ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TRACTION ELECTRIC DRIVE FOR TRANSPORT FACILITY

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в тяговом электроприводе рельсовых транспортных средств, в частности для тягового электропривода тепловозов с двумя и более дизель-генераторными установками, генераторами переменного тока и двигателями постоянного тока.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тяговые двигатели 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, балластные резисторы с контакторами шунтировки, тормозные резисторы, соединенные последовательно с силовыми полупроводниковыми ключами, и регуляторы тока возбуждения (В.Д. Тулупов. «Эффективность электроподвижного состава с импульсным управлением». Железнодорожный транспорт, 1994 г., с.49-50, рис.6).
К недостаткам известного тягового электропривода следует отнести невысокую надежность из-за наличия большого количества контакторной аппаратуры и относительной сложности средств регулирования скорости подвижного состава.
Известен тяговый электропривод, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к регулируемому тиристорному выпрямителю, на силовой вход которого подается трехфазное напряжение с двух параллельно включенных тяговых генераторов переменного напряжения, являющихся составными частями двух автономных дизель-генераторных установок. (Установка тягово-энергетическая ТЭУ-400, ТУ 8670-268-00210795-96, 44.00.00.000ТО, Калуга, 1996 г., информация с сайта Калужского машиностроительного завода www.kalugaputmash.ru).
Недостатками известного тягового электропривода являются сложность управления дизель-генераторными установками из-за необходимости точной синхронизации их работы для обеспечения надежной параллельной работы тяговых генераторов переменного напряжения.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, принятый за прототип, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей через контакторы включены блоки резисторов, при этом входы управления контакторов и входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера, причем к выходу каждого регулируемого тиристорного выпрямителя в обратном направлении включены диоды, а силовые входы регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями, входы управления тепловых двигателей и входы возбуждения трехфазных генераторов подключены к соответствующим выходам контроллера (RU 2421349C1, B60L 11/06, 20.06.2011).
Известный тяговый электропривод транспортного средства обладает широкими возможностями, однако при работе транспортного средства, например маневрового тепловоза, в широком диапазоне скоростей движения и нагрузок изменение напряжения трехфазных генераторов переменного напряжения в широких пределах не позволяет осуществить питание асинхронных электродвигателей приводов вспомогательных нагрузок.
Технический результат заключается в увеличении функциональных возможностей и повышении надежности тягового электропривода при работе в широком диапазоне скоростей движения и нагрузок, при этом обеспечить надежную параллельную работу тяговых генераторов переменного тока, осуществлять питание различных синхронных двигателей приводов вспомогательных нагрузок, автоматически выравнивать ресурс работающих тепловых двигателей в процессе эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей, при этом входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера, к выходу каждого регулируемого тиристорного выпрямителя в обратном направлении включены диоды, силовые входы регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями, входы управления тепловых двигателей подключены к соответствующим выходам контроллера, дополнительно снабжен задатчиком режимов работы, двумя дополнительными управляемыми выпрямителями, силовым трехфазным коммутатором, балластным резистором и переключателем, причем входы силового трехфазного коммутатора подключены соответственно к силовым выходам трехфазных генераторов переменного напряжения, а выход силового трехфазного коммутатора подключен к силовым входам дополнительных управляемых выпрямителей, силовые выходы которых подключены соответственно к входам возбуждения трехфазных генераторов переменного тока, причем входы возбуждения трехфазных генераторов переменного тока через переключатель и балластный резистор подключены к аккумуляторной батарее транспортного средства, при этом входы управления трехфазного коммутатора, дополнительного переключателя и дополнительных управляемых выпрямителей подключены к дополнительным выходам контроллера, вход которого подключен к выходу задатчика режимов работы.
На чертеже представлена схема тягового электропривода транспортного средства.
Тяговый электропривод транспортного средства содержит тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей 2 и 3, при этом входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей 2 и 3 подключены к соответствующим выходам контроллера 4, к выходу каждого регулируемого тиристорного выпрямителя 2 и 3 в обратном направлении включены диоды 5 и 6, силовые входы регулируемых тиристорных выпрямителей 2 и 3 подключены к отдельным трехфазным генераторам 7 и 8 переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями 9 и 10, входы управления тепловых двигателей 9 и 10 подключены к соответствующим выходам контроллера 4, задатчик 11 режимов работы, два дополнительных управляемых выпрямителя 12 и 13, силовой трехфазный коммутатор 14, балластный резистор 15 и переключатель 16, причем входы силового трехфазного коммутатора 14 подключены соответственно к силовым выходам трехфазных генераторов 7 и 8 переменного напряжения, а выход силового трехфазного коммутатора 14 подключен к силовым входам дополнительных управляемых выпрямителей 12 и 13, силовые выходы которых подключены соответственно к входам возбуждения трехфазных генераторов 7 и 8 переменного тока, причем входы возбуждения трехфазных генераторов 7 и 8 переменного тока через переключатель 16 и балластный резистор 15 подключены к аккумуляторной батарее 17 транспортного средства, при этом входы управления трехфазного коммутатора 14, переключателя 16 и дополнительных управляемых выпрямителей 12 и 13 подключены к дополнительным выходам контроллера 4, вход которого подключен к выходу задатчика 11 режимов работы. В общем случае число тяговых электродвигателей 1 постоянного тока последовательного возбуждения равно числу обмоторенных осей транспортного средства.
Тяговый электропривод транспортного средства действует следующим образом.
Задатчиком 11 режимов работы задают режим работы транспортного средства, при котором, например, тепловой двигатель 9 определяют в качестве ведущего и посредством контроллера 4, соединенного своим выходом с соответствующим входом управления теплового двигателя 9, осуществляют его запуск (цепи запуска на чертеже не показаны). По окончании запуска на вход возбуждения (обмотку возбуждения) трехфазного генератора 7 переменного напряжения посредством переключателя 16 через балластный резистор 15 кратковременно (на 2-3 С) подают напряжение аккумуляторной батареи 17 транспортного средства, трехфазный генератор 7 переменного напряжения возбуждается, на его силовом выходе появляется переменное напряжение, которое с помощью силового трехфазного коммутатора 14 подается на силовой вход дополнительного управляемого выпрямителя 12, который нагружается на вход возбуждения (обмотку возбуждения) трехфазного генератора 7 переменного напряжения, таким образом осуществляется самовозбуждение трехфазного генератора 7 переменного напряжения, а цепь питания входа возбуждения (обмотки возбуждения) от аккумуляторной батареи 17 транспортного средства посредством переключателя 16 разрывается.
В случае, когда задатчиком 11 режима работы определен режим работы транспортного средства, при котором тепловой двигатель 10 определен в качестве ведущего, работа осуществляется аналогично описанному, только в процессе работы участвуют тепловой двигатель 10, трехфазный генератор 8 переменного напряжения, силовой трехфазный коммутатор 14, дополнительный управляемый выпрямитель 13, трехфазный генератор 8 переменного напряжения.
Необходимая последовательность запуска тепловых двигателей 9 и 10, включения и выключения силового трехфазного коммутатора 14, переключателя 16, а также управление тиристорами дополнительных управляемых выпрямителей 12 и 13 для описанных режимов работы осуществляется с помощью контроллера 4, который может быть выполнен, например, в виде микропроцессорного устройства.
При задании задатчиком 11 тягового режима работы, например, для случая, когда ведущим определен тепловой двигатель 9, напряжение с последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей 2 и 3 подается на тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения и транспортное средство приводится в движение. При этом регулирование напряжения на тяговых двигателях 1 постоянного тока последовательного возбуждения транспортного средства осуществляется изменением углов открытия тиристоров регулируемого тиристорного выпрямителя 2, а тяговый ток протекает по следующей цепи: катодные тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 2, тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения, открытый диод 5, анодные тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 2.
При необходимости увеличения скорости движения транспортного средства по условиям работы, когда тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 2 уже полностью открыты, контроллером 4 подается команда на запуск ведомого теплового двигателя, в данном случае теплового двигателя 10, после чего контроллером 4 подаются сигналы управления на открытие тиристоров дополнительного управляемого выпрямителя 13, который нагружен на вход возбуждения (обмотку возбуждения) трехфазного генератора 8 переменного напряжения, трехфазный генератор 8 переменного напряжения возбуждается, на его силовых выходах, а соответственно, на силовых входах регулируемого тиристорного выпрямителя 3 появляется переменное напряжение, с контроллера 4 подаются сигналы на полное открытие тиристоров регулируемого тиристорного выпрямителя 3, на выходе регулируемого тиристорного выпрямителя 3 появляется напряжение, диод 5 под действием этого напряжения запирается, а на тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения подается суммарное напряжение двух регулируемых тиристорных выпрямителей 2 и 3, причем плавное увеличение напряжения на выходе трехфазного генератора 8 переменного напряжения обеспечивается путем изменения углов открытия тиристоров дополнительного управляемого выпрямителя 13, чем обеспечивается дальнейший разгон транспортного средства. Если по условиям работы транспортного средства отпадает необходимость в большой скорости передвижения, контроллером 4 подается команда на снижение напряжения на выходе трехфазного генератора 8 переменного напряжения до нуля путем изменения углов открытия тиристоров дополнительного управляемого выпрямителя 13, затем контроллером 4 путем подачи сигнала на вход управления ведомого теплового двигателя, в данном случае теплового двигателя 10, подается команда на его остановку, а также контроллером 4 подаются сигналы управления на закрытие тиристоров регулируемого тиристорного выпрямителя 3. Диод 5 открывается и вновь образуется цепь питания тяговых электродвигателей 1 постоянного тока последовательного возбуждения: катодные тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 2, тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения, открытый диод 5, анодные тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 2.
Аналогично осуществляется работа тягового электропривода транспортного средства для случая, когда ведущим тепловым двигателем определен тепловой двигатель 10.
Напряжение на выходе связанного с ведущим тепловым двигателем, например тепловым двигателем 9, трехфазного генератора 7 переменного напряжения поддерживается в соответствии с выражением:
<mrow><mfrac><mi>U</mi><mi>f</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow>
,
где U - напряжение трехфазного генератора;
f - частота трехфазного генератора.
Напряжение с выхода трехфазного генератора переменного тока, связанного с ведущим тепловым двигателем, может быть использовано для питания различных асинхронных двигателей приводов вспомогательных нагрузок транспортного средства (на чертеже не показано), что расширяет функциональные возможности тягового электропривода транспортного средства и повышает его надежность.
Напряжение на выходе связанного с ведомым тепловым двигателем, например тепловым двигателем 10, трехфазного генератора 8 переменного напряжения изменяется в пределах от нуля до максимально допустимого значения посредством изменения контроллером 4 углов открытия тиристоров дополнительного управляемого выпрямителя 13, при этом тиристоры регулируемого тиристорного выпрямителя 3 открываются полностью по соответствующей команде контроллера 4.
Контроллер 4 определяет ведущий тепловой двигатель 9 или 10 по минимальной наработке (моточасам) тепловых двигателей 9 и 10, что позволяет автоматически выравнивать ресурс работающих тепловых двигателей 9 и 10 в процессе эксплуатации, что в значительной мере увеличивает функциональные возможности и повышает надежность тягового электропривода.
Тяговый электропривод транспортного средства опробован на опытном образце маневрового двухдизельного тепловоза и показал хорошие результаты.