МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известен многодвигательный электропривод, который 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 (а.с. СССР №1632825, B60L15/08,1989).
Недостатком многодвигательного электропривода 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.
Известен многодвигательный электропривод, который 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 (RU 2208530, B 60 L 15/08, 2001 - прототип).
Недостатком многодвигательного электропривода, 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, требуется отдельная схема регулирования напряжения на якорях тяговых электродвигателей при пуске, что требует увеличения элементов.
Задача полезной модели - повысить надежность работы многодвигательного электропривода за счет исключения контура коммутации тиристоров и защиты ключевых элементов от перенапряжений в процессе эксплуатации, расширить функциональные возможности многодвигательного электропривода за счет реализации регулирования напряжения на якорных обмотках тяговых электродвигателей.
Технический результат достигается тем, что в многодвигательный электропривод, содержащий последовательно соединенные источник питания, выключатель, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, первый вывод первого контактора соединен с общим выводом первого и второго резисторов, выходы первого и второго согласующих блоков соединены с первыми входными выводами первого и второго ключевых элементов соответственно, первый, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования соединены с выводами якорных обмоток первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока соответственно, последовательно соединенные третий резистор и конденсатор, второй контактор, датчик тока, четвертый резистор, компаратор, землю, в него дополнительно введены третий ключевой элемент, третий, четвертый и пятый согласующие блоки, два логических элемента И-НЕ, логический элемент И, логический элемент НЕ, формирователь уровня, триггер, генератор импульсов, счетчик импульсов, четыре диода, два блока управления контакторами, второй вывод якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым выводом датчика тока, его второй вывод соединен с общим выводом первого контактора, первого, второго, третьего и четвертого резисторов, выход датчика тока соединен с входом компаратора, свободный вывод первого контактора подключен к общему выводу обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока и катода первого диода, его анод соединен с свободным выводом конденсатора и первым выводом второго контактора, выход
формирователя уровня соединен с первым входом счетчика импульсов и с входом логического элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и первым входом второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом триггера, его выход подключен к второму входу счетчика импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ и третьему 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 логического элемента И, четвертый выход счетчика импульсов соединен с входами четвертого и пятого согласующих блоков и с четвертым входом логического элемента И соответственно, выход третьего согласующего блока соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента, выход четвертого согласующего блока соединен с первым блоком управления первым контактором, выход пятого согласующего блока соединен с вторым блоком управления вторым контактором, выход логического элемента И соединен с вторым входом триггера, выход компаратора соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ, выход блока защиты от юза и боксования соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с третьим входом триггера, свободные выводы первого, второго и четвертого резисторов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора, анода первого диода и второго контактора, аноды второго, третьего и четвертого диодов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, катоды второго, третьего и четвертого диодов объединены и подключены к общему выводу конденсатора и третьего резистора, свободные выводы обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и второго контактора объединены и подключены к земле.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом многодвигательный электропривод, содержащий последовательно соединенные источник питания 1, выключатель 2, якорные обмотки первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, первый вывод первого контактора 7 соединен с общим выводом первого 8 и второго 9 резисторов, выходы первого 10 и второго 11 согласующих блоков (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединены с первыми входными выводами первого 12 и второго 13 ключевых элементов (например, биполярные транзисторы с изолированными затворами или двухоперационные тиристоры) соответственно, первый, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования 14 соединены с выводами якорных обмоток первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока соответственно, последовательно соединенные третий резистор 15 и конденсатор 16, второй вывод якорной обмотки 4 второго тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым выводом датчика тока 18, его второй вывод соединен с общим выводом первого контактора 7, первого 8, второго 9, третьего 15 и четвертого 19 резисторов, выход датчика тока 18 соединен с входом компаратора 20 (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), свободный вывод первого контактора 7 подключен к общему выводу обмотки возбуждения 5 первого тягового электродвигателя постоянного тока и катода первого диода 21, его анод соединен с свободным выводом конденсатора 16 и первым выводом второго контактора 17, выход формирователя уровня 22 (например, микросхема 249ЛП3, В.И.Иванов, А.И.Аксенов, A.M.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. Москва,
Энергоатомиздат, 1989 год, стр.419) соединен с первым входом счетчика импульсов 23 и с входом логического элемента НЕ 24, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ 25 и первым входом второго логического элемента И-НЕ 26, выход которого соединен с первым входом триггера 27, его выход подключен к второму входу счетчика импульсов 23, выход генератора импульсов 28 подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ 26 и третьему входу счетчика импульсов 23, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого 10, второго 11 и третьего 29 согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами логического элемента И 30, четвертый выход счетчика импульсов 23 соединен с входами четвертого 31 и пятого 32 согласующих блоков и с четвертым входом логического элемента И 30 соответственно, выход третьего согласующего блока 29 (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента 33 (например, биполярный транзистор с изолированным затвором или двухоперационный тиристор), выход четвертого согласующего блока 31 (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединен с первым блоком управления 34 первым контактором 7 (например, электромагнитный привод, Б.К.Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, с.219-220), выход пятого согласующего блока 32 (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединен с вторым блоком управления 35 вторым контактором 17 (например, электромагнитный привод, Б.К.Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, с.219-220), выход логического элемента И 30 соединен с вторым входом триггера 27, выход компаратора 20 соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 25, выход блока защиты от юза и боксования 14 соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ 25, выход первого логического элемента И-НЕ 25 соединен с третьим
входом триггера 27, свободные выводы первого 8, второго 9 и четвертого 19 резисторов подключены к вторым входным выводам первого 12, второго 13 и третьего 33 ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора 16, анода первого диода 21 и второго контактора 17, аноды второго 36, третьего 37 и четвертого 38 диодов подключены к вторым входным выводам первого 12, второго 13 и третьего 33 ключевых элементов соответственно, катоды аноды второго 36, третьего 37 и четвертого 38 диодов объединены и подключены к общему выводу конденсатора 16 и третьего резистора 15, свободные выводы обмотки возбуждения 6 второго тягового электродвигателя постоянного тока и второго контактора 17 объединены и подключены к земле.
Многодвигательный электропривод работает следующим образом. В режиме тяги выключатель 2 включен, последовательно с обмотками якорей 3 и 4 подключается цепь регулирования, выполненная на ключевых элементах 12, 13, 33 и резисторах 8, 9, 19 соответственно. Одновременно выход формирователя уровня 22 устанавливается в логический «ноль», сигнал высокого уровня (логическая «единица») с выхода логического элемента НЕ 24 подается на первые входы логических элементов И-НЕ 25 и 26. Импульсы с выхода генератора импульсов 28 начинают поступать через второй логический элемент И-НЕ 26 на первый вход (записи) триггера 27. В триггер 27 записывается логический «ноль», и сигнал низкого уровня поступает на второй вход (разрешение счета) счетчика импульсов 23. На третий вход счетчика импульсов 23 поступают импульсы с генератора импульсов 28. Состояние выходов счетчика импульсов 23 увеличивается на 1 с приходом очередного импульса на его третий (счетный) вход, если на первый и второй входы (сброса и разрешения счета) поданы сигналы низкого уровня - логический «ноль». Первый вход счетчика импульсов 23 соединен с выходом формирователя уровня 22, на выходе которого устанавливается высокий уровень логическая «единица» если режим тяги отключен. Выходы счетчика импульсов 23 соединены с входами согласующих блоков 10, 11, 29 и входами логического
элемента И 30. При изменении состояния счетчика импульсов 23 от 0000 до 0111 значение сопротивления в цепи регулирования изменяется от максимальной до минимальной величины, при этом напряжение на тяговых электродвигателях также увеличивается от минимального значения до напряжения источника питания. С приходом следующего импульса счетчик импульсов 23 переходит в состояние 1000 и включает согласующие блоки 31, 32, которые включают блоки управления 34 и 35 контакторов 7 и 17 соответственно, при этом диод 21 закрывается и схема регулирования переключается из цепи пуска в цепь ослабления возбуждения. Так как младшие разряды счетчика импульсов 23 находятся в состоянии 000, то сопротивление цепи регулирования имеет максимальную величину. При дальнейшем изменении состояния счетчика импульсов 23 от 1000 до 1111, сопротивление цепи регулирования уменьшается до минимальной величины. Коэффициент ослабления возбуждения плавно изменяется до заданного значения. Когда на всех выходах счетчика импульсов 23 установится высокий уровень, на выходе логического элемента И 30 также установится высокий уровень, который сбросит триггер 27 в исходное состояние, при этом на второй вход счетчика импульсов 23 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет. В этом состоянии устройство остается до тех пор, пока не будет выключен режим тяги, и формирователь уровня 22 не сбросит счетчик импульсов 23 в исходное состояние. Если ток якорей тяговых электродвигателей превысит максимальную величину напряжение на выходе датчика тока 18 станет больше порогового значения компаратора 20, при этом на выходе компаратора 20 появится сигнал низкого уровня, соответственно на выходе логического элемента Н-НЕ 25 появится сигнал высокого уровня, который установит триггер 27 в «единичное» состояние, на второй вход счетчика импульсов 23 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет счетчику импульсов 23. Аналогично схема работает при появлении сигнала низкого уровня на выходе блока защиты от юза и боксования 14. Каждому состоянию счетчика импульсов 23 соответствует
комбинация включенных ключевых элементов 12, 13, 33 и резисторов 8, 9, 19 соответственно. Резистор 15, конденсатор 16 и диоды 36, 37, 38 предназначены для защиты ключевых элементов 12, 13, 33 от возможных перенапряжений в процессе эксплуатации многодвигательного электропривода. Выключатель 2 служит для подключения тяговых электродвигателей к источнику питания.
Поставленная задача реализуется благодаря тому, что в многодвигательный электропривод введены новые элементы и добавлены новые связи, в результате чего расширены его функциональные возможности, за счет реализации регулирования напряжения на якорных обмотках тяговых электродвигателей, повышена надежность так, как исключен контур коммутации тиристоров, реализованы плавное регулирование пуска тяговых электродвигателей, вместо ступенчатого, и защита ключевых элементов от перенапряжений в процессе эксплуатации.