Тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением
Изобретение относится к транспортному оборудованию. Тяговый электропривод содержит источник питания, выключатель, два тяговых электродвигателя постоянного тока с якорными обмотками и обмотками возбуждения, датчики тока возбуждения и тока якоря, а также прерыватель тока возбуждения. В состав последнего входят главный тиристор, тиристор гашения, коммутирующий конденсатор, контактор ослабления возбуждения и резисторы. Дополнительно в устройство введены два согласующих блока, масштабирующий усилитель, компаратор, блок управления, блок защиты от юза и боксования, а также контактор шунтирования с соответствующими связями. Привод характеризуется повышенной эксплуатационной надежностью и, в частности, работает бесперебойно в нестационарном режиме за счет того, что величина напряжения на коммутирующем конденсаторе при любых нестационарных режимах является достаточной для запирания главного тиристора. По сравнению с известными устройство имеет также меньшие габариты, поскольку в нем используется коммутирующий конденсатор меньшей емкости. 1 ил.
Изобретение относится к транспорту, а именно к тяговым электроприводам постоянного тока с тиристорным управлением.
Уровень техники. Известно, что при эксплуатации тяговых электродвигателей постоянного тока при питании от контактной сети возможно возникновение нестационарных режимов работы, вызванных колебаниями напряжения в контактной сети, восстановлением контакта токоприемника с контактным проводом после отрывов, восстановлением сцепления после боксования колесных пар электропоезда. При этом в нестационарном режиме при ослабленном возбуждении электродвигателей ток в якорной обмотке тягового электродвигателя растет значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения, что может привести к критическому уменьшению коэффициента ослабления возбуждения, выходу из строя тяговых электродвигателей постоянного тока и возникновению аварийной ситуации. Очевидно, что проблема обеспечения надежности работы тяговых электродвигателей постоянного тока в нестационарных режимах работы является одной из основных проблем, существующих на железнодорожном транспорте. Известно устройство по а.с. СССР 402484, приоритет от 2.03.72, МПК B 60 L 15/08, содержащее главный тиристор, включенный параллельно обмотке возбуждения, тиристор гашения, разделительный диод, коммутирующий контур и источник постоянного напряжения. В описанном выше устройстве для плавного регулирования ослабления возбуждения тяговых двигателей введен дополнительный диод, установленный между обмоткой возбуждения и анодом главного тиристора и RC-цепью, включенной параллельно разделительному диоду и тиристору гашения, анод которого соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения. Описанное выше устройство не обеспечивает надежной работы в нестационарных режимах, так как при резком изменении напряжения в контактной сети невозможно своевременно выключить главный тиристор из-за отсутствия информации о величинах токов в якорной обмотке и обмотке возбуждения. Кроме того, описанное выше устройство требует дополнительного источника питания, что приводит к значительным затратам и усложняет схему устройства. В известном устройстве по а.с. СССР 1632825, приоритет от 1.03.89, МПК В 60 L 15/08, в моторном режиме для реализации режима ослабленного возбуждения включаются контакты первого и второго контакторов и третий тиристор. Глубина регулирования возбуждения определяется третьим резистором. При резком изменении напряжения ток в шунтирующей цепи обмотки возбуждения начинает интенсивно нарастать. После достижения током величины уставки датчика тока в шунтирующей цепи подается сигнал управления на второй тиристор. В результате конденсатор, предварительно заряженный через первый резистор и коммутирующий реактор, выключает третий тиристор. Второй тиристор выключается после снижения тока через него до величины, меньшей тока удержания. Описанное выше устройство не обеспечивает надежной работы 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. Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением, описанный в журнале Локомотив 3, 2001 год, стр.29-30. Для упрощения описания ближайшего аналога рассмотрим работу привода для одной из пар двигателей при последовательно-параллельном соединении двигателей, когда отключен мостовой контактор М и включены переходные контакторы П1 и П2. Тяговый электропривод содержит источник питания КС, выключатель БВ, последовательно соединенные якорные обмотки М3, М4 первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения ОВ3, ОВ4 первого и второго тяговых электродвигателей, датчик тока возбуждения ДТВ и датчик тока якоря ДТЯ, а также прерыватель тока возбуждения, содержащий главный тиристор VS3 и тиристор гашения VS4, аноды которых объединены и подключены к одному из выводов первого резистора Рдоп2, являющегося первым входом прерывателя тока возбуждения, другой конец первого резистора Rдоп2 соединен с одним из выводов коммутирующего конденсатора Ск2, катодом главного тиристора VS3 и с одним из выводов второго резистора Roп2-2, другой вывод которого соединен с выводом третьего резистора R14 и с одним из выводов контактора ослабления возбуждения 12, другой вывод которого соединен со вторым выводом третьего резистора R14, являющимся первым выходом прерывателя тока возбуждения, другой вывод коммутирующего конденсатора Ck2 соединен с катодом тиристора гашения VS4 и одним из выводов четвертого резистора Rзар2, другой вывод которого, являющийся вторым выходом прерывателя тока возбуждения, подключен к одному из выводов датчика тока якоря ДТЯ. При замыкании контактора Ш2 происходит заряд коммутирующего конденсатора Ck2 через резисторы Рдоп2 и Rзар2. При этом создается дополнительная ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей. Далее подают импульс управления на главный тиристор VS3, он открывается и обеспечивается вторая ступень ослабления возбуждения. При возникновении бросков тока в цепи срабатывает датчик тока якоря ДТЯ. На тиристор гашения VS4 подают импульсы управления. Главный тиристор VS3 запирается, после чего коммутирующий конденсатор Ск2 подзаряжается током через VS4 и резисторы ослабления возбуждения. После перезаряда коммутирующего конденсатора Ск2 цепь ослабления возбуждения закрывается и вводится дополнительное ослабление возбуждения электродвигателей (близкое к полному). После получения сигнала с датчика тока якоря ДТЯ о прекращении колебания тока в контактной сети цепь ослабления возбуждения открывается вновь. В описанном выше устройстве коммутирующий конденсатор Ск2 заряжается в момент замыкания контакта Ш2. Это приводит к тому, что если нестационарный режим возникнет в промежутке времени заряда коммутирующего конденсатора Ск2, то конденсатор Ск2 окажется незаряженным и главный тиристор VS3 может оказаться невыключенным, что при резком увеличении тока якоря может привести к выходу из строя двигателей. Кроме того, информация о необходимости выключения главного тиристора VS3 поступает от датчика тока якоря ДТЯ и не учитывается информация от датчика тока возбуждения ДТВ, что может привести к критическому уменьшению коэффициента ослабления возбуждения, ненадежной коммутации главного тиристора VS3 и, тем самым, к выходу из строя двигателей. Сущность изобретения. Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности устройства при нестационарных режимах работы. Поставленная задача решается тем, что тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением, содержащий источник питания, выключатель, последовательно соединенные якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчики тока возбуждения и тока якоря, а также прерыватель тока возбуждения, содержащий главный тиристор и тиристор гашения, аноды которых объединены и подключены к одному из выводов первого резистора, являющегося первым входом прерывателя тока возбуждения, другой вывод первого резистора соединен с одним из выводов коммутирующего конденсатора, катодом главного тиристора и с одним из выводов второго резистора, другой вывод которого соединен с выводом третьего резистора и с одним из выводов контактора ослабления возбуждения, другой вывод которого соединен со вторым выводом третьего резистора, являющегося первым выходом прерывателя тока возбуждения, другой вывод коммутирующего конденсатора соединен с катодом тиристора гашения и одним из выводов четвертого резистора, другой вывод которого, являющийся вторым выходом прерывателя тока возбуждения, подключен к первому выводу датчика тока якоря, дополнительно содержит первый и второй согласующие блоки, масштабирующий усилитель, компаратор, блок управления, блок защиты от юза и боксования, а также контактор шунтирования, один из выводов которого соединен с первым выходом прерывателя тока возбуждения, контакт управления контактора шунтирования соединен с первым входом блока управления, а второй вывод контактора шунтирования соединен с первыми выводами датчика тока якоря и датчика тока возбуждения, второй вывод которого соединен с одним из выводов обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя, первый вывод обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя соединен с одним из выводов обмотки якоря второго тягового электродвигателя, с первым входом прерывателя тока возбуждения и с первым входом блока защиты от юза и боксования, второй вход которого соединен с последовательно соединенными якорными обмотками первого и второго тяговых электродвигателей, а третий вход соединен с одним из выводов выключателя и одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя, другой вывод выключателя соединен с источником питания, выход блока защиты от юза и боксования соединен со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, а второй вход соединен с выходом масштабирующего усилителя, первый вход которого соединен с выходом датчика тока возбуждения, а второй вход соединен с контактом управления контактора ослабления возбуждения, являющимся третьим выходом прерывателя тока возбуждения, причем первый выход блока управления через первый согласующий блок соединен с управляющим электродом и катодом главного тиристора, являющимися вторым и третьим входами прерывателя тока возбуждения, а второй выход блока управления соединен через второй согласующий блок с управляющим электродом и катодом тиристора гашения, являющимися четвертым и пятым входами прерывателя тока возбуждения, причем другой вывод датчика тока якоря соединен с землей. Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная блок-схема тягового электропривода постоянного тока с тиристорным управлением. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. В соответствии с чертежом и согласно формуле изобретения тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением содержит источник питания 1, соединенный с одним из выводов выключателя 2, другой вывод которого через последовательно соединенные якорные обмотки 3, 4 обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока подключен к одному из выводов датчика тока возбуждения 7, другой вывод которого соединен с выводом датчика тока якоря 8, другой вывод которого соединен с землей. Прерыватель тока возбуждения 9 содержит главный тиристор 10, тиристор гашения 11, аноды которых объединены и подключены к одному из выводов первого резистора 12, являющегося первым входом прерывателя тока возбуждения 9, подключенным к объединенным выводам якорной обмотки 4 второго электродвигателя и обмотки возбуждения 5 первого электродвигателя. Другой вывод первого резистора 12 соединен с одним из выводов коммутирующего конденсатора 13, катодом главного тиристора 10 и с одним из выводов второго резистора 14, другой вывод которого соединен с выводом третьего резистора 15 и с одним из выводов контактора ослабления возбуждения 16, другой вывод которого соединен со вторым выводом третьего резистора 15, являющимся первым выходом прерывателя тока возбуждения. Другой вывод коммутирующего конденсатора 13 соединен с катодом тиристора гашения 11 и одним из выводов четвертого резистора 17, другой вывод которого, являющийся вторым выходом прерывателя тока возбуждения 9, подключен к выводам датчиков 7 и 8 тока возбуждения и тока якоря и к одному из выводов контактора шунтирования 18, другой вывод которого соединен с первым выходом прерывателя тока возбуждения 9. Контакт управления контактора шунтирования 18 соединен с первым входом блока управления 19, второй вход которого соединен с выходом блока защиты от юза и боксования 20, первый вход которого соединен с одним из выводов обмотки якоря 3 первого тягового электродвигателя, второй и третий входы блока 20 защиты от юза и боксования соединены соответственно с последовательно соединенными якорными обмотками 3, 4 первого и второго тяговых электродвигателей и со вторым выводом якорной обмотки 4 второго тягового электродвигателя. Третий вход блока управления 19 соединен с выходом компаратора 21, первый вход которого соединен с выходом датчика тока якоря 8, а второй вход соединен с выходом масштабирующего усилителя 22, первый вход которого соединен с выходом датчика тока возбуждения 7, а второй вход соединен с контактом управления контактора ослабления возбуждения 16, являющимся третьим выходом прерывателя тока возбуждения 9. Первый выход блока управления 19 через первый согласующий блок 23 соединен с управляющим электродом и катодом главного тиристора 10, являющимися вторым и третьим входами прерывателя тока возбуждения 9, а второй выход блока управления 19 соединен через второй согласующий блок 24 с управляющим электродом и катодом тиристора гашения 11, являющимися четвертым и пятым входами прерывателя тока возбуждения 9. Блок управления 19 может быть выполнен на последовательностных и логических схемах, например, К511, К561. Блок защиты от юза и боксования 20 - на резисторах и реле, компаратор 21 - на микросхемах К1401СА1, масштабирующий усилитель 22 - на аналоговом операционном усилителе К1401УД2А, согласующие блоки 23 и 24 - на трансформаторных схемах. Электропривод в режиме тяги работает следующим образом. При замкнутом контакте выключателя 2 главный тиристор 10 и тиристор гашения 11 выключены и коммутирующий конденсатор 13 заряжен до напряжения на обмотках 5, 6 возбуждения по цепи из последовательно соединенных первого резистора 12 и четвертого резистора 17. Двигатели при этом работают в режиме полного возбуждения. При замыкании контактора шунтирования 18 подключается цепь ослабленного возбуждения электродвигателя, при этом по сигналу с контакта управления контактора шунтирования 18 в блоке управления 19 формируются управляющие сигналы, которые через согласующий блок 23 поступают на главный тиристор 10 и открывают его. При этом двигатели переходят в режим ослабленного возбуждения, так как при включении главного тиристора 10 происходит шунтирование обмоток возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока вторым и третьим резисторами 14 и 15. При этом коэффициент ослабления возбуждения![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
Формула изобретения
Тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением, содержащий источник питания, выключатель, последовательно соединенные якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, датчики тока возбуждения и тока якоря, а также прерыватель тока возбуждения, содержащий главный тиристор и тиристор гашения, аноды которых объединены и подключены к одному из выводов первого резистора, являющегося первым входом прерывателя тока возбуждения, другой вывод первого резистора соединен с одним из выводов коммутирующего конденсатора, катодом главного тиристора и с одним из выводов второго резистора, другой вывод которого соединен с выводом третьего резистора и с одним из выводов контактора ослабления возбуждения, другой вывод которого соединен со вторым выводом третьего резистора, являющегося первым выходом прерывателя тока возбуждения, другой вывод коммутирующего конденсатора соединен с катодом тиристора гашения и одним из выводов четвертого резистора, другой вывод которого, являющийся вторым выходом прерывателя тока возбуждения, подключен к первому выводу датчика тока якоря, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый и второй согласующие блоки, масштабирующий усилитель, компаратор, блок управления, блок защиты от юза и боксования, а также контактор шунтирования, один из выводов которого соединен с первым выходом прерывателя тока возбуждения, контакт управления контактора шунтирования соединен с первым входом блока управления, а второй вывод контактора шунтирования соединен с первыми выводами датчика тока якоря и датчика тока возбуждения, второй вывод которого соединен с одним из выводов обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя, первый вывод обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя соединен с одним из выводов обмотки якоря второго тягового электродвигателя, с первым входом прерывателя тока возбуждения и с первым входом блока защиты от юза и боксования, второй вход которого соединен с последовательно соединенными якорными обмотками первого и второго тяговых электродвигателей, а третий вход соединен с одним из выводов выключателя и одним из выводов якорной обмотки первого тягового электродвигателя, другой вывод выключателя соединен с источником питания, выход блока защиты от юза и боксования соединен со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, а второй вход соединен с выходом масштабирующего усилителя, первый вход которого соединен с выходом датчика тока возбуждения, а второй вход соединен с контактом управления контактора ослабления возбуждения, являющимся третьим выходом прерывателя тока возбуждения, причем первый выход блока управления через первый согласующий блок соединен с управляющим электродом и катодом главного тиристора, являющимися вторым и третьим входами прерывателя тока возбуждения, а второй выход блока управления соединен через второй согласующий блок с управляющим электродом и катодом тиристора гашения, являющимися четвертым и пятым входами прерывателя тока возбуждения, причем другой вывод датчика тока якоря соединен с землей.РИСУНКИ
Рисунок 1