Тяговый электропривод транспортного средства
ELECTRIC TRACTION DRIVE OF VEHICLES

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения, например тепловозов, газотурбовозов, гибридных локомотивов, самоходных путевых машин с двигателями постоянного тока.
Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель или группу электродвигателей, аккумуляторную батарею и выпрямитель, первые выводы которых соединены с первой шиной постоянного тока, первый и второй генераторы, механически связанные с источником механической энергии, снабженным регулятором частоты вращения, причем выводы первого генератора подключены к выводам переменного тока выпрямителя, второй вывод постоянного тока которого соединен со второй шиной постоянного тока, а выводы второго генератора соединены с силовым входом регулятора возбуждения первого генератора, шины переменного тока. В электропривод введены инверторный блок, емкостный накопитель энергии, четыре коммутатора постоянного тока и коммутатор переменного тока, причем первый вывод емкостного накопителя и первый вывод постоянного тока инверторного блока соединены с первой шиной постоянного тока, второй вывод инверторного блока и вторые выводы электродвигателя, аккумуляторной батареи и емкостного накопителя подключены к первым выводам соответствующих коммутаторов постоянного тока, вторые и третьи выводы которых соединены соответственно со второй и третьей шиной постоянного тока, выводы переменного тока инверторного блока соединены с первой группой выводов коммутатора переменного тока, вторая и третья группы выводов которого подключены соответственно к первой и второй шинами переменного тока, причем первая шина переменного тока соединена с выводами первого генератора, силовой вход регулятора возбуждения второго генератора соединен со второй шиной переменного тока (патент РФ №2025886, МПК H02P 5/06, опубл. 30.12.1994 г.).
К недостаткам известного тягового электропривода следует отнести невысокую надежность и сложность электрической схемы из-за наличия большого количества коммутационной аппаратуры.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, используемый на маневровых тепловозах, содержащий тепловой двигатель, тяговый генератор постоянного тока, подключенный через поездные контакторы к двум параллельным ветвям, каждая из которых содержит три последовательно соединенных тяговых электродвигателя постоянного тока, в котором для обеспечения передвижения тепловоза с неработающим тепловым двигателем в пределах цеха предусмотрено подключение одной из параллельных ветвей тяговых электродвигателей постоянного тока к наружному нерегулируемому источнику постоянного тока (З.Х. Нотик. Электрические схемы тепловозов ТЭМ2 и ТЭМ1. - М.: «Транспорт», 1980, рис. 2).
К недостаткам известного тягового электропривода следует отнести ограниченность в передвижении тепловоза с неработающим тепловым двигателем из-за необходимости наличия внешнего источника питания, а также невозможность плавного регулирования напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям постоянного тока.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, используемый на магистральных тепловозах, принятый за прототип, содержащий тепловой двигатель, тяговый генератор переменного тока, силовой выпрямитель, подключенный через поездные контакторы к шести параллельно соединенным тяговым электродвигателям постоянного тока, в котором для обеспечения передвижения тепловоза с неработающим тепловым двигателем в пределах цеха предусмотрено подключение двух тяговых электродвигателей постоянного тока к наружному нерегулируемому источнику постоянного тока (С.П. Филонов и др. Тепловоз 2ТЭ116. - М.: «Транспорт», 1977, с. 253).
К недостаткам известного тягового электропривода следует отнести ограниченность в передвижении тепловоза с неработающим тепловым двигателем из-за необходимости наличия внешнего источника питания, а также невозможность плавного регулирования напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям постоянного тока и соответственно отсутствие плавного регулирования силы тяги.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей тягового электропривода транспортного средства в части расширения области автономной работы и повышение надежности работы тягового электропривода за счет упрощения электрической схемы.
Указанный технический результат достигается тем, что тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тепловой двигатель, тяговый генератор переменного тока, подключенный своей трехфазной обмоткой к входу силового выпрямителя, выход которого подключен через поездные контакторы к тяговым электродвигателям постоянного тока, причем тяговый электропривод при отключенном тепловом двигателе питается от аккумуляторной батареи через два биполярных транзистора с изолированным затвором, причем плюсовой зажим аккумуляторной батареи посредством первого и второго дополнительных контакторов соединяется с якорными обмотками первой пары тяговых электродвигателей постоянного тока, а якорные обмотки второй пары тяговых электродвигателей постоянного тока посредством третьего и четвертого дополнительных контакторов соединены с коллекторами первого и второго биполярных транзисторов с изолированным затвором, эмиттеры первого и второго биполярных транзисторов с изолированным затвором соединены между собой и подключены к минусовому зажиму аккумуляторной батареи.
На чертеже изображена схема тягового электропривода транспортного средства.
Тяговый электропривод транспортного средства содержит тяговый генератор 1 переменного тока с трехфазной обмоткой 2, приводимый во вращение тепловым двигателем 3. К трехфазной обмотке 2 тягового генератора 1 переменного тока своими входами подключен силовой выпрямитель 4, плюсовой вывод силового выпрямителя 4 через поездные контакторы 5, 6, 7, 8, 9 и 10 подключен к якорным обмоткам Я тяговых электродвигателей 11, 12, 13, 14, 15, 16 постоянного тока, обмотки возбуждения B тяговых электродвигателей 11, 12, 13, 14, 15, 16 постоянного тока подключены к минусовому выводу силового выпрямителя 4. Число тяговых электродвигателей постоянного тока на чертеже равно шести, но может быть любым четным, но не менее четырех. Якорные обмотки Я первой пары тяговых электродвигателей 11 и 12 подключены к плюсовому зажиму аккумуляторной батареи 17 с помощью первого 18 и второго 19 дополнительных контакторов, якорные обмотки Я второй пары тяговых электродвигателей 13 и 14 постоянного тока соединены с коллекторами первого 20 и второго 21 биполярных транзисторов с изолированным затвором с помощью третьего 22 и четвертого 23 дополнительных контакторов, эмиттеры первого 20 и второго 21 биполярных транзисторов с изолированным затвором соединены между собой и подключены к минусовому зажиму аккумуляторной батареи 17.
Работа тягового электропривода транспортного средства при питании от тягового генератора 1 переменного тока происходит следующим образом.
Тепловой двигатель 3 приводит во вращение тяговый генератор 1 переменного тока, напряжение, поступающее на силовой выпрямитель 4 с трехфазной обмотки 2 тягового генератора 1 переменного тока, выпрямляется и с выхода силового выпрямителя 4 через замкнутые поездные контакторы 5-10 подается на тяговые электродвигатели 11-16 постоянного тока.
Работа тягового электропривода транспортного средства в режиме питания от аккумуляторной батареи 17 происходит следующим образом.
Аккумуляторная батарея 17 (плюсовой зажим) через первый 18 и второй 19 дополнительные контакторы подключается к якорным обмоткам Я первой пары тяговых электродвигателей 11 и 12. Якорные зажимы Я второй пары тяговых электродвигателей 13 и 14 через третий 22 и четвертый 23 дополнительные контакторы подключены к коллекторам биполярных транзисторов 20 и 21, при этом образуется следующая цепь для протекания тягового тока: аккумуляторная батарея 17(плюсовой зажим), первый 18 и второй 19 дополнительные контакторы, первая пара параллельно включенных тяговых электродвигателей 11 и 12 постоянного тока, далее две параллельные ветви, первая из которых: тяговый электродвигатель 13 постоянного тока, соединенный замкнутым третьим дополнительным контактором 22 последовательно с первым биполярным транзистором 20 с изолированным затвором, и вторая ветвь: тяговый электродвигатель 14 постоянного тока, соединенный замкнутым четвертым дополнительным контактором 23 последовательно со вторым биполярным транзистором 21 с изолированным затвором, аккумуляторная батарея 17 (минусовый зажим). Изменением скважности открытия биполярных транзисторов 20 и 21 с изолированным затвором с помощью системы управления (на чертеже не показано) осуществляется плавное регулирование напряжения на тяговых электродвигателях 11-14 постоянного тока и соответственно достигается плавное регулирование силы тяги транспортного средства.
Таким образом достигается существенное упрощение электрической схемы и повышение надежности работы тягового электропривода транспортного средства, автономность тягового электропривода транспортного средства с одновременным обеспечением плавного регулирования силы тяги.
Предложенный тяговый электропривод транспортного средства прошел испытания на газотурбовозе ГТ1h-002 и показал хорошие результаты.