Устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Задача полезной модели - повысить надежность работы устройства за счет улучшения условий коммутации тягового электродвигателя в переходных режимах.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные источник питания, выключатель, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик тока, первый вывод контактора соединен с общим выводом первого и второго резисторов, выходы первого и второго согласующих блоков соединены с первыми входными выводами первого и второго ключевых элементов соответственно, первый вход блока защиты от юза и боксования соединен с одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования соединены соответственно с последовательно соединенными якорными обмотками первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока и со вторым выводом якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока, последовательно соединенные третий резистор и конденсатор, четвертый резистор, компаратор, в него дополнительно введены третий ключевой элемент, третий согласующий блок, логический элемент НЕ, первый, второй, и третий логические элементы И-НЕ, формирователь уровня, триггер, генератор импульсов, счетчик импульсов, три диода, выход датчика тока соединен с входом компаратора, второй вывод контактора подключен к общему выводу якорной обмотки
второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня с входом логического элемента НЕ, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и первым входом второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу счетчика импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ соответственно, выход третьего согласующего блока соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента, выход третьего логического элемента И-НЕ соединен с вторым входом триггера, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с третьим входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ, выход блока защиты от юза и боксования соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ, к первому выводу контактора подключен общий вывод третьего и четвертого резисторов, свободные выводы первого, второго и четвертого резисторов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора, датчика тока и обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока, аноды первого, второго, третьего диодов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их катоды объединены и подключены к общему выводу конденсатора и третьего резистора, а свободный вывод датчика тока соединен с землей.
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известно устройство для регулирования тяговых электродвигателей постоянного тока, которое содержит источник питания, выключатель, два тяговых электродвигателя постоянного тока, два датчика тока, четыре тиристора, два диода, возбудитель, три резистора, два контактора, коммутирующий конденсатор, коммутирующий реактор (а.с. СССР №1632825, B 60 L 15/08, 1989).
Недостаток устройства: не обеспечивается надежная работа в нестационарных режимах, так как информация о выключении третьего тиристора поступает только от датчика тока в шунтирующей цепи и не учитывается информация от датчика тока возбуждения, что может привести к критическому уменьшению коэффициента ослабления возбуждения, ненадежной коммутации главного тиристора и, тем самым, к выходу из строя двигателей.
Известно устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, которое содержит источник питания, выключатель, два тяговых электродвигателя постоянного тока, два датчика тока, прерыватель тока возбуждения, содержащий два ключевых элемента, четыре резистора, коммутирующий конденсатор, два контактора, два согласующих блока, компаратор, блок управления, масштабирующий усилитель, блок защиты от юза и боксования (RU 2208530, B 60 L 15/08, 2001 - прототип).
Недостатком устройства, принятого за прототип, является ступенчатое изменение тока в цепи шунтирования обмоток возбуждения, что ухудшает процессы коммутации тяговых электродвигателей, и снижает его надежность,
наличие контура коммутации в цепи ключевых элементов также снижает надежность устройства в переходных режимах.
Задача полезной модели - повысить надежность работы устройства за счет улучшения условий коммутации тягового электродвигателя в переходных режимах.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные источник питания, выключатель, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик тока, первый вывод контактора соединен с общим выводом первого и второго резисторов, выходы первого и второго согласующих блоков соединены с первыми входными выводами первого и второго ключевых элементов соответственно, первый вход блока защиты от юза и боксования соединен с одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования соединены соответственно с последовательно соединенными якорными обмотками первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока и со вторым выводом якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока, последовательно соединенные третий резистор и конденсатор, четвертый резистор, компаратор, в него дополнительно введены третий ключевой элемент, третий согласующий блок, логический элемент НЕ, первый, второй, и третий логические элементы И-НЕ, формирователь уровня, триггер, генератор импульсов, счетчик импульсов, три диода, выход датчика тока соединен с входом компаратора, второй вывод контактора подключен к общему выводу якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня с входом логического элемента НЕ, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и
первым входом второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу счетчика импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ соответственно, выход третьего согласующего блока соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента, выход третьего логического элемента И-НЕ соединен с вторым входом триггера, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с третьим входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ, выход блока защиты от юза и боксования соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ, к первому выводу контактора подключен общий вывод третьего и четвертого резисторов, свободные выводы первого, второго и четвертого резисторов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора, датчика тока и обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока, аноды первого, второго, третьего диодов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их катоды объединены и подключены к общему выводу конденсатора и третьего резистора, а свободный вывод датчика тока соединен с землей.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные источник питания 1, выключатель 2, якорные обмотки первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого 5 и второго 6 тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик
тока 7, первый вывод контактора 8 соединен с общим выводом первого 9 и второго 10 резисторов, выходы первого 11 и второго 12 согласующих блоков (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединены с первыми входными выводами первого 13 и второго 14 ключевых элементов (например, биполярные транзисторы с изолированными затворами или двухоперационные тиристоры) соответственно, первый вход блока защиты от юза и боксования 15 соединен с одним из выводов якорной обмотки 3 первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования 15 соединены соответственно с последовательно соединенными якорными обмотками первого 3 и второго 4 тяговых электродвигателей постоянного тока и со вторым выводом якорной обмотки 4 второго тягового электродвигателя постоянного тока, последовательно соединенные третий резистор 16 и конденсатор 17, выход датчика тока 7 соединен с входом компаратора 18 (например, микросхема 554СА3, С.В.Якубовский, Л.И.Нессельсон, В.И.Кулешова, В.А.Ушибышев, М.Н.Топешкин. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник. Москва, 1990 год, стр.362), второй вывод контактора 8 подключен к общему выводу якорной обмотки 4 второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения 5 первого тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня 19 (например, микросхема АОТ128, В.И.Иванов, А.И.Аксенов, A.M.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. Москва, Энергоатомиздат, 1989 год, стр.372) с входом логического элемента НЕ 20, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ 21 и первым входом второго логического элемента И-НЕ 22, выход которого соединен с первым входом триггера 23, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов 24, выход генератора импульсов 25 подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ 22 и второму входу счетчика импульсов 24, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого 11, второго 12 и третьего 26
согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ 27 соответственно, выход третьего согласующего блока 26 (например, драйвер IR2121, Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Москва, 2001 год, стр.276) соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента 28 (например, биполярный транзистор с изолированным затвором или двухоперационный тиристор), выход третьего логического элемента И-НЕ 27 соединен с вторым входом триггера 23, выход первого логического элемента И-НЕ 21 соединен с третьим входом счетчика импульсов 24, выход компаратора 18 соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ 21, выход блока защиты от юза и боксования 15 соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ 21, к первому выводу контактора 8 подключен общий вывод третьего 16 и четвертого 29 резисторов, свободные выводы первого 9, второго 10 и четвертого 29 резисторов подключены к вторым входным выводам первого 13, второго 14 и третьего 28 ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора 17, датчика тока 7 и обмотки возбуждения 6 второго тягового электродвигателя постоянного тока, аноды первого 30, второго 31, третьего 32 диодов подключены к вторым входным выводам первого 13, второго 14 и третьего 28 ключевых элементов соответственно, их катоды объединены и подключены к общему выводу конденсатора 17 и третьего 16 резистора, а свободный вывод датчика тока 7 соединен с землей.
Устройство работает следующим образом. При включении контактора 8 подключается цепь регулирования возбуждения тягового электродвигателя, выполненная на ключевых элементах 13, 14, 28 в цепи которых включены резисторы 9, 10, 29 соответственно. Одновременно выход формирователя уровня 19 устанавливается в логический «ноль», сигнал высокого уровня (логическая «единица») с выхода логического элемента НЕ 20 подается на входы логических элементов И-НЕ 21 и 22. Импульсы с выхода генератора импульсов 25 начинают поступать на первый вход (записи) триггера 23. В
триггер 23 записывается логическая «единица», при этом его инверсный выход устанавливается в логический «ноль» и сигнал низкого уровня поступает на первый вход (разрешение счета) счетчика 24. На второй вход счетчика 24 поступают импульсы с генератора импульсов 25. Состояние выходов счетчика 24 увеличивается на 1 с приходом очередного импульса на его второй (счетный) вход, если на первый и третий входы (разрешения счета и сброса) поданы сигналы низкого уровня - логический «ноль». Третий вход счетчика соединен с выходом логического элемента И-НЕ 21, который устанавливается в логический «ноль» если включен контактор 8 и на выходе компаратора сигнал высокого уровня (если ток двигателя не превышает максимальной величины и на выходе блока защиты от юза и боксования так же логическая «единица»). Выходы счетчика 24 соединены с входами согласующих блоков 11, 12, 26 и входами логического элемента И-НЕ 27. Когда на всех выходах счетчика 24 установится высокий уровень, на выходе логического элемента И-НЕ 27 также установится высокий уровень, который сбросит триггер 23 в исходное состояние, при этом на первый вход счетчика 24 будет подан сигнал высокого уровня, который запретит дальнейший счет. В этом состоянии устройство остается до тех пор, пока не будет выключен контактор 8, ток двигателя не превысит максимально допустимой величины или не появится сигнал с блока защиты от юза и боксования. Если ток превысит максимальную величину напряжение на выходе датчика тока 7 станет больше порогового значения компаратора 18, при этом на выходе компаратора 18 появится сигнал низкого уровня, соответственно на выходе логического элемента Н-НЕ 21 появится сигнал высокого уровня, который сбросит счетчик 24 в исходное состояние, так как третий вход (сброса) имеет самый высокий приоритет. Аналогично схема работает при появлении сигнала низкого уровня на выходе блока защиты от юза и боксования 15. Ключевые элементы 13, 14, 28 выключаются, так как на управляющих электродах устанавливаются сигналы низкого уровня. При выключении контактора 8 выход формирователя уровня 19 переходит в высокий уровень, выход логического элемента НЕ 20 в низкий уровень, и
выход логического элемента И-НЕ 21 в высокий уровень, который сбрасывает счетчик 24 в исходное состояние. Каждому состоянию счетчика 24 соответствует комбинация включенных ключевых элементов 13, 14, 28 и резисторов 9, 10, 29 соответственно. Резистор 16, конденсатор 17 и диоды 30, 31, 32 предназначены для защиты ключевых элементов 13, 14, 28 от возможных перенапряжений в процессе эксплуатации устройства. Выключатель 2 служит для подключения тяговых электродвигателей к источнику питания.
Поставленная задача реализуется благодаря тому, что в устройство введены новые элементы и добавлены новые связи, в результате чего регулирование возбуждения до заданной величины осуществляется за заданное время, для предотвращения снижения коэффициента ослабления возбуждения ниже критической величины в устройство введена обратная связь по току, что улучшает условия коммутации тягового электродвигателя и повышает надежность устройства.
Устройство для регулирования возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные источник питания, выключатель, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчик тока, первый вывод контактора соединен с общим выводом первого и второго резисторов, выходы первого и второго согласующих блоков соединены с первыми входными выводами первого и второго ключевых элементов соответственно, первый вход блока защиты от юза и боксования соединен с одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока, второй и третий входы блока защиты от юза и боксования соединены соответственно с последовательно соединенными якорными обмотками первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока и со вторым выводом якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока, последовательно соединенные третий резистор и конденсатор, четвертый резистор, компаратор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены третий ключевой элемент, третий согласующий блок, логический элемент НЕ, первый, второй, и третий логические элементы И-НЕ, формирователь уровня, триггер, генератор импульсов, счетчик импульсов, три диода, выход датчика тока соединен с входом компаратора, второй вывод контактора подключен к общему выводу якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, его контакт управления соединен через формирователь уровня с входом логического элемента НЕ, его выход соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ и первым входом второго логического элемента И-HE, выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, выход генератора импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу счетчика импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего согласующих блоков и с первым, вторым и третьим входами третьего логического элемента И-НЕ соответственно, выход третьего согласующего блока соединен с первым входным выводом третьего ключевого элемента, выход третьего логического элемента И-НЕ соединен с вторым входом триггера, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с третьим входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом первого логического элемента И-НЕ, выход блока защиты от юза и боксования соединен с третьим входом первого логического элемента И-НЕ, к первому выводу контактора подключен общий вывод третьего и четвертого резисторов, свободные выводы первого, второго и четвертого резисторов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их выходные выводы объединены и подключены к общему выводу конденсатора, датчика тока и обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока, аноды первого, второго, третьего диодов подключены к вторым входным выводам первого, второго и третьего ключевых элементов соответственно, их катоды объединены и подключены к общему выводу конденсатора и третьего резистора, а свободный вывод датчика тока соединен с землей.
