УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ РЕКУПЕРАЦИИ И УСТРАНЕНИЯ БОКСОВАНИЯ КОЛЕС ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
DEVICE FOR ADJUSTING ELECTRIC TRAIN SPEED, USING REGENERATIVE POWER AND ELIMINATING TRAIN WHEELS SLIPPAGE

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и городского электротранспорта, может быть применено на транспортных средствах с тяговым двигателем коллекторного типа.
Известно устройство для защиты от боксования (см. патент №2301158, МПК B60L 3/10, опубл. 20.06.2007 г.), которое содержит два тяговых двигателя коллекторного типа, блок контроля боксования, резистор, конденсатор, стабилитрон и тиристор.
Недостатком данного устройства является то, что в случае обнаружения боксования производится кратковременное уменьшение тока через якорные обмотки, однако это действие не приводит к устранению причины боксования, так как уменьшение момента на валу двигателя уменьшает опасность его повреждения, но не гарантирует устранения причины боксования.
В качестве прототипа заявляемого изобретения выбрано устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (см. патент №2376161, МПК B60L 15/00, опубл. 20.12.2009 г.), содержащее источник питания, две группы тяговых двигателей, включенных последовательно, имеются также источник питания, два диода и группы переключателей.
Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: отсутствует защита от боксования, энергия рекуперации используется только для заряда аккумуляторной батареи, емкость которой должна быть слишком большой.
Задача изобретения - экономия электроэнергии за счет полного использования энергии рекуперации как для внутренних нужд, так и для выдачи в сеть постоянного тока в случае наличия резерва по напряжению, полное устранение боксования колесных пар за счет автономного управления каждым тяговым двигателем.
Поставленная задача решена тем, что в устройство для регулирования скорости движения, использования энергии рекуперации и устранения боксования колес электроподвижного состава, содержащее якорные обмотки и обмотки возбуждения двух тяговых двигателей, аккумуляторную батарею и блок управления, дополнительно введены четыре преобразователя постоянного тока в переменный ток, преобразователь-выпрямитель, регулирующий элемент и шесть датчиков тока, входы постоянного напряжения всех преобразователей постоянного тока в переменный ток соединены с входом сети постоянного напряжения, первые выходы первого и третьего преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с обмотками возбуждения тяговых двигателей, а вторые выходы этих преобразователей через датчик тока соединены с входом переменного тока преобразователя-выпрямителя, выход постоянного тока которого через регулирующий элемент соединен с аккумуляторной батареей и с входом питания блока управления, управляющие выходы которого соединены с входами управления преобразователей постоянного тока в переменный ток, а контролирующие входы - с выходами всех датчиков тока, выходы второго и четвертого преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с якорными обмотками тяговых двигателей.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных признаков, состоит в том, что преобразование постоянного тока в переменный ток позволяет трансформировать напряжение для каждой обмотки тягового двигателя и, следовательно, управлять подаваемой мощностью на двигатели в зависимости от сложившихся условий их работы.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для регулирования скорости движения, использования энергии рекуперации и устранения боксования колес электроподвижного состава.
Устройство содержит четыре преобразователя постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3 и 4, входы постоянного напряжения которых соединены с входом сети постоянного напряжения, первые выходы первого 1 и третьего 3 преобразователей соединены через датчики тока 5 и 6 с обмотками возбуждения двигателей 7 и 8, вторые выходы этих же преобразователей, последовательно соединенные, подключены через датчик тока 9 ко входу преобразователя-выпрямителя 10, выход последнего через регулирующий элемент 11 соединен с входом аккумуляторной батареи 12 и через датчик тока 13 - с входом питания блока управления 14, управляющие выходы которого соединены с входами управления преобразователей и регулирующего элемента, а входы контроля - с выходами всех датчиков тока, кроме того, выходы второго и третьего преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока 15 и 16 соединены с якорными обмотками обоих двигателей.
Устройство работает следующим образом.
В режиме тяги преобразователи постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3, 4, под действием сигналов широтно-импульсной модуляции от блока управления 14 формируют переменное напряжение синхронное и синфазное на обмотках возбуждения и якорях двигателей 7 и 8 частотой от 25 Гц до 16 Гц. Управление скоростью движения электротранспорта производится изменением амплитуды формируемого переменного напряжения, торможение производится электрическим способом, изменяя фазу сигнала на обмотке якоря. Возможно движение электротранспорта назад в случае противоположных фаз напряжения на обмотке возбуждения и якоря каждого двигателя. В процессе движения электротранспорта блок управления 14 анализирует токи в обмотках возбуждения и якорях с датчиков 5, 6, 15, 16. Величина тока в якорной обмотке двигателя при заданных значениях широтно-модулированного сигнала на преобразователе постоянного тока в переменный ток определяет момент сил на валу двигателя. Таким образом, блок управления 14 рассчитывает моменты сил на валу каждого двигателя и распределяет энергию движения между ними пропорционально рассчитанным моментам посредством изменения сигналов широтно-импульсной модуляции на управляющих входах преобразователей постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3, 4. Такое управление исключает какое-либо боксование одного из двух тяговых двигателей 7 или 8. При движении транспортного средства по инерции или скатывании по наклонной плоскости формируется ЭДС рекуперации на обмотке возбуждения тягового двигателя. В этом случае формируемая ЭДС может выдаваться в сеть постоянного напряжения, если напряжение сети не превышает максимального значения. В преобразователе напряжения 1 открываются диоды в IGBT транзисторах в случае, если амплитуда переменного напряжения превышает значения напряжения в сети постоянного тока. Однако такое использование энергии рекуперации не всегда возможно, поэтому предусмотрены вторые вторичные обмотки на трансформаторах преобразователей 1 и 3, которые на выходе преобразователей соединены последовательно и подключены к выпрямителю-преобразователю 10. Напряжения на этих обмотках, возникающие в процессе рекуперации, складываются, «выпрямляются» на выпрямителе-преобразователе 10 и через регулирующий элемент 11 поступают на заряд аккумуляторной батареи 12 и входы питания блока управления 14. Управление регулирующим элементом 11 и преобразователями 1 и 3 в режиме рекуперации производится на основании показаний датчиков тока 9 и 13. В случае аварийных ситуаций, например отключения сети постоянного напряжения, происходит восстановление этой сети следующим образом. Напряжение с аккумуляторной батареи 12 через диод регулирующего элемента 11 подается на выпрямитель-преобразователь 10, который, в данном случае, работает как преобразователь постоянного тока в переменный ток за счет своих IGBT транзисторов при управлении сигналами широтно-импульсной модуляции от блока управления 14. Полученный переменный ток трансформируется на преобразователях 1 и 3 в обмотки возбуждения двигателей 7 и 8, одновременно «выпрямляется» на тех же преобразователях, и полученное постоянное напряжение используется для работы преобразователей 2 и 4. В этом режиме электротранспорт может перемещаться на небольшое расстояние и с небольшой скоростью, это ограничивается емкостью аккумуляторной батареи 12 и максимальным током, который можно от нее получить.