно, предлагаемое устройство регулирования скорости электроподвижного состава имеет лучшую надежность и энергоэффективность, чем прототип.
При этом снижение потерь электроэнергии при пуске и маневровом режиме составит 80-90% в сравнении со схемой реостатно-контакторного пуска, применяемой в прототипе.