Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава содержит два тяговых электродвигателя постоянного тока. Пуск и торможение тяговых электродвигателей осуществляется с помощью первого (17), второго (18) и третьего (19) биполярных транзисторов с изолированными затворами (IGBT). Для накопления энергии при торможении устройство содержит понижающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (17), диоде (16), дросселе (9), и конденсаторный накопитель (20) (ионистор). В режиме пуска конденсаторный накопитель (20) через повышающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (19), дросселе (9) и диоде (10), отдает энергию тяговым двигателям. При возникновении боксования конденсаторный накопитель (20) через повышающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (19), дросселе (9), биполярном транзисторе с изолированным затвором (18) и диоде (12) отдает энергию в обмотки возбуждения (7, 8) тяговых двигателей постоянного тока. Таким образом, устройство для регулирования скорости электроподвижного состава обеспечивает возможность рекуперативного торможения с наилучшим использованием энергетических возможностей конденсаторного накопителя (20). Это позволяет повысить экономию электроэнергии и надежность многодвигательного электропривода, улучшить его массогабаритные показатели, 1 ил.
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, которое содержит источник питания, четыре тяговых двигателя постоянного тока, три тиристора, конденсаторные накопители энергии, зарядное устройство (RU №2238858, B60L 15/08, 2004).
Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: неполное использование энергии конденсаторных накопителей и необходимость в дополнительном зарядном устройстве, большое количество контакторов для многоступенчатого пуска от конденсаторных накопителей, ухудшают массогабаритные показатели и снижают надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава.
Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, которое содержит источник питания, индуктивно-емкостной фильтр, четыре тяговых двигателя постоянного тока, четыре тиристорных регулятора, десять тиристоров, восемь диодов, шесть контакторов, два накопителя энергии, два дросселя (RU №2216457, B60L 7/08, 2003 - прототип).
Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: повышенный расход электроэнергии, так как конденсаторные накопители заряжаются при пуске, требуется большое количество контакторов для многоступенчатого заряда конденсаторных накопителей, что снижает надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава.
Задача полезной модели - повысить экономичность и надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава, и улучшить его массогабаритные показатели.
Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания, последовательно соединенные первый контактор, якорные обмотки первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, к общему выводу первого контактора и якорной обмотки первого тягового двигателя постоянного тока через второй контактор подключен катод первого диода, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные дроссель и анод второго диода, последовательно соединенные резистор и анод третьего диода, катод которого соединен с общим выводом третьего и четвертого контакторов, конденсаторный накопитель, четвертый и пятый диоды, пятый и шестой контакторы, землю, в него дополнительно введены седьмой контактор, три биполярных транзистора с изолированными затворами, свободный вывод первого контактора соединен с источником питания, свободные выводы якорной обмотки второго тягового двигателя постоянного тока, четвертого контактора и резистора объединены и подключены к аноду первого диода, к общему выводу анода второго диода и дросселя подключены катоды четвертого и пятого диодов, эммитер первого биполярного транзистора с изолированным затвором, коллекторы второго и третьего биполярных транзисторов с изолированными затворами, катод второго диода и коллектор первого биполярного транзистора с изолированным затвором объединены и подключены к катоду первого диода, свободный вывод дросселя подключен к плюсовому выводу конденсаторного накопителя, минусовой вывод которого соединен с общим выводом пятого, шестого контакторов, анода пятого диода, эммитера третьего биполярного транзистора с изолированным затвором и землей, общий вывод анода четвертого диода и эммитера второго биполярного транзистора с изолированным затвором подключен к аноду третьего диода, свободный вывод третьего контактора объединен со свободными выводами пятого контактора и обмотки возбуждения первого тягового двигателя постоянного
тока, свободные выводы обмотки возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока и шестого контактора объединены и через седьмой контактор соединены с катодом третьего диода.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
В соответствии с чертежом устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания 1, последовательно соединенные первый контактор 2, якорные обмотки первого 3 и второго 4 тяговых двигателей постоянного тока, к общему выводу первого контактора 2 и якорной обмотки 3 первого тягового двигателя постоянного тока через второй контактор 5 подключен катод первого диода 6, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные дроссель 9 и анод второго диода 10, последовательно соединенные резистор 11 и анод третьего диода 12, катод которого соединен с общим выводом третьего 13 и четвертого 14 контакторов, свободный вывод первого контактора 2 соединен с источником питания 1, свободные выводы якорной обмотки 4 второго тягового двигателя постоянного тока, четвертого контактора 14 и резистора 11 объединены и подключены к аноду первого диода 6, к общему выводу анода второго диода 10 и дросселя 9 подключены катоды четвертого 15 и пятого 16 диодов, эммитер первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17, коллекторы второго 18 и третьего 19 биполярных транзисторов с изолированными затворами, катод второго диода 10 и коллектор первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17 объединены и подключены к катоду первого диода 6, свободный вывод дросселя 9 подключен к плюсовому выводу конденсаторного накопителя 20 (например, конденсатор большой емкости - ионистор), минусовой вывод которого соединен с общим выводом пятого 21, шестого 22 контакторов, анода пятого диода 16, эммитера третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19 и землей, общий вывод анода
четвертого диода 15 и эммитера второго биполярного транзистора с изолированным затвором 18 подключен к аноду третьего диода 12, свободный вывод третьего контактора 13 объединен со свободными выводами пятого контактора 21 и обмотки возбуждения 7 первого тягового двигателя постоянного тока, свободные выводы обмотки возбуждения 8 второго тягового двигателя постоянного тока и шестого контактора 22 объединены и через седьмой контактор 23 соединены с катодом третьего диода 12.
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. В режиме пуска ток от источника питания 1 протекает по цепи: включенный контактор 2, якорные обмотки 3, 4 тяговых двигателей постоянного тока, резистор 11, диод 12, включенные контакторы реверсора 13, 22, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока, земля. Для разгона электропривода параллельно резистору 11 включается импульсный регулятор, выполненный на первом 17 и втором 18 биполярных транзисторах с изолированными затворами и диоде 6. Приложенное к тяговым двигателям постоянного тока напряжение регулируется скважностью импульсов управления, подаваемых на затвор первого 17 биполярного транзистора с изолированным затвором (второй 18 биполярный транзистор с изолированным затвором постоянно включен). При скважности управляющих импульсов 
=1 эквивалентное сопротивление резистора 11 становится равным нулю и выводится из схемы пуска замыканием контактора 14. Дальнейший пуск осуществляется с ослаблением возбуждения. Для этого параллельно обмоткам возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых двигателей постоянного тока подключается резистор 11 по цепи: нижний вывод якорной обмотки второго 4 тягового двигателя постоянного тока, резистор 11, диод 15, третий биполярный транзистор с изолированным затвором 19, земля. Параллельно резистору 11 через диод 6 включается первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17. Ослабление возбуждения регулируется скважностью импульсов управления,
подаваемых на затвор первого 17 биполярного транзистора с изолированным затвором.
При электрическом торможении включается контактор 5, а контактор 2 отключается. Контакторы реверсора 13, 22 выключаются, а 21, 23 включаются, изменяя направление тока в обмотках возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока. Ток якорных обмоток 3, 4 протекает по цепи: якорная обмотка 3, контактор 5, первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17, дроссель 9, конденсаторный накопитель 20, контактор 21, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей, контакторы 23, 14, якорная обмотка 4. Биполярный транзистор с изолированным затвором 17, дроссель 9, конденсаторный накопитель 20 и диод 16 образуют понижающий преобразователь. Диод 6 закрыт, так как к нему приложено обратное напряжение. Ток заряда конденсатора (ток торможения) регулируют скважностью импульсов на затворе первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17.
При последующем пуске используется энергия конденсаторного накопителя 20, для этого собирается электрическая цепь: якорная обмотка первого 3 тягового двигателя постоянного тока, контактор 5, диод 10, повышающий преобразователь на третьем биполярном транзисторе с изолированным затвором 19, дросселе 9 и конденсаторном накопителе 20, включенные контакторы 13, 22 реверсора, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока, включенный контактор 14, якорная обмотка второго 4 тягового двигателя постоянного тока. Контактор 2 выключен, диод 6 заперт обратным напряжением. Напряжение на тяговых двигателях постоянного тока по мере разгона электропривода и разряда конденсаторного накопителя регулируется скважностью импульсов управления на затворе третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19. Когда энергии конденсаторного накопителя 20 становится недостаточно для дальнейшего увеличения скорости электропривода, контакторы 5 и 14
размыкаются, а контактор 2 замыкается и схема переходит в режим реостатного пуска.
При возникновении боксования в режиме тяги первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17 выключается из схемы регулирования (второй 18 биполярный транзистор с изолированным затвором остается включенным), а на затвор третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19 подаются импульсы управления и емкость конденсаторного накопителя используется для подпитки обмоток возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока.
Предлагаемое схемное решение реализует поставленную задачу - повысить экономичность и надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава, и улучшить его массогабаритные показатели, за счет более полного использования емкости конденсаторного накопителя и уменьшения количества силовых ключевых элементов, выполняющих функции пусковых и зарядно-разрядных регуляторов токов. Дополнительно расширяются функциональные возможности устройства, так как реализуется функция защиты от боксования.
Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания, последовательно соединенные первый контактор, якорные обмотки первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, к общему выводу первого контактора и якорной обмотки первого тягового двигателя постоянного тока через второй контактор подключен катод первого диода, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные дроссель и анод второго диода, последовательно соединенные резистор и анод третьего диода, катод которого соединен с общим выводом третьего и четвертого контакторов, конденсаторный накопитель, четвертый и пятый диоды, пятый и шестой контакторы, землю, отличающееся тем, что в него дополнительно введены седьмой контактор, три биполярных транзистора с изолированными затворами, свободный вывод первого контактора соединен с источником питания, свободные выводы якорной обмотки второго тягового двигателя постоянного тока, четвертого контактора и резистора объединены и подключены к аноду первого диода, к общему выводу анода второго диода и дросселя подключены катоды четвертого и пятого диодов, эммитер первого биполярного транзистора с изолированным затвором, коллекторы второго и третьего биполярных транзисторов с изолированными затворами, катод второго диода и коллектор первого биполярного транзистора с изолированным затвором объединены и подключены к катоду первого диода, свободный вывод дросселя подключен к плюсовому выводу конденсаторного накопителя, минусовой вывод которого соединен с общим выводом пятого, шестого контакторов, анода пятого диода, эммитера третьего биполярного транзистора с изолированным затвором и землей, общий вывод анода четвертого диода и эммитера второго биполярного транзистора с изолированным затвором подключен к аноду третьего диода, свободный вывод третьего контактора объединен со свободными выводами пятого контактора и обмотки возбуждения первого тягового двигателя постоянного тока, свободные выводы обмотки возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока и шестого контактора объединены и через седьмой контактор соединены с катодом третьего диода.
