PL193057B1 - Urządzenie do zasilania prądem elektrycznym co najmniej jednego silnika szeregowego - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do zasilania pradem elektrycznym co najmniej jednego silnika szeregowego majacego wirnik z dwoma zaciskami i induktor, zawierajace przerywacz, którego punkt srodkowy jest dolaczony do jednego zacisku kazdego wirnika, zas miedzy punkt srodkowy przerywacza a zródlo napiecia zasilania jest wlaczony co najmniej jeden pierwszy sterowany przelacznik statyczny dostarczajacy prad zasilania do silnika pracujacego w trybie napedzania, natomiast miedzy punkt srodkowy a mase jest wlaczony co najmniej jeden drugi sterowany przelacznik statyczny za- mykajacy obwód ladowania silnika pracujacego jako gene- rator w czasie hamowania, zas opornik ograniczajacy prad zwarciowy w czasie hamowania jest wlaczony miedzy drugi zacisk kazdego wirnika a mase, znamienne tym, ze zawie- ra ponadto diodowy uklad komutacyjny, którego co najmniej jedna pierwsza dioda (32, 35, 44, 45) jest dolaczona anoda do drugiego zacisku wirnika a katoda do masy, umozliwiajac przeplyw pradu zasilania silnika, doprowadzonego przez pierwszy sterowany przelacznik statyczny (11, 13, 15), w jednym kierunku w czasie gdy ten przelacznik jest w stanie przewodzenia, zas co najmniej jedna druga dioda (31, 34, 39, 43) jest dolaczona katoda do drugiego zacisku wirnika a anoda do obciazenia (40), umozliwiajac przeplyw pradu zasilania doprowadzonego przez drugi sterowany przelacznik statyczny (12, 14, 16), w drugim kierunku, przez silnik pracuja- cy jako generator, w czasie gdy ten przelacznik jest w stanie przewodzenia. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest urządzenie do zasilania silników prądem elektrycznym co najmniej jednego silnika szeregowego.

Wynalazek dotyczy, zwłaszcza, urządzenia z przerywaczami prądu do zasilania trakcyjnych pojazdów miejskich lub podmiejskich.

W urządzeniach tego typu stosuje się przerywacze elektromechaniczne, takie jak styczniki, przerywacze statyczne lub tyrystory, w celu umożliwiania funkcjonowania silników elektrycznych w trybie napędzania bądź w trybie hamowania. Przy czym, stosowanie tych zespołów komutacyjnych wymaga zastosowania układów komutacji wymuszonej lub, w przypadku układów tyrystorowych, ich sterowania, które jest uzależnione od okresu oczekiwania aż prąd w tyrystorze będzie mniejszy niż ich prąd podtrzymania.

W każdym z tych przypadków występuje nieciągłość prądu, co jest istotną niedogodnością w znanych urządzeniach.

Celem wynalazku jest stworzenie urządzenia zasilającego silniki elektryczne, przełączane w tryb napędzania i tryb hamowania, które pozwalałoby na przełączanie trybu napędzania i hamowania silników o wzbudzaniu szeregowym w sposób całkowicie statyczny i naturalny.

Urządzenie do zasilania prądem elektrycznym co najmniej jednego silnika szeregowego mającego wirnik z dwoma zaciskami i induktor, zawierające przerywacz, którego punkt środkowy jest dołączony do jednego zacisku każdego wirnika, zaś między punkt środkowy przerywacza a źródło napięcia zasilania jest włączony co najmniej jeden pierwszy sterowany przełącznik statyczny dostarczający prąd zasilania do silnika pracującego w trybie napędzania, natomiast między punkt środkowy a masę jest włączony co najmniej jeden drugi sterowany przełącznik statyczny zamykający obwód ładowania silnika pracującego jako generator w czasie hamowania, zaś opornik ograniczający prąd zwarciowy w czasie hamowania jest włączony między drugi zacisk każdego wirnika a masę, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że zawiera ponadto diodowy układ komutacyjny, którego co najmniej jedna pierwsza dioda jest dołączona anodą do drugiego zacisku wirnika a katodą do masy, umożliwiając przepływ prądu zasilania silnika, doprowadzonego przez pierwszy sterowany przełącznik statyczny, w jednym kierunku w czasie, gdy ten przełącznik jest w stanie przewodzenia, zaś co najmniej jedna druga dioda jest dołączona katodą do drugiego zacisku wirnika a anodą do obciążenia, umożliwiając przepływ prądu zasilania doprowadzonego przez drugi sterowany przełącznik statyczny, w drugim kierunku przez silnik pracujący jako generator, w czasie gdy ten przełącznik jest w stanie przewodzenia.

Korzystnie, pierwszy sterowany przełącznik statyczny i drugi sterowany przełącznik statyczny są zbudowane na tranzystorach bipolarnych z izolowaną bramką.

Korzystnie, do punktu środkowego przerywacza jest dołączony co najmniej jeden silnik szeregowy zawierający wirnik włączony w pierwszej gałęzi z induktorem, jedną z pierwszych diod i jedną z drugich diod, oraz co najmniej jeden drugi silnik szeregowy zawierający wirnik włączony w drugiej gałęzi połączonej równolegle z pierwszą gałęzią, z induktorem, jedną z pierwszych diod i jedną z drugich diod, zaś obciążenie jest wspólne dla obu gałęzi, dla silników pracujących jako generatory.

Korzystnie, pierwsze diody są włączone między wirnikami a związanymi z nimi induktorami silników, zaś pozostałe pierwsze diody są włączone między induktorami a masą.

Korzystnie, drugie diody są włączone między wirnikami a związanymi z nimi induktorami silników, zaś pozostałe drugie diody są włączone między induktorami a obciążeniem.

Korzystnie, druga dioda jest włączona między wirnikami silników włączonych w pierwszej gałęzi, a induktorami silników włączonych w drugiej gałęzi, zaś pozostała druga dioda jest włączona między induktorami a obciążeniem.

Korzystnie, każda pierwsza i druga dioda jest połączona szeregowo z co najmniej jednym z wirników i jednym z induktorów.

Rozwiązanie według wynalazku w przykładach realizacji jest zobrazowane na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia urządzenie zasilające silniki elektryczne o wzbudzeniu szeregowym z przerywaczem prądu, w schemacie elektrycznym; fig. 2 - urządzenie zasilające z fig. 1 pracujące w trybie napędzania, w schemacie elektrycznym, zaś fig. 3 - urządzenie zasilające z fig. 1 pracujące w trybie hamowania, w schemacie elektrycznym.

Urządzenie zasilające pokazane na fig. 1 zawiera cewkę indukcyjną 1 połączoną szeregowo z kondensatorem 2, które są dołączone do zacisków źródła zasilania napięcia stałego UL, za pośredPL 193 057B1 nictwem obwodu równoległego 3. W jednej gałęzi tego obwodu znajduje się wyłącznik 4, a w drugiej gałęzi znajdują się szeregowo połączone: bezpiecznik 5, przerywacz ochronny 6 i opornik 7.

Równolegle do kondensatora 2 jest dołączony przerywacz, w postaci tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką IGBJT 8, i dioda 9 połączona z emiterem przerywacza IGBJT 8. Równolegle do diody 9 jest włączony rezystor 10.

Ponadto, równolegle do kondensatora 2 są dołączone trzy grupy par przerywaczy IGBJT 11 i 12, 13 i 14 oraz 15 i 16, przy czym kolektory i emitery tranzystorów każdej z grup są połączone szeregowo.

Między emiter i kolektor każdego z przerywaczy IGBJT są włączone diody 19, 20, 21, 22, 23, 24, przy czym katody tych diod są połączone z kolektorami związanych z nimi przerywaczy IGBJT.

Punkty połączenia emiterów przerywaczy 11, 13, 15 z kolektorami przerywaczy 12, 14, 16 tworzą punkt wspólny M przerywacza i są razem dołączone do pierwszych zacisków dwóch wirników 25, 27 pierwszego i trzeciego silnika elektrycznego M1i M3.

Wirniki 25, 27 pierwszego i trzeciego silnika elektrycznego M1i M3 są umieszczone w oddzielnych gałęziach i połączone szeregowo z wirnikami 26, 28 drugiego i czwartego silnika elektrycznego M2, M4, odpowiednio. Układ utworzony przez przerywacze 11, 13, 15 i ich diody 19, 21, 23 oraz przez przerywacze 12, 14, 16 i ich diody 20, 22, 24 tworzy przerywacz z punktem środkowym M do zasilania silników elektrycznych M1, M2, M3 i M4.

Zależnie od napięcia wymaganego przez przerywacz, może on zawierać jedynie jeden lub dwa przerywacze IGBJT połączone zawsze z punktem wspólnym M.

Zacisk wirnika 26 silnika M2, przeciwległy do zacisku połączonego z wirnikiem 25 silnika M1, jest połączony, za pośrednictwem stycznika izolującego 30, z katodą diody 31 i anodą diody 32.

Analogicznie, zacisk wirnika 28 silnika M4 przeciwległy do zacisku połączonego z wirnikiem 27 silnika M3, jest połączony, za pośrednictwem stycznika izolującego 33, z katodą diody 34 i anodą diody 35.

Katoda diody 32 jest połączona, z jednej strony, z szeregowo połączonymi induktorami 37 i 38 silników M1i M2 oraz, z drugiej strony, z katodą diody 39 połączonej swą anodą z opornikiem obciążenia 40, ograniczającym prąd zwarciowy hamowania.

Katoda diody 35 jest połączona, z jednej strony, z szeregowo połączonymi induktorami 41 i 42 silników M3 i M4 oraz, z drugiej strony, z katodą diody 43 połączonej swą anodą z opornikiem obciążenia 40, ograniczającym prąd zwarciowy hamowania.

Druga końcówka induktora 38 silnika M2 jest połączona z anodą diody 44 (której katoda jest połączona z masą), a także z anodą diody 34, której katoda jest połączona ze stycznikiem izolującym 33 wirników 27 i 28 silników M3 i M4.

Druga końcówka induktora 42 silnika M4 jest połączona z anodą diody 45 (której katoda jest połączona z masą), a także z anodą diody 31, której katoda jest połączona ze stycznikiem izolującym 30 wirników 25 i 26 silników M1i M2.

Jak widać, diody 32 i 44 łączące wirniki 25 i 26 silników M1i M2 z ich induktorami 37 i 38, oraz diody 35 i 45 łączące tworniki 21 i 28 silników M3 i M4 z ich induktorami 41 i 42, są spolaryzowane w jednym kierunku, co zapewnia funkcjonowanie silników w trybie napędzania, w czasie gdy przerywacze IGBJT 11, 13, 15 przewodzą, a przerywacze IGBJT 12, 14, 16są zablokowane.

Diody 31 i 43 łączące wirniki 25 i 26 silników M1 i M2 z induktorami 41i 42 silników M3 i M4, oraz diody 34 i 39 łączące wirniki 27 i 28 silników M3 i M4 z induktorami 37 i 38 silników M1, M2 a także z opornikiem obciążenia 40, są spolaryzowane w kierunku przeciwnym do kierunku polaryzacji diod 32, 44, 35, 45, co zapewnia działanie silników w trybie hamowania w czasie gdy przerywacze IGBJT 12, 14, 16 przewodzą, a przerywacze IGBJT 11, 13, 15 są zablokowane.

Na fig. 2 i 3 pokazane są jedynie istotne elementy dwukierunkowego przerywacza przy pracy w trybie hamowania i w trybie napędzania, odpowiednio.

Przerywacze IGBJT 11, 13, 15 są sterowane tylko w trybie napędzania. Współczynnik cyklu przewodzenia tych przerywaczy waha się od 0do 1.

Przerywacze IGBJT 12, 14, 16 są sterowane tylko w trybie hamowania. Współczynnik cyklu przewodzenia tych przerywaczy waha się od 0do 1.

Silniki M1, M2, M3, M4 są połączone szeregowo-równolegle, a z reguły ich pary stanowią wyposażenie dwusilnikowego podwozia wózka kolejowego pojazdu miejskiego lub podmiejskiego.

W przypadku podwozia jednosilnikowego, układ zawiera dwa silniki połączone równolegle. Należy również zauważyć, że wynalazek może być stosowany do zasilania tylko jednego silnika.

PL 193 057B1

W zależności od sterowanych przerywaczy IGBJT 11, 13, 15 lub 12, 14, 16, silniki pracują w trybie napędzania lub w trybie hamowania dzięki diodom 32, 44, 35, 45 oraz 31, 34, 43, 39, odpowiednio.

Schemat przerywacza pracującego w trybie napędzania jest pokazany na fig. 2.

Przerywacze IGBJT 11, 13 i 15 stają się przewodnikami, natomiast przerywacze IGBJT 12, 14 i 16 są zablokowane, jak to pokazano na fig. 2, gdzie przerywacze 12, 14 i 16 są zaznaczone linią przerywaną.

Diody 20, 22 i 24, włączone między emiter a kolektor przerywaczy 12, 14 i 16, są w tym momencie w stanie przewodzenia. Diody 19, 21 i 23, związane z przerywaczami 11, 13 i 15 nie pracują isą zaznaczone liniami przerywanymi.

W takiej konfiguracji przerywacz zasila silniki napędowe od M1do M4.

Wirniki 25, 26 silników M1, M2 są połączone szeregowo ze swymi induktorami 37, 38 poprzez diody 32 i 44.

Wirniki 27, 28 silników M3, M4 są połączone szeregowo ze swymi induktorami 41, 42 poprzez diody 35 i 45.

Schemat przerywacza pracującego w trybie hamowania jest pokazany na fig. 3.

Przerywacze IGBJT 12, 14 i 16 stają się przewodnikami, a diody 19, 21 i 23 przewodzą.

Diody 20, 22 i 24 związane z przerywaczami 12, 14, 16 nie pracują i w związku z tym są również zaznaczone liniami przerywanymi.

W takiej konfiguracji przerywacz zasila silniki napędowe od M1do M4 w trybie pracy generatora.

Wirniki 25 i 26 silników M1i M2 są połączone szeregowo z induktorami 41 i 42 silników M3 i M4 za pośrednictwem diod 31i 43, oraz z opornikiem obciążenia 40 ograniczającym prąd zwarciowy hamowania.

Skrzyżowanie induktorów względem wirników silników M1, M2 i M3, M4 jest konieczne w celu zapewnienia stabilności funkcjonowania w trybie hamowania równolegle połączonych gałęzi zawierających silniki.

Styczniki izolujące 30 i 33 są zwykle zamknięte, niezależnie od trybu pracy (napędzanie czy hamowanie) jak również w czasie przejść między tymi trybami.

Zadaniem tych styczników jest kontrola prądu zwarciowego w trybie hamowania we współpracy z opornikiem obciążenia 40 ograniczającym prąd zwarciowy w trybie hamowania.

Styczniki te izolują również wirniki i induktory silników M1, M2, M3 i M4w przypadku zakończenia pracy wózka kolejowego wyposażonego w taki system, oraz w czasie jego holowania.

Opisany powyżej układ pozwala na przełączanie trybu napędzania na tryb hamowania silników o wzbudzeniu szeregowym, w sposób naturalnie statyczny.

Wystarczające jest jedynie przełączenie przerywacza zasilania w tryb napędzania bądź w tryb hamowania.

Przerywacz według wynalazku wykorzystuje w sposób optymalny własności silników o wzbudzaniu szeregowym.

Z punktu widzenia zastosowania przemysłowego, główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest wykorzystanie, w celu realizacji funkcji przerywania prądu, układów mocy z falownikami, wykonanych techniką wielowarstwową MLI.

W tym celu zwiera się trzy fazy wyjściowe oraz ustawia się trzy przerywacze 11, 13 i 15 w tryb napędzania a trzy przerywacze 12,14 i 16 w tryb hamowania, oraz łączy się z nimi urządzenie diodowe do przełączania trybu napędzania w tryb hamowania i odwrotnie.

Poza tym, urządzenie zasilające z dwukierunkowym przerywaczem prądu, według wynalazku, posiada tylko jeden opornik obciążenia 40, ograniczający prąd zwarciowy hamowania dla dwóch grup silników elektrycznych M1, M2 i M3, M4.

Opornik ten jest przełączany w sposób naturalny w układzie hamowania przez diody 39 i 43.

Claims (7)

1. Urządzenie do zasilania prądem elektrycznym co najmniej jednego silnika szeregowego mającego wirnik z dwoma zaciskami i induktor, zawierające przerywacz, którego punkt środkowy jest dołączony do jednego zacisku każdego wirnika, zaś między punkt środkowy przerywacza a źródło napięcia zasilania jest włączony co najmniej jeden pierwszy sterowany przełącznik statyczny dostarPL 193 057B1 czający prąd zasilania do silnika pracującego w trybie napędzania, natomiast między punkt środkowy a masę jest włączony co najmniej jeden drugi sterowany przełącznik statyczny zamykający obwód ładowania silnika pracującego jako generator w czasie hamowania, zaś opornik ograniczający prąd zwarciowy w czasie hamowania jest włączony między drugi zacisk każdego wirnika a masę, znamienne tym, że zawiera ponadto diodowy układ komutacyjny, którego co najmniej jedna pierwsza dioda (32, 35, 44, 45) jest dołączona anodą do drugiego zacisku wirnika a katodą do masy, umożliwiając przepływ prądu zasilania silnika, doprowadzonego przez pierwszy sterowany przełącznik statyczny (11, 13, 15), w jednym kierunku w czasie gdy ten przełącznik jest w stanie przewodzenia, zaś co najmniej jedna druga dioda (31, 34, 39, 43) jest dołączona katodą do drugiego zacisku wirnika a anodą do obciążenia (40), umożliwiając przepływ prądu zasilania doprowadzonego przez drugi sterowany przełącznik statyczny (12, 14, 16), w drugim kierunku, przez silnik pracujący jako generator, w czasie gdy ten przełącznik jest w stanie przewodzenia.

2. Urządzenie zasilające, według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy sterowany przełącznik statyczny (11, 13, 15) i drugi sterowany przełącznik statyczny (12, 14, 16) są zbudowane na tranzystorach bipolarnych z izolowaną bramką.

3. Urządzenie zasilające, według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że do punktu środkowego (M) przerywacza jest dołączony co najmniej jeden silnik szeregowy (M1, M2) zawierający wirnik (25, 26) włączony w pierwszej gałęzi z induktorem (37, 38), jedną z pierwszych diod (32, 44) i jedną z drugich diod (31, 43), oraz, co najmniej jeden drugi silnik szeregowy (M3, M4) zawierający wirnik (27, 28) włączony w drugiej gałęzi, połączonej równolegle z pierwszą gałęzią, z induktorem (41, 42), jedną z pierwszych diod (35, 45) i jedną z drugich diod (34, 39), zaś obciążenie (40) jest wspólne dla obu gałęzi, dla silników pracujących jako generatory.

4. Urządzenie zasilające, według zastrz. 1 albo 3, znamienne tym, że pierwsze diody (32, 35) są włączone między wirnikami (25, 26, 27, 28) a związanymi z nimi induktorami (37, 38, 41, 42) silników (M1, M2, M3, M4), zaś pozostałe pierwsze diody (44, 45) są włączone między induktorami (38, 42) a masą.

5. Urządzenie zasilające, według zastrz. 4, znamienne tym, że drugie diody (31, 34) są włączone między wirnikami (25, 26, 27, 28) a związanymi z nimi induktorami (37, 28, 41, 42) silników (M1, M2, M3, M4), zaś pozostałe drugie diody (43, 39) są włączone między induktorami (37, 41) a obciążeniem (40).

6. Urządzenie zasilające, według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że druga dioda (31) jest włączona między wirnikami (25, 26) silników (M1, M2) włączonych w pierwszej gałęzi, a induktorami (41, 42) silników (M3, M4) włączonych w drugiej gałęzi, zaś pozostałe druga dioda (43) jest włączona między induktorami (41, 42) a obciążeniem (40).

7. Urządzenie zasilające, według zastrz. 1, znamienne tym, że każda pierwsza i druga dioda jest połączona szeregowo z co najmniej jednym z wirników i jednym z induktorów.