УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПОВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области тягового электропривода и может быть применена на электротранспортных средствах с двигателями постоянного тока, питаемыми от сети постоянного напряжения.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (Электропоезд ЭР2 инструкционная книга. Рижский вагоностроительный завод. М.: Транспорт, 1966 с. 154-159) содержащее две группы тяговых электродвигателей с регулируемыми пусковыми резисторами, которые при пуске соединяются сначала в последовательную, а затем в параллельные цепи.
Недостатком устройства является применение контактных элементов в переключателе и жесткая механическая связь между ними, в результате чего при переключении пусковых резисторов возможно несвоевременное переключение контактных элементов, их подгорание и выход из строя, при переключении тяговых двигателей на параллельное соединение возможно размыкание мостового контактора под током, его подгорание и выход из строя, что снижает надежность устройства. Кроме того, не реализуется режим рекуперативного торможения.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (А.С.Мазнев, О.И.Шатнев, К.В.Марченко. Электропоезд ЭР2 с тиристорной системой ослабления возбуждения. Локомотив, 2001, №3, с.29-30 - прототип). Устройство содержит источник питания, выключатель, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока с якорными обмотками и обмотками возбуждения, датчики тока возбуждения и тока якоря, а также первый и второй прерыватель тока, содержащие главный тиристор, тиристор гашения, коммутирующий конденсатор, контактор ослабления возбуждения и резисторы, блок защиты от юза и боксования, а также контактор шунтирования.
Недостаток устройства, принятого за прототип - коммутирующий конденсатор заряжается в момент замыкания контактора шунтирования, это приводит к тому, что, если нестационарный режим возникает в промежутке времени заряда коммутирующего конденсатора, то конденсатор окажется незаряженным и главный тиристор может оказаться невыключенным, что при резком увеличении тока якоря может привести к выходу из строя двигателей. Кроме того, не реализуется режим рекуперативного торможения.
Задача полезной модели - повысить надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава и повысить экономию электроэнергии устройства за счет возврата в контактную сеть энергии, вырабатываемой тяговыми электродвигателями при рекуперативном торможении.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, 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, землю в него дополнительно введены первый и второй согласующие блоки, блок управления, блок защиты от юза и боксования, два диода, возбудитель,
переключающий элемент, главный и коммутирующий симмисторы, первые электроды которых объединены и подключены к второму выводу первого резистора, 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.
Благодаря тому, что в устройство введены новые элементы и появились новые связи, реализуется режим рекуперативного торможения.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания 1, выключатель 2, последовательно соединенные якорные обмотки первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик тока якоря 7, первый вывод первого резистора 8 соединен с общим выводом коммутирующего конденсатора 9 и второго резистора 10, другой вывод коммутирующего конденсатора 9 соединен с первым выводом третьего резистора 11, общий вывод первого 12 и второго 13 контакторов соединен с первым выводом обмотки возбуждения первого 5 тягового электродвигателя постоянного тока, первый вывод третьего контактора 14 подключен к второму выводу обмотки возбуждения б второго тягового электродвигателя постоянного тока, другой вывод третьего контактора 14 соединен с вторым выводом третьего резистора 11, к второму выводу второго резистора подключен один из выводов четвертого контактора 15, первые электроды главного 16 и коммутирующего 17 симмистора объединены и подключены к второму выводу первого резистора 8, соединенного с вторым выводом первого контактора 12 и первым выводом датчика тока якоря 7, второй электрод главного симмистора 16 соединен с катодом первого диода 18 и общим выводом первого 8, второго 10 резисторов и коммутирующего конденсатора 9, второй электрод коммутирующего симмистора 17 соединен с общим выводом третьего
резистора 11 и коммутирующего конденсатора 9, общий вывод третьего контактора 14 и третьего резистора 11 соединен с общим выводом второго резистора 10 и четвертого контактора 15, и анодом первого диода 18, второй вывод датчика тока якоря 7 соединен с первым выводом обмотки якоря 4 второго тягового электродвигателя постоянного тока и с первым входом блока защиты от юза и боксования 19 (Б.К. Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, стр.259-260), второй вход которого соединен с последовательно соединенными якорными обмотками первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока, а третий вход соединен с общим выводом пятого 20 контактора, регулируемого резистора 21 и одним из выводов якорной обмотки 3 первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй вывод регулируемого резистора 21 соединен с вторым выводом четвертого 15 и первым выводом шестого 22 контакторов, причем второй вывод шестого контактора соединен с катодом второго диода 23 и первым выводом выключателя 2, другой вывод выключателя 2 соединен с источником питания 1, анод второго диода 23 соединен с вторым выводом пятого контактора 20, выход блока защиты от юза и боксования 19 соединен с первым входом блока управления 24 (Б.К. Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, стр.255, 371-373), второй вход которого соединен с выходом датчика тока якоря 7, причем первый выход блока управления 24 через первый согласующий блок 25 (может быть выполнен на трансформаторных схемах или драйверах завода-изготовителя силовых симмисторов) соединен с управляющим электродом и первым электродом главного симмистора 16, второй выход блока управления 24 соединен через второй согласующий блок 26 с управляющим электродом и первым электродом коммутирующего симмистора 17, а третий выход блока управления 24 соединен с переключающим элементом 27 (Б.К. Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, стр.229-230) регулируемого резистора 21, второй вывод второго контактора 13 соединен с одним из выводов возбудителя 28, другой вывод которого соединен с общим
выводом третьего 14, четвертого 15 контакторов, второго 10, третьего 11 резисторов и анодом первого диода 18, общий вывод обмотки возбуждения 6 второго тягового электродвигателя постоянного тока и третьего контактора 14 соединен с землей.
ck
Я
ОВ
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. В режиме тяги при замкнутых выключателе 2, контакторах 22 и 12, главный 16 и коммутирующий 17 симмисторы выключены. Тяговые электродвигатели при этом работают в режиме полного возбуждения. В процессе разгона блок управления 24, через переключающее устройство 27 уменьшает величину сопротивления регулируемого резистора 21, при этом сигнал управления на третьем выходе блока управления 24 является результатом сравнения заданного значения тока якоря и сигнала датчика тока якоря 7. При возникновении боксования блок защиты от юза и боксования 19 вырабатывает сигнал, по которому блок управления 24 перестает вырабатывать управляющие сигналы на третьем выходе до окончания процесса боксования не зависимо от уровня сигнала на выходе датчика тока якоря 7. После вывода регулируемого резистора 21, включается контактор 14, коммутирующий конденсатор 9 заряжается до напряжения на обмотках возбуждения первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока ((U=I*2) по цепи резистор 8, коммутирующий конденсатор 9, резистор 11 (Rl-Ck-R3). Блок управления 24 формирует управляющие сигналы на первом выходе, которые через согласующий блок 25 поступают на главный симмистор 16 и открывают его. При этом тяговые электродвигатели переходят в режим ослабленного возбуждения так, как параллельно обмоткам возбуждения подключается резистор 10 ослабления возбуждения. При резком изменении напряжения в контактной сети происходит увеличение тока якорей, который растет значительно быстрее, чем ток в обмотках возбуждения, что может привести к недопустимым режимам эксплуатации тяговых электродвигателей. Для ограничения ослабления возбуждения при токе якорей больше допустимого значения,
блок управления 24 формирует управляющие сигналы на втором выходе, которые через согласующий блок 26 поступают на коммутирующий симмистор 17, он включается и подключает коммутирующий конденсатор 9 к главному симмистору 16, при этом напряжение обратной полярности выключает главный симмистор 16 и тяговые электродвигатели переходят в режим полного возбуждения. Величина резистора 11 выбрана в соответствии с током удержания, поэтому после перезаряда коммутирующего конденсатора 9 коммутирующий симмистор 17 закрывается. Коммутирующий конденсатор 9 заряжается по цепи резистор 8, коммутирующий конденсатор 9, резистор 11 до напряжения на обмотках возбуждения 5, 6 тяговых электродвигателей. При возникновении боксования блок защиты от юза и боксования 19 вырабатывает сигнал, который поступает на первый вход блока управления 24. Блок управления 24 вырабатывает управляющие сигналы на втором выходе, которые через согласующий блок 26 подаются на коммутирующий симмистор 17. Коммутирующий симмистор открывается, вызывая выключение главного симмистора 16 и переводит тяговые электродвигатели в режим полного возбуждения до окончания боксования. После окончания процесса боксования блок управления 24 формирует сигналы управления на первом выходе, на отпирание главного симмистора 16 и переводит тяговые электродвигатели в режим ослабленного возбуждения.
В режиме электрического торможения устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. Контакторы 12 и 22 выключаются, а контактор 13 включается, обмотки возбуждения тяговых электродвигателей получают питание от возбудителя 28 и тяговые электродвигатели переходят в генераторный режим в зависимости от напряжения в контактной сети и наличия потребителей. Ток, вырабатываемый тяговыми электродвигателями, протекает по цепи: земля, контактор 14, диод 18, главный симмистор 16, датчик тока якоря 7, якорные обмотки 4, 3 тяговых электродвигателей, контактор 20, диод 23, выключатель
2, источник питания 1. При увеличении тока якорей больше допустимой величины, сигнал с датчика тока якоря поступает на второй вход блока управления 24, который вырабатывает управляющие сигналы на втором выходе, подающиеся через согласующий блок 26 на коммутирующий симмистор 17. Коммутирующий симмистор 17 открывается, главный симмистор 16 закрывается и ток в цепи тяговых электродвигателей быстро уменьшается. При возникновении юза блок защиты от юза и боксования 19 вырабатывает сигнал, который поступает на первый вход блока управления 24. Блок управления 24 вырабатывает управляющие сигналы на втором выходе, которые через согласующий блок 26 подаются на коммутирующий симмистор 17. Коммутирующий симмистор открывается, подключает коммутирующий конденсатор 9 к главному симмистору 16 и вызывает его выключение. Ток якорей тяговых электродвигателей уменьшается, после прекращения юза блок управления 24 формирует сигналы управления на первом выходе, на отпирание главного симмистора 16.
После того, как ток возбуждения достигнет максимального значения, рекуперативное торможение становится неэффективным, диод 23 закрывается, устройство переключается на реостатное торможение с самовозбуждением. Выключатель 2 и контакторы 13, 20 отключаются, включаются контакторы 12 и 15. При дальнейшем снижении скорости тормозной ток продолжает автоматически поддерживаться на заданном уровне за счет вывода регулируемого резистора 21, при помощи переключающего устройства 27, на которое подаются управляющие сигналы с блока управления 24. Ток, вырабатываемый тяговыми электродвигателями, протекает по цепи: якорные обмотки 4, 3 тяговых электродвигателей, регулируемый резистор 21, контактор 15, контактор 14, обмотки возбуждения 6, 5, контактор 12, датчик тока якоря 7. Контактор 14 защищает силовую цепь от токов короткого замыкания в режиме рекуперативного торможения.
Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается надежность за счет уменьшения числа элементов и предварительного заряда коммутирующего конденсатора, экономия электроэнергии устройства за счет возврата в контактную сеть энергии, вырабатываемой тяговыми электродвигателями при рекуперативном торможении и коэффициент полезного действия.