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 две группы тяговых электродвигателей с регулируемыми пусковыми резисторами.
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 с якорными обмотками и обмотками возбуждения, с регулируемыми пусковыми резисторами, которые при пуске соединяются сначала в последовательную, а затем в параллельные цепи.
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 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, соединенный с первым выводом выключателя, якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока, два диода, первый вывод якорной обмотки тягового электродвигателя постоянного тока через первый контактор соединен с катодом первого диода, его анод соединен с последовательно включенными вторым и третьим контакторами, последовательно соединенные первый и второй резисторы, последовательно соединенные третий резистор, контактор защиты, возбудитель, четвертый контактор, землю, в него дополнительно введены два 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, свободный вывод первого резистора соединен с общим выводом катода первого диода и первого контактора, свободный вывод второго резистора соединен с свободным выводом третьего резистора и первым выводом первого ключевого элемента, другой вывод которого соединен с первым выводом второго ключевого элемента и общим выводом контактора защиты и третьего резистора, катод второго диода соединен с общим выводом первого и второго резисторов, а его анод с вторым выводом второго ключевого элемента и общим выводом второго и третьего контакторов, первый вывод обмотки возбуждения тягового
электродвигателя постоянного тока соединен с свободными выводами третьего и четвертого контакторов, второй вывод обмотки возбуждения тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым выводом датчика тока и общим выводом контактора защиты и 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 соединен с последовательно включенными вторым 7 и третьим 8 контакторами, последовательно соединенные первый 9 и второй 10 резисторы, последовательно соединенные третий резистор 11, контактор защиты 12, возбудитель 13 (Б.К. Просвирин. Электропоезда постоянного тока. Москва, 2001 год, стр.287-288), четвертый контактор 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, свободный вывод первого резистора 9 соединен с общим выводом катода первого диода 6 и первого контактора 5, свободный вывод второго резистора 10 соединен с свободным выводом третьего резистора 11 и первым выводом первого ключевого элемента 15 (например, тиристор), другой вывод которого соединен с первым выводом второго ключевого элемента 16 (например, двухоперационный тиристор) и общим выводом контактора защиты 12 и третьего резистора 11, катод второго диода 17 соединен с общим выводом первого 9 и второго 10 резисторов, а его анод с вторым выводом второго ключевого элемента 16 и общим выводом второго 7 и третьего 8 контакторов, первый вывод обмотки
возбуждения 4 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с свободными выводами третьего 8 и четвертого 14 контакторов, второй вывод обмотки возбуждения 4 тягового электродвигателя постоянного тока соединен с первым выводом датчика тока 18 и общим выводом контактора защиты 12 и возбудителя 13, второй вывод датчика тока 18 соединен с землей.
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава предусматривает реостатный пуск тягового электродвигателя, двухступенчатое ослабление возбуждения шунтированием обмотки возбуждения активным сопротивлением. 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 с полностью введенными пусковыми резисторами 9, 10, 11. Пусковой ток протекает по цепи источник питания 1, выключатель 2, якорная обмотка тягового электродвигателя 3, диод 6, резисторы 9, 10, 11, открытый второй ключевой элемент 16, третий контактор 8, обмотка возбуждения тягового электродвигателя 4, датчик тока 18, земля. Включением первого ключевого элемента 15 выводится первая ступень пусковых резисторов 11, при этом напряжение на тяговом электродвигателе увеличивается, и скорость вращения тягового электродвигателя начинает увеличиваться. Для дальнейшего увеличения скорости вращения тягового электродвигателя включается контактор 7, который выводит вторую ступень пусковых резисторов 9 и 10 соответственно. При этом к обмоткам тягового электродвигателя
прикладывается все напряжение источника питания, этот режим является первым ходовым, ключевые элементы 15 и 16 обесточиваются и выключаются.
При включении контактора защиты 12 диод 17 открывается, вследствие чего часть пусковых резисторов 10, 11 подключается параллельно обмотке возбуждения 4 тягового электродвигателя, чем достигается ослабление возбуждения. Вторая ступень ослабления возбуждения обеспечивается включением первого ключевого элемента 15, при этом резистор 11 выводится и шунтирование обмотки возбуждения тягового электродвигателя 4 осуществляется по цепи: диод 17, резистор 10, ключевой элемент 15, контактор защиты 12. Величина резистора 10 выбирается из условия, что коэффициент ослабления возбуждения на этой позиции достигает номинальной величины. Этот режим является вторым ходовым.
В режиме электрического торможения устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. Контактор 8 выключается, а контактор 14 включается, обмотка возбуждения тягового электродвигателя получает питание от возбудителя 13, и тяговый электродвигатель переходит в генераторный режим. Ток, вырабатываемый тяговым электродвигателем, протекает по цепи: земля, датчик тока 18, контактор защиты 12, второй ключевой элемент 16, 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 14 отключаются, включаются контакторы 5 и 8. При дальнейшем снижении скорости тормозной ток продолжает автоматически поддерживаться на заданном уровне за счет вывода резистора 11. Ток, вырабатываемый тяговым электродвигателем, протекает по цепи: якорная обмотка тягового электродвигателя 3, контактор 5, резисторы 9, 10, 11, контактор защиты 12, обмотка возбуждения 4, контакторы 8 и 7.
Контактор защиты 12 защищает силовую цепь от тока короткого замыкания в режиме рекуперативного торможения, который измеряется датчиком тока 18.
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.