УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относиться к области электротехники и может быть использована, в частности, в тяговых транспортных приводах с электротрансмиссией (передачей мощности от дизеля к колесам).
Известны устройства для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока, применяемые в тяговых транспортных приводах с электротрансмиссией, например, локомотивных тепловозах, дизель-поездах и др. (см., например, статью Ю.Бабкова, О.Котова, А.Литвинова, Д.Сергеева, П.Чудакова Многофункциональная микропроцессорная система управления тепловозом, Современные технологии автоматизации, №3, 2004 г. с.46-48).
Из того же журнала (с.48, рис.5) известно устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока, применяемое в транспортном приводе тепловоза 2ТЭ116КМ. Это содержит регулируемый многофазный источник питания переменного тока (тяговый генератор) с двумя раздельными (трехфазными) выходами, каждый из которых подключен ко входу соответствующего управляемого выпрямителя, выходные выводы которых через тормозные переключатели, регулируемые тормозные контакторно-резистивные реостаты и регулируемые контакторно-резистивные реостаты ослабления (шунтировки поля) возбуждения подсоединены к зажимам для подключения якорных обмоток и обмоток возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, а управляющие выводы всех управляемых и регулируемых элементов подключены к соответствующим выходам схемы управления, выполненной с возможностью управления
указанными элементами в зависимости от поступающих команд и сигналов в цепях обратных связей.
Недостатками перечисленных выше аналогов являются
- частые отказы, малый срок службы и частое ремонтное обслуживание из-за большого количества силовых контакторов постоянного тока с дугогасительными камерами;
- большая вероятность срыва одной из колесных пар в боксование и сложность выхода из него, трудности выравнивания токов при параллельной работе двигателей;
- возможность перегрева балластного резистора в цепи независимого возбуждения;
- малая нагрузочная способность из-за низкого коэффициента использования установленной мощности генератора и выпрямителя (малый угловой диапазон проводимости диодов) при параллельном соединении трехфазных выпрямителей (взаимном запирании диодов).
Перечисленные недостатки свидетельствуют о низкой надежности устройства.
Последний из перечисленных аналогов принят в качестве прототипа.
Техническим результатом предложения является повышение надежности устройства путем устранения перечисленных недостатков.
Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в устройстве для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока содержится три управляемых выпрямителя, первые два из которых соединены между собой своими первыми разнополярными выходными выводами, многофазный источник питания переменного тока с тремя выходами, каждый из которых подключен ко входу соответствующего управляемого выпрямителя, второй выходной вывод каждого из первых двух управляемых выпрямителей подсоединен к первому зажиму для подключения якорных обмоток соответствующего
электродвигателя, а выходные выводы третьего управляемого выпрямителя соединены со вторыми зажимами для подключения якорных обмоток соответствующего электродвигателя, соответственно, предназначенными также для подключения одного из выводов обмотки возбуждения соответствующего электродвигателя, двухсторонний управляемый ключ, подключенный между соединенными между собой первыми выходными выводами первого и второго управляемых выпрямителей и зажимом, предназначенным для подключения других выводов обмоток возбуждения электродвигателей, два регулируемых тормозного реостата, каждый из которых своим первым выводом подсоединен ко второму выходному выводу соответствующего управляемого выпрямителя, а вторым - к соответствующему выходному выводу третьего управляемого выпрямителя и через регулируемый реостат ослабления возбуждения к аналогичному второму выводу другого тормозного реостата.
Технический результат обеспечивается и тем, что устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока снабжено трансформатором, через который третий выход источника питания переменного тока подключен ко входу третьего управляемого выпрямителя.
Технический результат обеспечивается также и тем, что устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока снабжено резистором, включенным между зажимом, предназначенным для подключения других выводов обмоток возбуждения электродвигателей, и средним выводом реостата ослабления возбуждения.
Лабораторные и натурные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования предложенного устройства для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока.
На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока.
Устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока содержит три управляемых выпрямителя 1, 2 и 3, первые два из которых соединены между собой своими первыми разнополярными выходными выводами, многофазный источник питания переменного тока 4 с тремя выходами, которые подключены ко входам управляемых выпрямителей 1, 2 и 3, соответственно. Вторые выходные выводы управляемых выпрямителей 1 и 2 подсоединены к зажимам 5 и 6 для подключения якорных обмоток электродвигателей. Выходные выводы управляемого выпрямителя 3 соединены с зажимами 7 и 8 для подключения якорных обмоток электродвигателей, соответственно, предназначенными также для подключения одних из выводов обмотки возбуждения соответствующего электродвигателя. Двухсторонний управляемый ключ 9 подключен между соединенными между собой первыми выходными выводами управляемых выпрямителей 1 и 2 и зажимом 10, предназначенным для подключения других выводов обмоток возбуждения электродвигателей. Регулируемые тормозные реостаты 11 и 12 первыми выводами подсоединены ко второму выходному выводу управляемых выпрямителей 1 и 2, соответственно, а вторыми - к разным выходным выводам управляемого выпрямителя 3 и через регулируемый реостат ослабления возбуждения 13 к аналогичному второму выводу другого тормозного реостата. Управление управляемыми и регулируемыми элементами может осуществляться вручную или с помощью блока управления 14, выполненного с возможностью управления указанными элементами в зависимости от поступающих команд и сигналов в цепях обратных связей.
Устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока может быть выполнено с
трансформатором 15, через который третий выход многофазного источника питания переменного тока 4 подключен ко входу управляемого выпрямителя 3.
Устройство для питания и регулирования скорости электродвигателей постоянного тока может содержать резистор 16, включенный между зажимом 10 и средним выводом регулируемого реостата ослабления возбуждения 13.
Для конкретизации описания работы рассмотрим пример применения устройства в качестве тягового электропривода электротрансмиссии в составе дизель-поезда с приводом тягового генератора переменного тока от дизельного двигателя со стабилизированной скоростью.
Используемое указанным выше образом устройство для питания и регулирования скорости двух электродвигателей постоянного тока с якорными обмотками 17 и 18 и обмотками возбуждения 19 и 20, соответственно, работает следующим образом.
В режиме пуска, разгона и стационарной тяги управляемый выпрямитель 3 выключен. В цепях между многофазным источником питания переменного тока 4 и выпрямителями 1 и 2 протекают переменные токи. По цепи: выпрямитель 1, зажим 5, якорная обмотка 17 первого электродвигателя, зажим 7, обмотка возбуждения 19 первого электродвигателя, зажим 10, обмотка возбуждения 20 второго электродвигателя, зажим 8, якорная обмотка 18 второго электродвигателя, зажим 6 и выпрямитель 2 протекает постоянный ток нагрузки - двух электродвигателей постоянного тока, работающих в режиме последовательного возбуждения.
По мере нарастания скорости вращения электродвигателей с помощью блока управления 14 производится автоматическое снижение величины сопротивления регулируемого реостата ослабления
возбуждения 13 путем частичного шунтирования обмоток возбуждения 19 и 20, что необходимо для уменьшения противо-ЭДС в якорных обмотках 17 и 18 электродвигателей с целью поддержания постоянным протекающего через них тока.
Так как электродвигатели в этих режимах соединены последовательно, то протекающие токи через их якорные обмотки 17 и 18, а следовательно, и электромагнитные вращающие моменты равны, благодаря чему снижается вероятность срыва одного из них в боксование (проскальзование одной из колесных пар относительно рельс).
Если в силу каких-либо причин, например, из-за различия в силах трения, один из электродвигателей, например, первый сорвался в режим боксования, то по сигналам обратных связей (датчиков скорости) блок управления 14 выключит выпрямитель 1 и включит двухсторонний управляемый ключ 9, что приведет к резкому снижению скорости боксующего электродвигателя из-за быстрого снижения тока в его цепи.
При этом, если боксование наступило при существенных скоростях, сопровождавшихся ослаблением возбуждения электродвигателей, то при наличии резистора 16 имеется возможность сохранить цепь ослабления возбуждения неотключенного (второго) электродвигателя.
После парирования боксования по сигналам цепей обратных связей вновь включится выпрямитель 1, а также отключится двухсторонний управляемый ключ 9, что возвратит схему в начальное рабочее состояние.
Для обеспечения режима динамического (реостатного) торможения блок управления 14 выключает выпрямители 1 и 2, подключает регулируемые тормозные реостаты 11 и 12, постепенно снижая величину их сопротивлений. Одновременно с этим включается выпрямитель 3, в результате чего по цепи: выпрямитель 3, зажим 7, обмотка возбуждения 19 первого электродвигателя, зажим 10, обмотка возбуждения 20 второго электродвигателя, зажим 8, выпрямитель 3 протекает выпрямленный ток,
обеспечивающий независимое возбуждение электродвигателей в процессе торможения (без ослабления возбуждения). В этом режиме через якорные обмотки 17 и 18 электродвигателей ток протекает по цепям: якорная обмотка 17, зажим 5, регулируемый тормозной реостат 11, зажим 7 и якорная обмотка 18, зажим 8, регулируемый тормозной реостат 12, зажим 6, соответственно.