УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО 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 источник питания, выключатель, контактор защиты, возбудитель, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока, регулируемые пусковые резисторы.
Недостатком устройства является низкая надежность, вызванная применением 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, требуются раздельные группы резисторов для пуска и ослабления возбуждения. Кроме того, не реализуется режим электрического торможения.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (Б.З.Дробкин, С.С.Чернов, М.В.Черахчиев, Э.И.Сукач. Знакомьтесь: электропоезд ЭД4Э. Локомотив, 2002, №7, с.34-35 - прототип). Устройство содержит источник питания, выключатель, контактор защиты, возбудитель, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока, регулируемые пусковые резисторы.
Недостатком устройства является низкая надежность, вызванная применением 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, требуются раздельные группы резисторов для пуска и ослабления возбуждения.
Задача полезной модели - повысить надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава и экономию электроэнергии 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, соединенный с первым выводом выключателя, тяговый электродвигатель постоянного тока, первый вывод якорной обмотки тягового электродвигателя постоянного тока через первый контактор соединен с катодом первого диода, анод которого через последовательно соединенные второй, третий и четвертый контакторы соединен с возбудителем, первый вывод контактора защиты соединен с анодом второго диода, первый вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, третий резистор, землю, в него дополнительно введены три ключевых элемента, датчик тока, второй вывод выключателя подключен к общему выводу якорной обмотки тягового электродвигателя постоянного тока и первого контактора, второй вывод якорной обмотки тягового электродвигателя постоянного тока соединен с общим выводом второго контактора и анода первого диода, первый вывод третьего резистора и общий вывод первого и второго резисторов объединены и подключены к общему выводу катода первого диода и первого контактора, свободные выводы первого, второго и третьего резисторов подключены соответственно к первым выводам первого, второго и третьего ключевых элементов, свободные выводы первого, второго и третьего ключевых элементов объединены и подключены к общему выводу контактора защиты и анода второго диода, катод которого соединен с общим выводом второго и третьего контакторов, первый вывод обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока соединен с общим выводом третьего и четвертого контакторов, второй вывод обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым
выводом датчика тока, вторым выводом контактора защиты и свободным выводом возбудителя, второй вывод датчика тока соединен с землей.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания 1, соединенный с первым выводом выключателя 2, якорную обмотку 3 и обмотку возбуждения 4 тягового электродвигателя постоянного тока, первый вывод якорной обмотки 3 тягового электродвигателя постоянного тока через первый контактор 5 соединен с катодом первого диода 6, его анод через последовательно включенные второй 7, третий 8 и четвертый 9 контакторы соединен с возбудителем 10 (Б.К.Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, стр.287-288), первый вывод контактора защиты 11 соединен с анодом второго диода 12, первый вывод первого резистора 13 соединен с первым выводом второго резистора 14, второй вывод выключателя 2 подключен к общему выводу якорной обмотки 3 тягового электродвигателя постоянного тока и первого контактора 5, второй вывод якорной обмотки 3 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с общим выводом второго контактора 7 и анода первого диода 6, первый вывод третьего резистора 15 и общий вывод первого 13 и второго 14 резисторов объединены и подключены к общему выводу катода первого диода 6 и первого контактора 5, свободный вывод первого резистора 13 соединен с первым выводом первого ключевого элемента 16 (например транзистор), свободный вывод второго резистора 14 соединен с первым выводом второго ключевого элемента 17 (например транзистор), свободный вывод третьего резистора 15 соединен с первым выводом третьего ключевого элемента 18 (например транзистор), свободные выводы первого 16, второго 17 и третьего 18 ключевых элементов объединены и подключены к общему выводу контактора защиты 11 и анода второго диода 12, катод которого соединен с общим выводом второго 7 и третьего 8 контакторов, первый вывод обмотки
возбуждения 4 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с общим выводом третьего 8 и четвертого 9 контакторов, второй вывод обмотки возбуждения 4 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым выводом датчика тока 19, вторым выводом контактора защиты 11 и свободным выводом возбудителя 10, второй вывод датчика тока 19 соединен с землей.
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава предусматривает плавный реостатный пуск тягового электродвигателя и плавное ослабление возбуждения, шунтированием обмотки возбуждения активным сопротивлением резисторов. Для реализации режимов реостатного пуска и ослабления возбуждения в предлагаемом устройстве используются одни и те же элементы: резисторы и силовые полупроводниковые приборы, которые вначале пуска включаются последовательно с обмотками тягового электродвигателя и ограничивают пусковой ток, а затем подключаются параллельно обмотке возбуждения для регулирования ослабления возбуждения.
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. В режиме тяги при включении выключателя 2, собирается схема пуска тягового электродвигателя. Пусковой ток протекает по цепи источник питания 1, выключатель 2, якорная обмотка тягового электродвигателя 3, диод 6, резисторы 13, 14, 15, ключевые элементы 16, 17, 18, диод 12, контактор 8, обмотка возбуждения 4 тягового электродвигателя, датчик тока 19, земля. Последовательностью включений ключевых элементов 16, 17 и 18 регулируется общее сопротивление пусковых резисторов. При этом напряжение на тяговом электродвигателе увеличивается, и скорость вращения тягового электродвигателя начинает увеличиваться. Для дальнейшего увеличения скорости вращения тягового электродвигателя включаются контакторы 7 и 11. Диод 12 закрывается, вследствие чего пусковые резисторы 13, 14 и 15 подключаются параллельно обмотке возбуждения 4 тягового электродвигателя, чем достигается
ослабление возбуждения. Регулирование ослабления возбуждения обеспечивается последовательностью включений ключевых элементов 16, 17 и 18. Величина резисторов 13, 14 и 15 выбирается из условий, что пусковой ток и коэффициент ослабления возбуждения не превышает номинальной величины.
В режиме электрического торможения устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. Контактор 8 выключается, а контактор 9 включается, обмотка возбуждения 4 тягового электродвигателя получает питание от возбудителя 10, и тяговый электродвигатель переходит в генераторный режим. Ток, вырабатываемый тяговым электродвигателем, протекает по цепи: земля, датчик тока 19, контактор защиты 11, диод 12, контактор 7, якорная обмотка тягового электродвигателя 3, выключатель 2, источник питания 1.
После того, как ток возбуждения достигнет максимального значения, рекуперативное торможение становится неэффективным, устройство переключается на реостатное торможение с самовозбуждением. Выключатель 2 и контактор 9 отключаются, включаются контакторы 5 и 8. При дальнейшем снижении скорости тормозной ток продолжает автоматически поддерживаться на заданном уровне, последовательностью включений ключевых элементов 16, 17 и 18. Ток, вырабатываемый тяговым электродвигателем, протекает по цепи: якорная обмотка тягового электродвигателя 3, контактор 5, резисторы 13, 14, 15, контактор защиты 11, обмотка возбуждения 4 тягового электродвигателя, контакторы 8 и 7. Контактор защиты 11 защищает силовую цепь от тока короткого замыкания в режиме рекуперативного торможения, который измеряется датчиком тока 19.
Таким образом, предлагаемое устройство для регулирования скорости электроподвижного состава реализует поставленную задачу - повышает надежность, за счет уменьшения числа элементов и исключения переключателя с жесткой механической связью; для пуска и ослабления возбуждения, а также электрического торможения применяются общие
группы резисторов; повышает коэффициент полезного действия за счет возврата в контактную сеть энергии, вырабатываемой тяговым электродвигателем при рекуперативном торможении.