Тяговый электропривод постоянного тока
Тяговый электропривод постоянного тока относится к области железнодорожного транспорта и может быть применен на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока, в частности на электровозах переменного тока с двигателями пульсирующего тока. В процессе разгона включается контактор (10), блок управления (7) формирует управляющие сигналы на выходах, которые поступают на затворы биполярного транзистора с изолированным затвором (8) и мощного полевого транзистора с изолированным затвором (12), и открывает их. При этом тяговый двигатель переходит в режим ослабленного возбуждения. Напряжение, приложенное к мощному полевому транзистору с изолированным затвором (12), не может превысить напряжение насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором (8), а ток через биполярный транзистор с изолированным затвором (8) будет ограничен включенными последовательно сопротивлениями первого резистора (9) и открытого канала мощного полевого транзистора с изолированным затвором (12). При снижении напряжения на обмотке возбуждения (2) ниже напряжения насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором (8) ток через транзистор (8) прекратится и дальнейшее ослабление возбуждения осуществляется только по цепи: мощный полевой транзистор с изолированным затвором (12), первый (9) и третий (13) резисторы. Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования скорости тягового электропривода за счет включения мощного полевого транзистора с изолированным затвором, что позволяет регулировать ток возбуждения при низком падении напряжения на обмотке возбуждения тягового двигателя (при высоких скоростях), повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов, при уменьшении массогабаритных показателей, 1 ил.
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока, в частности на электровозах переменного тока с тяговыми двигателями пульсирующего тока.
Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит источник питания, тяговый двигатель постоянного тока, два резистора, десять контакторов, индуктивный шунт (Электровоз ВЛ80С: Руководство по эксплуатации /Н.М.Васько и др. - 2-е изд.. М.: Транспорт, 1990, с.200).
Недостаток тягового электропривода: ограничение диапазона регулирования скорости из-за падения напряжения на активном сопротивлении индуктивного шунта, большие массогабаритные показатели из-за наличия индуктивного шунта, содержащего большое количество цветных металлов.
Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит два источника питания, тяговый двигатель постоянного тока, биполярный транзистор с изолированным затвором, три резистора, датчики тока и напряжения, пять контакторов, блок управления (RU 65828, B60L 15/08, 2007 - прототип).
Недостаток тягового электропривода: при низких значениях тока возбуждения, напряжение на обмотке возбуждения снижается до величины меньшей напряжения насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором, что ограничивает диапазон регулирования скорости.
Задача полезной модели - расширить диапазон регулирования скорости тягового электропривода постоянного тока, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов, уменьшить массогабаритные показатели.
Технический результат достигается тем, что в тяговый электропривод постоянного тока, содержащий источник питания, к плюсовой клемме
которого подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока, первый контактор, якорная обмотка тягового двигателя постоянного тока, датчик тока, его свободный вывод подключен к минусовой клемме источника питания, к клеммам которого подключены входы датчика напряжения, выходы датчиков тока и напряжения соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, первый выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, его эммитер соединен с первым резистором, а коллектор через второй контактор - с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и второго резистора, свободный вывод которого соединен с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора, третий резистор, в него дополнительно введен мощный полевой транзистор с изолированным затвором, его исток подключен к свободному выводу первого резистора, а сток к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, второй выход блока управления соединен с затвором мощного полевого транзистора с изолированным затвором, к общему выводу обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора подключен третий резистор, свободный вывод которого соединен с эммитером биполярного транзистора с изолированным затвором.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого тягового электропривода постоянного тока.
В соответствии с чертежом тяговый электропривод постоянного тока содержит источник питания 1, к плюсовой клемме которого подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока, первый контактор 3, якорная обмотка 4 тягового двигателя постоянного тока, датчик тока 5, его свободный вывод подключен к минусовой клемме источника питания 1, к клеммам которого подключены входы датчика напряжения 6, выходы датчиков тока 5 и напряжения 6 соединены с первым и вторым входами блока управления 7 (например
ADAM-5510, Прософт краткий каталог продукции 6.0, 2001, с.47) соответственно, первый выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором 8, его эммитер соединен с первым резистором 9, а коллектор биполярного транзистора с изолированным затвором 8 через второй контактор 10 - с общим выводом обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и второго резистора 11, свободный вывод которого соединен с общим выводом обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и первого контактора 3, исток мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 подключен к свободному выводу первого резистора 9, а сток мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором 8, второй выход блока управления 7 соединен с затвором мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12, к общему выводу обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и первого контактора 3 подключен третий резистор 13, свободный вывод которого соединен с эммитером биполярного транзистора с изолированным затвором 8.
Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом. В режиме тяги при замкнутом контакторе 3 биполярный транзистор с изолированным затвором 8 и мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12 выключены. Тяговый двигатель при этом работает в режиме полного возбуждения. В процессе разгона включается контактор 10, блок управления 7 формирует управляющие сигналы на первом и втором выходах, которые поступают на затворы биполярного транзистора с изолированным затвором 8 и мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 и открывает их. При этом тяговый двигатель переходит в режим ослабленного возбуждения так, как параллельно обмотке возбуждения 2 подключаются резисторы 9 и 13 ослабления возбуждения. Открытые биполярный транзистор с изолированным затвором 8 и мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12 образуют цепь,
параллельную обмотке возбуждения 2. При этом напряжение, приложенное к мощному полевому транзистору с изолированным затвором 12, не может превысить напряжение насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором 8, а ток через биполярный транзистор с изолированным затвором 8 будет ограничен включенными последовательно сопротивлениями первого резистора 9 и открытого канала мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12. По мере увеличения скорости ток обмотки якоря 4 и токи в цепи транзисторов 8, 12 и обмотки возбуждения 2 снижаются, соответственно уменьшается падение напряжения в цепи обмотки возбуждения 2 и транзисторов 8, 12. При снижении напряжения на обмотке возбуждения 2 ниже напряжения насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором 8 ток через транзистор 8 прекратится и дальнейшее ослабление возбуждения осуществляется только по цепи: мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12, первый 9 и третий 13 резисторы. При набросе напряжения источника питания 1 происходит увеличение тока якорной обмотки 4, который растет значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения 2, что может привести к недопустимым режимам эксплуатации тягового двигателя. Для ограничения тока якоря при набросе напряжения в цепь источника питания 1 включен датчик напряжения 6, а в цепь якоря тягового двигателя 4 - датчик тока 5. При достижении на выходах датчиков тока 5 и напряжения 6 пороговых величин блок управления 7 формирует сигнал выключения транзисторов 8 и 12. При дальнейшем снижении тока якоря до номинальной величины блок управления 7 повторно включает транзисторы 8 и 12, для предотвращения звонковой работы повторное включение транзисторов 8 и 12 осуществляется с задержкой времени. Резистор 11 служит для уменьшения переменной составляющей тока в обмотке возбуждения 2 тягового двигателя.
Предлагаемый тяговый электропривод постоянного тока реализует поставленную задачу - расширяет диапазон регулирования скорости тягового электропривода за счет включения мощного полевого транзистора с изолированным затвором, что позволяет регулировать ток возбуждения при низком падении напряжения на обмотке возбуждения тягового двигателя, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов на 6, при уменьшении массогабаритных показателей.
Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий источник питания, к плюсовой клемме которого подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока, первый контактор, якорная обмотка тягового двигателя постоянного тока, датчик тока, его свободный вывод подключен к минусовой клемме источника питания, к клеммам которого подключены входы датчика напряжения, выходы датчиков тока и напряжения соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, первый выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, его эммитер соединен с первым резистором, а коллектор через второй контактор - с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и второго резистора, свободный вывод которого соединен с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора, третий резистор, отличающийся тем, что в него дополнительно введен мощный полевой транзистор с изолированным затвором, его исток подключен к свободному выводу первого резистора, а сток - к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, второй выход блока управления соединен с затвором мощного полевого транзистора с изолированным затвором, к общему выводу обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора подключен третий резистор, свободный вывод которого соединен с эммитером биполярного транзистора с изолированным затвором.
