ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
DC TRACTION MOTOR

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть применено на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока, в частности на маневровых тепловозах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые посредством преобразователей постоянного напряжения через входной LC-фильтр подключены к источнику питания, сглаживающие реакторы, включенные последовательно с якорными обмотками тяговых электродвигателей, шунтирующие резисторы, включенные параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей, балластные резисторы с контакторами шунтирования, тормозные резисторы, соединенные последовательно с силовыми полупроводниковыми ключами, регуляторы токов возбуждения, диодные мосты, в диагонали постоянного тока которых включены обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, причем параллельно обмоткам возбуждения включены регуляторы токов возбуждения, при этом каждый преобразователь постоянного напряжения состоит из четырех силовых полупроводниковых ключей с обратной проводимостью, соединенных между собой в виде моста, диагональ постоянного тока которого с включенным в нее тормозным резистором и силовым полупроводниковым ключом подключена к входному LC-фильтру, в диагональ переменного тока преобразователя включены соединенные последовательно якорные обмотки тяговых электродвигателей, сглаживающий реактор, балластный резистор с контактором шунтирования и диагональ переменного тока диодного моста (патент на изобретение RU №2215660 С1, кл. B60L 7/12, опубл. в 2003 г.).
Известный тяговый электропривод транспортного средства обладает широкими функциональными возможностями. Недостатками известного тягового электропривода являются недостаточная надежность, связанная со сложностью средств регулирования скоростью электродвигателей и потерей энергии при ее передаче от электродвигателя.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, принятый за прототип, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, преобразователь напряжения состоит из двух регулируемых тиристорных выпрямителей, входы которых подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, а их выходы соединены последовательно и являются выходом преобразователя напряжения, регулятор токов возбуждения выполнен в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения соответствующего тягового электродвигателя через контактор, а через второй контактор параллельно блоку резисторов включен шунтирующий элемент, при этом цепи управления контакторов и входы управления тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера (патент на изобретение RU №2309057 С2, кл. B60L 9/08, опубл. в 2007 году).
Недостатками тягового электропривода являются недостаточная надежность работы тягового электропривода при обеспечении работы его в расширенном диапазоне скоростей, в том числе в режиме плавного регулирования скорости при глубоком регулировании тиристорных выпрямителей и потере энергии из-за возможной потери синхронизации.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей тягового электропривода постоянного тока путем обеспечения его работы в широком диапазоне скоростей, обеспечение плавного регулирования скорости и плавного трогания, уменьшение потерь энергии и повышение надежности работы тягового электропривода постоянного тока.
Указанный технический результат достигается тем, что в тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, вход которого предназначен для подключения источника трехфазного напряжения, к якорной обмотке первого тягового электродвигателя постоянного тока подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, первый датчик тока, к якорной обмотке второго тягового электродвигателя постоянного тока подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока, второй датчик тока, свободные выходы якорных обмоток первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока подключены к плюсовой клемме преобразователя напряжения; свободные выходы первого и второго датчиков тока соединены с коллекторами соответственно первого и второго биполярных транзисторов с изолированными затворами, эмиттеры биполярных транзисторов с изолированным затвором соединены между собой и подключены к минусовому выводу преобразователя напряжения, к плюсовому выводу источника питания и к коллекторам каждого биполярного транзистора с изолированным затвором подключены два датчика напряжения, выходы которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления, параллельно-последовательно соединенным якорным обмоткам и обмоткам возбуждения каждого тягового электродвигателя постоянного тока подключены диоды, причем катоды диодов подключены к плюсовой клемме источника питания, а аноды подключены к коллекторам первого и второго биполярных транзисторов с изолированными затворами.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого тягового электропривода постоянного тока.
Тяговый электропривод постоянного тока содержит тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 и преобразователь напряжения 1, к якорной обмотке 2 первого тягового электродвигателя Э1 подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения 3 первого тягового электродвигателя Э1, первый датчик тока 4, первый биполярный транзистор 5 с изолированным затвором, параллельно последовательно соединенным якорной обмотке 2 первого тягового электродвигателя Э1 и обмотке возбуждения 3 первого тягового электродвигателя Э1 подключены датчик напряжения 6 и диод 7, причем катод диода 7 подключен к плюсовой клемме преобразователя напряжения 1, а анод диода 7 подключен к коллектору первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором, к якорной обмотке 8 второго тягового электродвигателя Э2 подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения 9 второго электротягового двигателя Э2, датчик тока 10, второй биполярный транзистор 11 с изолированным затвором, параллельно последовательно соединенным якорной обмотке 8 второго тягового электродвигателя Э2 и обмотке возбуждения 9 второго тягового электродвигателя Э2 подключены датчик напряжения 12 и диод 13, причем катод диода 13 подключен к плюсовой клемме преобразователя напряжения 1, а анод диода 13 подключен к коллектору второго биполярного транзистора 11 с изолированным затвором, свободные выходы якорных обмоток первого 2 и второго 8 тяговых электродвигателей Э1, Э2 подключены к плюсовой клемме преобразователя напряжения 1, эмиттеры первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором и второго биполярного транзистора 11 с изолированным затвором соединены между собой и подключены к минусовой клемме преобразователя напряжения 1, выходы первого датчика тока 4, второго датчика тока 10, первого датчика напряжения 6 и второго датчика напряжения 12 соединены с первым, вторым третьим и четвертыми входами блока управления 14 соответственно, первый и второй выходы которого соединены с затворами первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором и второго биполярного затвора 11 с изолированным затвором, коллектор первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором подключен к первому датчику тока 4, коллектор второго биполярного транзистора 11 с изолированным затвором подключен к первому датчику тока 10.
Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом.
В режиме тяги с выходов блока управления 14 подаются импульсы управления на затворы первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором и второго биполярного транзистора 11 с изолированным затвором, коэффициент заполнения которых соответствует заданному значению напряжения на электродвигателях постоянного тока. С помощью блока управления контролируют напряжение и токи якорей тяговых электродвигателей Э1, Э2, путем измерения напряжения и тока первым 6 и вторым 12 датчиками напряжения, первым 4 и вторым 10 датчиками тока и воздействием на затворы первого биполярного транзистора 5 с изолированным затвором и второго биполярного транзистора 11 с изолированным затвором обеспечивают плавное изменение напряжения на тяговых электродвигателях Э1 и Э2 при трогании и во всем диапазоне скоростей движения. Например, напряжение, приложенное к якорной обмотке 2 и обмотке возбуждения 3 первого тягового электродвигателя Э1, определяется выражением
дв1
1
1
U=U·λ,
1
где U - напряжение преобразователя напряжения;
1
λ - коэффициент заполнения управляющих импульсов на затворе первого биполярного транзистора с изолированным затвором.
1
1
Путем изменения коэффициента заполнения λ от 0 до 1 напряжение на первом тяговом электродвигателе изменяется от 0 до U, что обеспечивает плавное регулирование тягового электропривода постоянного тока во всем диапазоне скоростей, аналогично для второго тягового электродвигателя постоянного тока.
Предлагаемый тяговый электропривод постоянного тока реализует поставленную задачу - расширяет функциональные возможности путем обеспечения работы тягового электропривода постоянного тока в широком диапазоне скоростей, в том числе и обеспечение плавного регулирования скорости движения и плавного трогания при уменьшении потерь энергии за счет исключения дополнительных потерь, имеющих место в прототипе, при глубоком регулировании тиристорных выпрямителей, повышает надежность работы тягового электропривода постоянного тока за счет исключения необходимости синхронизации в условиях значительных помех при управлении тиристорными выпрямителями при больших углах регулирования.
Тяговый электропривод постоянного тока реализован на опытном образце двухосного маневрового тепловоза ТЭМ31 и показал положительные результаты.