CZ17129U1

CZ17129U1 - Device for controlling both armature and excitation currents of direct-current traction motors with four-quadrant converter

Info

Publication number: CZ17129U1
Application number: CZ200618294U
Authority: CZ
Inventors: First@AntonĂn
Original assignee: First@AntonĂn
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2007-01-02

Description

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

U trakčních kolejových vozidel, zejména vozidel městské hromadné dopravy, metra, lokomotiv a jiných drážních vozidel, ale i elektromobilů apod. je s výhodou používán stejnosměrný trakční motor, který je vyhovující především pro své velmi dobré trakční vlastnosti. Technickým problémem u těchto motorů však zůstává jeho nevhodnost pro zapojení spojené s rekuperací elektrické energie a rychlým přechodem mezi jízdním režimem vozidla a brzdným režimem vozidla, kdy při těchto změnách řízení nastává změna směru proudu v kotvě trakčního motoru a jako další nevýhodu lze spatřovat v obtížné možnosti rychlé změny směru jeho otáčení.Traction rail vehicles, especially public transport vehicles, subways, locomotives and other railway vehicles, but also electric vehicles, etc., preferably use a DC traction motor, which is particularly suitable for its very good traction properties. However, the technical problem of these engines remains unsuitable for the connection associated with energy recovery and the rapid transition between vehicle driving mode and vehicle braking mode, when these steering changes the current direction in the armature of the traction motor change and as a further disadvantage rapid change of direction of rotation.

Pro pohon trakčních vozidel je výhodnější použít sériový trakční motor s možností řízení budicího proudu při zapojení měniče, kdy proud buzení nemění svůj směr ani při změně směru proudu v kotvách trakčních motorů a směru jízdy, čímž je zajištěno nabuzení trakčního motoru v brzdném režimu z remanentního napětí bez pomocného zdroje.For traction vehicle drive it is preferable to use a series traction motor with the possibility of driving the excitation current when the inverter is connected, when the excitation current does not change its direction even when the current in the traction motor anchors and driving direction changes. without an auxiliary source.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Shora uvedené nevýhody ve velké míře odstraňuje a technický problém řeší zapojení pro řízení kotevního i budicího proudu stejnosměrných trakčních motorů s čtyřkvadrantovým měničem, u kterého jsou trakční motory napájeny ze stejnosměrné sítě a/nebo ze střídavé sítě s usměrňovačem, sestávající ze vzájemně propojených elektrických a elektronických prvků podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že mezi první svorku napájecí sítě a druhou svorku napájecí sítě je sériově zapojena sestava tvořená prvním elektronickým spínačem, druhým elektronickým spínačem, třetím elektronickým spínačem a čtvrtým elektronickým spínačem, které mají vintegrovány antiparalelní diody polované v závěrném směru pro napájecí napětí, přičemž paralelně k vnitřní dvojici elektronických spínačů tvořené druhým elektronickým spínačem a třetím elektronickým spínačem je připojeno budicí vinutí trakčního motoru a první čidlo proudu a mezi druhý elektronický spínač a třetí elektronický spínač je přes druhé čidlo proudu připojen první pól kotvy trakčního motoru a druhý pól kotvy trakčního motoru je připojen přes pátý elektronický spínač na druhou svorku napájecí sítě a přes šestý elektronický spínač na první svorku napájecí sítě a přičemž i pátý elektronický spínač a šestý elektronický spínač má vintegrovány antiparalelní diody polované v závěrném směru pro napájecí napětí.The above-mentioned disadvantages are largely eliminated and the technical problem is solved by the wiring for controlling the anchor and excitation current of DC traction motors with a four-quadrant converter, in which the traction motors are powered from DC and / or AC with rectifier consisting of interconnected electrical and electronic elements according to the invention, characterized in that an assembly consisting of a first electronic switch, a second electronic switch, a third electronic switch, and a fourth electronic switch having integrated antiparallel diodes poled in a series is connected in series between the first power supply terminal and the second power supply terminal; a reverse direction for the supply voltage, wherein parallel to the inner pair of electronic switches formed by the second electronic switch and the third electronic switch and the first current sensor, and between the second electronic switch and the third electronic switch, the first pole of the traction motor armature is connected via the second current sensor and the second pole of the traction motor armature is connected via the fifth electronic switch to the second power supply terminal and via the sixth electronic switch and the fifth electronic switch and the sixth electronic switch have integrated anti-parallel diodes poled in the reverse direction for the supply voltage.

Zapojení podle technického řešení odstraňuje nevýhody stávajících známých zapojení řešících tento technický problém zejména v tom, že má při použití sériového trakčního motoru úsporu druhého měniče pro řízení brzdicího proudu a umožňuje nezávislé zvýšení nebo snížení brzdicího proudu proti proudu kotvy v režimu jízdy i v režimu brzdném. V režimu jízdy umožňuje získat u sériového trakčního motoru omezení otáček naprázdno, nebo dokonce roztáčeného motoru, který přejde do brzdného režimu. V brzdném režimu umožňuje zavedení řízeného brzdicího proudu kvalitní start brzdy. V jízdním režimu umožňuje toto zapojení plynulé řízení brzdicího proudu ve všech režimech nezávisle na řízení proudu kotvy řídit hodnotu brzdicího proudu pro správnou rotaci trakčního motoru i při požadavku na plné sepnutí pulsního měniče pro snížení ztrát způsobených prací měniče. Připojení stejnosměrného sériového trakčního motoru k obvodu čtyř v sérii zapojených elektronických spínačů se zpětně vodivými diodami umožňuje nezávislé řízení proudu kotvy trakčního motoru a budicího proudu trakčního motoru a výhoda tohoto za- 1 CZ 17129 Ul pojení spočívá v nezávislosti řízení budicího proudu, jak co do zvyšování, tak i snižování hodnoty budicího proudu pomocí regulační smyčky.The wiring according to the invention eliminates the disadvantages of the existing known wires solving this technical problem, in particular in that, when using a serial traction motor, it saves the second converter for controlling the braking current and allows independent braking current increase or decrease against the armature current. In driving mode, it allows you to obtain a no-load speed limit, or even a cranked engine that goes into braking mode on a standard traction motor. In braking mode, the introduction of a controlled braking current allows a good start of the brake. In driving mode, this wiring enables continuous braking current control in all modes, independent of armature current control, to control the braking current value for proper traction motor rotation even when the pulse converter is fully engaged to reduce the losses caused by the drive operation. The connection of a DC series traction motor to the circuit of four in series connected electronic switches with reverse conducting diodes allows independent control of the armature current of the traction motor and the drive current of the traction motor. The advantage of this connection lies in the as well as reducing the field current via the control loop.

Přehled obrázku na výkreseOverview of the figure in the drawing

Na připojeném vyobrazení je znázorněno příkladné schematické zapojení technického řešení, kde jsou zakresleny jeho základní elektrické a elektronické prvky.The attached figure shows an exemplary schematic connection of the technical solution, where its basic electrical and electronic components are depicted.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Příklad konkrétního elektrického zapojení na připojeném výkrese znázorňuje první svorku 11 napájecí sítě a druhou svorku 12 napájecí sítě, mezi které je sériově zapojena sestava vytvořená prvním elektronickým spínačem 1, druhým elektronickým spínačem 2, třetím elektronickým io spínačem 3 a čtvrtým elektronickým spínačem 4, které mají vintegrovány antiparalelní diody polované v závěrném směru pro napájecí napětí. Paralelně k vnitřní dvojici elektronických spínačů tvořené druhým elektronickým spínačem 2 a třetím elektronickým spínačem 3 je připojeno budicí vinutí 10 trakčního motoru a první čidlo 9 proudu a mezi druhý elektronický spínač 2 a třetí elektronický spínač 3 je přes druhé čidlo 8 proudu připojen první pól kotvy 7 trakčního motoru a druhý pól kotvy 7 trakčního motoru je připojen přes pátý elektronický spínač 5 na druhou svorku 12 napájecí sítě a přes šestý elektronický spínač 6 na první svorku 11 napájecí sítě, přičemž pátý elektronický spínač 5 i šestý elektronický spínač 6 má vintegrovány antiparalelní diody polované v závěrném směru pro napájecí napětí stejně, jako všechny ostatní elektronické spínače obsažené v zapojení.An example of a particular electrical connection in the attached drawing illustrates a first power supply terminal 11 and a second power supply terminal 12 between which an assembly formed by a first electronic switch 1, a second electronic switch 2, a third electronic switch 3 and a fourth electronic switch 4 have integrated anti-parallel diodes poled in reverse direction for supply voltage. In parallel to the inner pair of electronic switches formed by the second electronic switch 2 and the third electronic switch 3, a traction motor excitation coil 10 and a first current sensor 9 are connected and a first armature pole 7 is connected between the second electronic switch 2 and the third electronic switch 3. of the traction motor and the second pole of the traction motor armature 7 is connected via the fifth electronic switch 5 to the second terminal 12 of the mains and through the sixth electronic switch 6 to the first terminal 11 of the mains. in reverse direction for the supply voltage as well as all other electronic switches included in the wiring.

Funkci zapojení podle technického řešení lze přiblížit nejprve pro jízdní režim a dále pro brzdný režim vozidla.The connection function according to the invention can be approached first for driving mode and then for vehicle braking mode.

Při požadavku na jízdní režim vpřed spíná čtvrtý elektronický spínač 4 a připojuje napájecí napětí z první svorky 1T napájecí sítě na budicí vinutí 10 trakčního motoru. Po zadání jízdního proudu dochází k sepnutí pátého elektronického spínače 5, čímž je na trakční motor připojeno napájecí napětí z obou jeho pólů. Proud protéká z napájecí sítě přes čtvrtý elektronický spínač 4, první čidlo 9 proudu, budicí vinutí 10 trakčního motoru, diodu druhého elektronického spínače 2, druhé čidlo 8 proudu, kotvu 7 trakčního motoru a pátý elektronický spínač 5 na druhou svorku 12 napájecí sítě. Proud v kotvě 7 trakčního motoru budicím vinutím 10 trakčního motoru narůstá a má stejnou hodnotu. Při rozepnutí pátého elektronického spínače 5 se proud kotvy 7 trakčního motoru dále uzavírá vlivem indukčností trakčního motoru ve smyčce tvořené kotvou 7 trakčního motoru, diodou šestého elektronického spínače 6 sepnutého čtvrtým elektronickým spínačem 4, prvním čidlem 9 proudu, budicím vinutím 10 trakčního motoru, diodou druhého elektronického spínače 2 a druhým čidlem 8 proudu na druhý pól kotvy 7 trakčního motoru. Opakovaným spínáním a rozepínáním pátého elektronického spínače 5 je zvyšován proud v kotvě 7 trakčního moto35 ru i buzení trakčního motoru a při zvyšování otáček trakčního motoru i napětí na něm. Doba vedení je postupně prodloužena až do plného sepnutí pátého elektronického spínače 5. Trakční motor se dále rozbíhá po své charakteristice. Pro další zvýšení otáček je vhodné odbuzování trakčního motoru a proto od tohoto okamžiku dochází při trvale sepnutém pátém elektronickém spínači 5 ke spínání třetího elektronického spínače 3 a snižování proudu buzení na hodnotu tak, aby byl udržen při zvyšujících se otáčkách proud kotvy 7 trakčního motoru.Upon request of the forward driving mode, the fourth electronic switch 4 switches and connects the supply voltage from the first power supply terminal 1T to the drive winding 10 of the traction motor. After entering the driving current, the fifth electronic switch 5 closes, whereby the supply voltage from both its poles is connected to the traction motor. Current flows from the power supply network through the fourth electronic switch 4, the first current sensor 9, the traction motor winding 10, the second electronic switch 2 diode, the second current sensor 8, the traction motor armature 7 and the fifth electronic switch 5 to the second power supply terminal 12. The current in the armature armature 7 of the drive motor winding 10 increases and has the same value. Upon opening of the fifth electronic switch 5, the current of the traction motor armature 7 is further closed due to the inductance of the traction motor in the loop formed by the traction motor armature, diode of the sixth electronic switch 6 closed by the fourth electronic switch the electronic switch 2 and the second current sensor 8 to the second pole of the armature 7 of the traction motor. By repeatedly switching on and off the fifth electronic switch 5, the current in the armature 7 of the traction motor 35 is increased, as well as the excitation of the traction motor and, as the speed of the traction motor increases and the voltage thereon. The lead time is gradually extended until the fifth electronic switch 5 is fully closed. To further increase the revolutions, it is desirable to energize the traction motor, and hence, from this point on, the permanently closed fifth electronic switch 5 switches the third electronic switch 3 and decreases the excitation current to a value so as to maintain the armature current 7 of the traction motor.

Proud buzení je snímán prvním čidlem 9 proudu, které zajišťuje, že hodnota budicího proudu nebude snížena pod hodnotu povoleného odbuzení trakčního motoru a je zároveň zajištěn minimální nastavený budicí proud nezávisle na proudu kotvy 7 trakčního motoru pomocí spínání prvního elektronického spínače 1, čímž je zajištěno, že trakční motor nemůže překročit maximál45 ní povolené otáčky ani pri jízdě z kopce, protože dochází k přechodu z motorického na generátorový chod. Napětí na kotvě 7 trakčního motoru je vyšší, než napětí napájecí a proud se tedy uzavírá z druhé svorky 12 napájecí sítě před diodu pátého elektronického spínače 5, kotvu 7 trakční-2CZ 17129 Ul ho motoru, která je zdrojem energie, druhé čidlo 8 proudu, diodu třetího elektronického spínače 3 a diodu čtvrtého elektronického spínače 4 na první svorku 11 napájecí sítě.The excitation current is sensed by the first current sensor 9, which ensures that the excitation current value is not reduced below the allowed field weakening value of the traction motor, while ensuring a minimum set excitation current independent of the current of the traction motor armature 7 by switching the first electronic switch 1. that the traction motor cannot exceed the maximum speed45 even when going downhill, because it is changing from motor to generator operation. The voltage at the traction motor armature 7 is higher than the supply voltage and the current is then closed from the second power supply terminal 12 before the diode of the fifth electronic switch 5, the traction armature 7, the power source, the second current sensor 8, a diode of the third electronic switch 3 and a diode of the fourth electronic switch 4 for the first terminal 11 of the power supply network.

V brzdném režimu po zadání brzdného proudu dochází k sepnutí prvního elektronického spínače i a tím zapojení trakčního motoru dokrátka před diodu třetího elektronického spínače 3 a diodu pátého elektronického spínače 5 při zachování směru proudu v buzení a při obrácení proudu v kotvě 7 trakčního motoru. Nedojde-li k nárůstu brzdného proudu v čase jedné desetiny sekundy, je vydán povel k sepnutí čtvrtého elektronického spínače 4 a tím vytvoření budicího proudu pro trakční motor z napájecí sítě. Toto platí jen za předpokladu, že otáčky trakčního motoru nejsou nulové. Po vzniku brzdného proudu je další řízení prováděno spínáním prvního elektronického ío spínače I. Při vypnutí prvního elektronického spínače 1 se proud kotvy 7 trakčního motoru uzavírá přes diodu pátého elektronického spínače 5, diodu třetího elektronického spínače 3 a diodu čtvrtého elektronického spínače 4.In the braking mode after the braking current has been entered, the first electronic switch 1 is switched on and thus the traction motor is switched on shortly before the diode of the third electronic switch 3 and the diode of the fifth electronic switch 5 while maintaining the current direction in the excitation. If there is no increase in the braking current in one tenth of a second, the fourth electronic switch 4 is commanded to generate a drive current for the traction motor from the supply network. This only applies if the traction motor speed is not zero. After the braking current is generated, further control is effected by switching the first electronic switch I. When the first electronic switch 1 is switched off, the current of the traction motor armature 7 is closed via the diode of the fifth electronic switch 5, the diode of the third electronic switch 3 and diode of the fourth electronic switch 4.

Při použití jen pro jeden směr otáčení nejsou použity pátý elektronický spínač 5 a šestý elektronický spínač 6 a řízení proudu trakčního motoru je prováděno prvním elektronickým spínačem i nebo čtvrtým elektronickým spínačem 4. Zapojení je symetrické podle osy kotvy 7 trakčního motoru a při požadavku na opačný chod trakčního motoru se jen symetricky prohodí řízení elektronických spínačů.When used in only one direction of rotation, the fifth electronic switch 5 and the sixth electronic switch 6 are not used and the traction motor current control is performed by the first electronic switch or the fourth electronic switch 4. The connection is symmetrical about the armature axis 7 of the traction motor and traction motor only symmetrically reverses the control of electronic switches.

Zapojení podle technického řešení je výhodné použít vždy tehdy, kdy je zapotřebí řídit stejnosměrný trakční motor ve velkém rozsahu v jízdním režimu při obou směrech otáčení trakčního motoru. Při požadavku na jeden směr otáčení jsou pátý elektronický spínač 5 a šestý elektronický spínač 6 vynechány a kotva 7 trakčního motoru je připojena trvale k jedné svorce napájecí sítě.It is advantageous to use the circuit according to the invention whenever it is necessary to control the DC traction motor to a large extent in driving mode in both directions of rotation of the traction motor. When one direction of rotation is required, the fifth electronic switch 5 and the sixth electronic switch 6 are omitted and the traction motor armature 7 is permanently connected to one power supply terminal.

Využití zapojení podle technického řešení je předpokládáno v trakčních obvodech trakčních kolejových vozidel městské dopravy, drážních trakčních vozidlech, ale i u trolejbusů a elektromobilů.The utilization of the connection according to the technical solution is supposed in the traction circuits of traction rail vehicles of urban transport, railway traction vehicles, but also in trolleybuses and electric vehicles.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

25 PROTECTION REQUIREMENTS

Wiring for controlling the anchor and excitation current of DC traction motors with a four-quadrant converter, in which the traction motors are powered from a DC mains and / or AC mains with a rectifier, consisting of interconnected electrical and electronic components, characterized in that a power supply terminal (11) and a second terminal

30 (12) of the power supply network, a series consisting of a first electronic switch (1), a second electronic switch (2), a third electronic switch (3), and a fourth electronic switch (4) having integrated anti-parallel diodes polarized in reverse direction for power supply a traction motor excitation coil (10) and a first current sensor (9) are connected in parallel to the inner pair of electronic switches (2) and the third electronic switch (3) and between the second electronic switch (2) and the third the electronic switch (3) is connected via the second sensor (8) to the first pole of the traction motor armature (7) and the second pole of the traction motor (7) is connected via the fifth electronic switch (5) to the second power supply terminal (12) and an electronic switch (6) to the first power supply terminal (11) and wherein the fifth electronic switch (5) and the w The sixth electronic switch (6) has integrated anti-parallel diodes in the reverse direction for the supply voltage.

1 drawing