УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА

Заявляемая полезная модель относится к области управления электроприводами транспортных средств и может быть использована на рельсовых транспортных средствах, оборудованных тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известно устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза, содержащее последовательно соединенные источник питания, якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, шунтовую цепь регулирования тока возбуждения, подключенную параллельно обмотке возбуждения и содержащую ряд шунтовых резисторов, соединенных последовательно с ключевыми элементами, и схему управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения (патент RU №2283248, В60L 15/04).
В этом устройстве работа схемы управления щунтовой цепью регулирования тока возбуждения построена на алгоритме восстановления заданного коэффициента ослабления тока возбуждения в автоматическом режиме без участия машиниста электровоза, что, однако, не способно обеспечить надежную работу тягового электродвигателя в условиях движения поезда на сложных участках профиля рельсового пути, например, на горных перевалах, так как на спуске с горного перевала схема управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения сработает на увеличение тягового усилия электровоза, что может привести к разрыву межвагонных автосцепок, поскольку большая часть вагонов будет находиться еще на подъеме горного перевала. При этом, выполнение ключевых элементов в виде транзисторов, а схемы управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения с применением электронных микросхем, формирователя импульсов, логических элементов и других подобных элементов значительно усложняет и удорожает устройство.
Известно устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза, содержащее последовательно соединенные источник постоянного тока, якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, шунтовую цепь регулирования тока возбуждения, подключенную параллельно обмотке возбуждения и содержащую шунтовый резистор, ступенчато-регулируемый по величине сопротивления посредством контакторов, схему управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения, содержащую последовательно соединенные контроллер машиниста, ключевые элементы и контакторы, контакты одного из которых подключены к обмотке возбуждения, контакты других контакторов подключены к отдельным ступеням величин сопротивления шунтового резистора (патент RU №2262456, В60L 15/08).
В данном устройстве для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза, являющемся наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков, ключевыми элементами в блоке управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения являются тиристорные регуляторы тока возбуждения, для которых требуется достаточно сложная схема управления. Кроме того, в схеме управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения отсутствуют элементы, сигнализирующие машинисту об эффективности применения шунтовой цепи регулирования тока возбуждения, а также отсутствует обратная связь по току, что создает потенциально опасные условия для якорной обмотки тягового электродвигателя и снижает надежность работы устройства.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности защиты тяговых электродвигателей постоянного тока при возникновении нештатного увеличения тока в якорной обмотке тягового электродвигателя в период работы шунтовой цепи регулирования тока возбуждения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза, содержащем последовательно соединенные источник постоянного тока, якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, шунтовую цепь регулирования тока возбуждения, подключенную параллельно обмотке возбуждения и содержащую шунтовый резистор, ступенчато-регулируемый по величине сопротивления посредством контакторов, схему управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения, содержащую последовательно соединенные контроллер машиниста, ключевые элементы и контакторы, контакты одного из которых подключены к обмотке возбуждения, контакты других контакторов подключены к отдельным ступеням величин сопротивления шунтового резистора, в шунтовую цепь регулировании тока возбуждения введено реле предельного тока возбуждения, соединенное последовательно с шунтовым резистором, схема управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения снабжена сигнальными элементами состояния шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения, подключенными параллельно цепям управления контакторами, ключевые элементы схемы управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения выполнены в виде не менее двух реле защитного отключения шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения, контакты которых подключены последовательно в цепи управления контакторами, и одного реле коммутации цепей питания указанных двух реле, подключенного параллельно одному из контакторов, при этом контакты реле предельного тока возбуждения подключены через контакты реле коммутации к реле защитного отключения всех шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения и посредством разделительного диода к реле защитного отключения отдельной шунтовой ступени регулирования тока возбуждения.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза отличается тем, что в шунтовую цепь регулирования тока возбуждения введено реле предельного тока возбуждения, соединенное последовательно с шунтовым резистором, схема управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения снабжена сигнальными элементами состояния шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения, подключенными параллельно цепям управления контакторами, ключевые элементы схемы управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения выполнены в виде не менее двух реле защитного отключения шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения, контакты которых подключены последовательно в цепи управления контакторами, и одного реле коммутации цепей питания указанных двух реле, подключенного параллельно одному из контакторов, при этом контакты реле предельного тока возбуждения подключены через контакты реле коммутации к реле защитного отключения всех шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения и посредством разделительного диода к реле защитного отключения отдельной шунтовой ступени регулирования тока возбуждения. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Введение в шунтовую цепь регулирования тока возбуждения реле предельного тока возбуждения, обеспечивающего обратную связь по току, выполнение ключевых элементов в виде контактных реле, а также введение в схему управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения сигнальных элементов в виде лампочек позволило машинисту электровоза осуществлять осмысленные с учетом конкретных условий движения электровоза эффективные меры по защите тяговых электродвигателей от перегрузок при выполнении всей электрической схемы устройства на простой, надежной и недорогой элементной базе.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза, в статическом состоянии; на фиг.2 - устройство на фиг.1, в рабочем режиме защитного отключения всей шунтовой цепи регулирования тока возбуждения; на фиг.3 - устройство на фиг.1, в рабочем режиме защитного отключения отдельной ступени шунтовой цепи регулирования тока возбуждения.
Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза содержит (фиг.1) последовательно соединенные источник 1 постоянного тока, якорную обмотку 2 и обмотку 3 возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, шунтовую цепь регулирования тока возбуждения, подключенную параллельно обмотке 3 возбуждения и содержащую последовательно соединенные шунтовый резистор 4 и реле 5 предельного тока возбуждения. Устройство имеет схему управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения, содержащую последовательно соединенные контроллер 6 машиниста, ключевые элементы в виде двух реле 7 и 8 и контакторы 9 и 10. Контроллер 6 машиниста подключен к отдельному источнику 11 постоянного тока. Схема управления шунтовой цепью регулирования тока возбуждения снабжена двумя сигнальными элементами состояния шунтовых ступеней регулирования тока возбуждения в виде лампочек 12 и 13. Цепи питания контакторов 9 и 10 соединены соответственно с нормально разомкнутыми контактами 6.1. и 6.2 контроллера 6 машиниста. Второй вывод контактора 9 подключен через общую точку А к цепи управления от реле 7 через нормально замкнутый контакт 7.2 реле 7 на «-» источника 11 постоянного тока и к сигнальной лампочке 13, которая подключена параллельно в цепь питания от контакта 6.1 контроллера 6. В цепь питания реле 7 от контакта 6.1 контроллера 6 введен разделительный диод 14, подключенный своим катодом к контакту 7.1 реле 7. Второй вывод контактора 10 подключен через общую точку В к цепи управления от реле 8 через нормально замкнутый контакт 8.2 реле 8 на «-» источника 11 постоянного тока и к сигнальной лампочке 12, которая подключена параллельно в цепь питания от контакта 6.2 контроллера 6. Управляющие контакты 10.1 контактора 10 подключены в шунтовую цепь регулирования тока возбуждения для непосредственного соединения этой шунтовой цепи с обмоткой 3 возбуждения тягового электродвигателя. Управляющие контакты 9.1 контактора 9 подключены к отдельной ступени величины сопротивления шунтового резистора 4. Контакты 5.1 реле 5 предельного тока возбуждения подключены через общую точку С и нормально замкнутые контакты 15.1 реле 15 коммутации к реле 8 и посредством разделительного диода 16 к реле 7, при этом реле 15 подключено в цепь питания от контакта 6.1 контроллера 6 параллельно цепи питания контактора 9.
Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей электровоза работает следующим образом.
В нормальном режиме тяги электровоза (фиг.1) ток протекает по цепи: «+» источника 1 постоянного тока, якорная обмотка 2, обмотка 3 возбуждения, «-» источника 1 постоянного тока. При необходимости увеличить скорость движения электровоза без увеличения напряжения в цепи источника 1 постоянного тока, машинист включает в работу шунтовую цепь регулирования тока возбуждения, для чего замыкает контакт 6.2 контроллера 6, при этом создается цепь питания контактора 10: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.2 контроллера 6 машиниста, контактор 10, общая точка В, нормально замкнутый контакт 8.2 реле 8, «-» источника 11 постоянного тока. Так же создается цепь питания сигнальной лампочки 12: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.2 контроллера 6 машиниста, сигнальная лампочка 12, общая точка В, нормально замкнутый контакт 8.2 реле 8, «-» источника 11 постоянного тока. Лампочка 12 загорается и подает сигнал машинисту о включении и нормальной работе шунтовой цепи регулирования тока возбуждения. Контактор 10, включившись, замыкает свой контакт 10.1 и включает в работу параллельно обмотке 3 возбуждения шунтовую цепь регулирования тока возбуждения: замкнутый контакт 10.1 контактора 10, реле 5 предельного тока возбуждения, шунтовый резистор 4, «-» источника 1 постоянного тока.
При возникновении нештатного увеличения тока в якорной обмотке 2 происходит такое же увеличение тока в обмотке 3 возбуждения и в шунтовой цепи, при этом (фиг.2), если величина тока в шунтовой цепи превышает предельно заданную величину, реле 5 предельного тока возбуждения срабатывает и замыкает свой контакт 5.1, который создает цепь питания реле 8: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.2 контроллера 6 машиниста, замкнутый контакт 5.1 реле 5 предельного тока возбуждения, общая точка С, замкнутый контакт 15.1 реле 15 коммутации, реле 8, «-» источника 11 постоянного тока. Включившись, реле 8 разомкнет свои контакты 8.2, тем самым разомкнет цепь питания контактора 10, который, потеряв питание, разомкнет свои контакты 10.1 и произведет защитное отключение шунтовой цепи регулирования тока возбуждения. Одновременно разомкнутые контакты 8.2 реле 8 прерывают цепь питания сигнальной лампочки 12, которая погаснет и сообщит машинисту о срабатывании защиты. Одновременно с этим реле 8, включившись, замыкает свои контакты 8.1 и создает для себя дополнительную цепь питания: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.2 контроллера 6 машиниста, замкнутый контакт 8.1 реле 8, «-» источника 11 постоянного тока, которая не допускает самопроизвольного, без участия машиниста, повторного включения в работу шунтовой цепи регулирования тока возбуждения.
При необходимости включения в работу отдельной ступени (части) величины сопротивления шунтового резистора 4 (фиг.3) машинист замыкает контакт 6.1 контроллера 6. При этом создается цепь питания контактора 9: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.1 контроллера 6, контактор 9, общая точка А, нормально замкнутый контакт 7.2 реле 7, «-» источника 11 постоянного тока. Контактор 9, включившись, замыкает свой контакт 9.1 и включает в работу отдельную ступень шунтовой цепи регулирования тока возбуждения: замкнутый контакт 10.1 контактора 10, реле 5 предельного тока, отдельная ступень шунтового резистора 4, замкнутый контакт 9.1 контактора 9, «-» источника 1 постоянного тока. Также создается цепь питания сигнальной лампочки 13: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.1 контроллера 6, лампочка 13, общая точка А, нормально замкнутый контакт 7.2 реле 7, «-» источника 11 постоянного тока. Лампочка 13 загорается и подает сигнал машинисту о включении и нормальной работе отдельной ступени величины сопротивления шунтового резистора 4 шунтовой цепи регулирования тока возбуждения. Одновременно создается цепь питания реле 15 коммутации цепей питания реле 7 и 8: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.1 контроллера 6, реле 15, общая точка А, нормально замкнутый контакт 7.2 реле 7, «-» источника 11 постоянного тока. Реле 15, включившись, размыкает свои контакты 15.1, тем самым прерывает цепь питания реле 8.
При возникновении нештатного увеличения тока в якорной обмотке 2 происходит такое же увеличение тока в обмотке 3 возбуждения и в шунтовой цепи, при этом (фиг.3), если величина тока в шунтовой цепи превышает предельно заданную величину, реле 5 предельного тока возбуждения срабатывает и замыкает свой контакт 5.1, который создает цепь питания реле 7: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.2 контроллера 6, замкнутый контакт 5.1 реле 5 предельного тока возбуждения, общая точка С, разделительный диод 16, реле 7, «-» источника 11 постоянного тока. Включившись, реле 7 размыкает свои контакты 7.2, тем самым прерывает цепь питания контактора 9, который, потеряв питание, размыкает свои контакты 9.1 и производит защитное отключение отдельной ступени шунтовой цепи регулирования тока возбуждения. Одновременно разомкнутые контакты 7.2 реле 7 прерывают цепь питания сигнальной лампы 13, которая погаснет и сообщит машинисту о срабатывании защиты. Одновременно с этим реле 7, включившись, замыкает свои контакты 7.1 и создает для себя дополнительную цепь питания: «+» источника 11 постоянного тока, замкнутый контакт 6.1 контроллера 6, разделительный диод 14, замкнутый контакт 7.1 реле 7, «-» источника 11 постоянного тока, которая не допускает самопроизвольного, без участия машиниста, повторного включения в работу шунтовой цепи регулирования тока возбуждения. При этом разомкнутые контакты 7.2 реле 7 прерывают цепь питания реле 15 коммутации, которое отключается и замыкает свои контакты 15.1, тем самым замыкает цепь питания на реле 8. Далее цикл работы устройства повторяется, однако повторное включение в работу шунтовой цепи регулирования тока возбуждения производится только машинистом с учетом особенностей условий движения электровоза.