RU1779626C

RU1779626C - Device for distribution of loads on traction electric motors of diesel locomotive

Info

Publication number: RU1779626C
Application number: SU904808660A
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Новиков; Геннадий Яковлевич Белобаев
Original assignee: Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1992-12-07

Abstract

Использование: тепловозы с электропередачей . Сущность изобретени : определенную часть электрической .энергии, котора поступает в т говые двигатели разгруженных колесных пар, преобразуют сначала в механическую энергию, затем получают из нее электрическую энергию, которую передают в т говые электродвигатели догруженных колесных пар. Такое преобразование электрической энергии осуществл етс при помощи двух электрических машин посе нного тока. Эти машины имоют механические соединенные кор , обмотки последовательного возбуждени и независимого возбуждени . Якорна обмотка одной (другой) машины включена в цепь разгруженных (догруженных ) электродвигателей, котора работает в двигательном (генераторном) режиме. Напр жение корной обмотки машины, работающей в двигательном Оенератор- ном) режиме, направлено согласии (встречно ) напр жению корных обмоток т говых электродвигателей. Обмочи независимого возбуждени обеих машин подключены через дополнительные контакты реверсивного переключател транспортного средства к его источнику напр жени управлени . Такое включение обмоток независимого возбуждени позвол ет мен ть режим работы (двигательный, генераторный) дополнительных электрических машин при изменении направлени движени транспортного средства и, таким образом, обеспечивать при любом направлении его движени передачу электрической энергии из цепи разгруженных т говых электродвигателей в цепь догруженных т говых электродвигателей. 2 ил. сл С ч xj Ю О гоUsage: diesel locomotives with power transmission. SUMMARY OF THE INVENTION: A certain part of the electric energy that is supplied to the unloaded wheel pair of traction motors is first converted to mechanical energy, and then electrical energy is obtained from it, which is transferred to the loaded wheel pair of traction motors. This conversion of electrical energy is carried out using two electric DC electric machines. These machines have mechanically connected cores, series excitation windings, and independent excitation windings. An anchor winding of one (another) machine is included in a chain of unloaded (loaded) electric motors, which operates in a motor (generator) mode. The voltage of the root winding of a machine operating in the motor Oenerator) mode is directed to the agreement (opposite) to the voltage of the root windings of the traction electric motors. The independent excitation rims of both machines are connected via auxiliary contacts of the vehicle reversing switch to its control voltage source. Such inclusion of independent excitation windings allows you to change the operating mode (motor, generator) of additional electric machines when the direction of movement of the vehicle is changed and, thus, ensure the transfer of electric energy from the unloaded traction electric motor circuit to the loaded traction motor chain in any direction of its movement. electric motors. 2 ill. Next S h xj Yu Oh go

Description

Изобретение относитс к транспорту и может быть использоаано дл распределени нагрузок т говых электродвигателей тепловоза с электропередачей.The invention relates to transport and can be used to distribute the loads of electric motors of a locomotive with electric transmission.

Цель изобретени - повышение экономии электроэнергии и улучшени т говых свойств.The purpose of the invention is to increase energy savings and improve propulsion properties.

На фиг. 1 представлена силова схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема его управлени .In FIG. 1 presents a power circuit of the proposed device; in FIG. 2 is a diagram of its control.

Устройство состоит из генератора 1 тока посто нного напр жени , последовательно с которым включены группы т говых электродвигателей с корными обмотками 2 и обмотками 3 возбуждени , корные обмотки 4.1, 5.1 и обмотки 4.2, 5.2 последовательного возбуждени электрических машин постол того тока (фиг. 1), которые имеют r-ще обмотки 4.3 и 5.3 независимого возбуждени (фиг. 2). Устройство имеет реThe device consists of a constant current generator 1, in series with which are included groups of traction motors with root windings 2 and excitation windings 3, root windings 4.1, 5.1 and sequential excitation windings 4.2, 5.2 of DC electric machines (Fig. 1) which have r-windings 4.3 and 5.3 of independent excitation (Fig. 2). The device has re

версивный переключатель с обмотками б и контактами 7.1-7.8. Первые контакты 7,1- 7.4 реверсивного переключател включены о цепи обмоток 3 возбуждени т говых электродвигателей . Через вторые контакты 7.5- 7,8 реверсивного переключател цепь, образованна из обмоток 4,3 и 5.3 независимого возбуждени электрических машин, подключена к выводам 8. К этим же выводам подключены обмотки б реверсивного переключател через контакты 9 задатчика направлени движени тепловоза и источник напр жени управлени (на фиг. не показано ). Якор электрических машин имеют механическую св зь 10. Одноименные выводы обмоток возбуждени электрических машин на схемах отмечены точками.Versatile switch with windings b and contacts 7.1-7.8. The first contacts 7.1 to 7.4 of the reversing switch are connected on the circuit of the windings 3 of the excitation motors of the traction motors. Through the second contacts of the 7.5- 7.8 reversing switch, the circuit formed from the windings 4.3 and 5.3 of the independent excitation of the electrical machines is connected to the terminals 8. The windings of the reversing switch are connected to the same terminals through the contacts 9 of the locomotive direction adjuster and the voltage source control (not shown in Fig.). The armature of electrical machines have a mechanical connection 10. The outputs of the same name of the excitation windings of electrical machines are marked with dots in the diagrams.

Т говые электродвигатели, которые принадлежат к одной группе и соединены последовательно, гзращзют колесные пары с одинаковым характером механического иагружени . Электродвигатели одной группы вращают разгруженные колесные пары, второй -догруженные. При изменении направлени движени тепловоза и соответст- венно направл вращени т говых электродвигателей мен етс характер механического иагружени колесных пар, т.е. электродвигатели, вращавшие разгруженные (догруженные) колесные пары до изменени направлени движени , после его изменени вращают догруженные (разгруженные ) колесные пары.Traction motors, which belong to the same group and are connected in series, provide wheel pairs with the same nature of mechanical loading. Electric motors of one group rotate the unloaded wheel pairs, the second - loaded. By changing the direction of motion of the locomotive and, accordingly, the direction of rotation of the traction electric motors, the nature of the mechanical and loading of the wheel pairs changes, i.e. electric motors that rotate the unloaded (loaded) wheel pairs before changing the direction of movement, after it changes, the loaded (unloaded) wheel pairs rotate.

Электрические машины посто нного тока выполнены так, что при максимально возможных токах генератора 1 магнитный поток их обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбуждени меньше магнитного потока их обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждени . В каждой электрической машине характер взаимодействи (складываютс , вычитаютс ) магнитных потоков ее обмоток возбуждени зависит от направлени движени тепловоза и задаетс положением контактов 7.5-7.7 реверсивного переключател .The DC electric machines are designed so that at the maximum possible currents of the generator 1, the magnetic flux of their successive excitation windings 4.2 and 5.2 is less than the magnetic flux of their independent excitation windings 4.3 and 5.3. In each electric machine, the nature of the interaction (added, subtracted) of the magnetic fluxes of its field windings depends on the direction of motion of the locomotive and is determined by the position of the contacts 7.5-7.7 of the reversing switch.

Рассмотрим пор док работы устройства дл следующих условий. Тепловоз двигаетс в направлении, когда т говые электродвигатели левой (правой) цепи вращают разгруженные (догруженные) колесные пары (фиг. 1). При этом замкнут соответствующий контакт 9 задатчика направлени движени , напр жение управлени поступает на одну из обмоток 6 реверсивного переключател и через его замкнутые контакты 7. 5 и 7.7 прикладываетс к цепи обмоток 4.3 и 5.3. По этим обмоткам протекает ток, направление которого показано на схеме фиг, 2 стрелками, В цеп х обмоток возбуждени 3 т говых электродвигателей замкнуты соответствующие пары контактов 7.1, 7.3 или 7.2, 7.4 реверсивного переключател . Напр жени генератора 1, корных обмоток 2 т говых электродвигателей и корных обмоток 4.1 и 5.1 электрических машин имеют пол рность , котора показана на схеме фиг. 1. На этой же схеме стрелками показано направ0 ление тока, который под действием напр жени генератора 1 протекает по т говым электродвигател м и по обмоткам 4.1, 4.2,Consider the order of operation of the device for the following conditions. The locomotive moves in the direction when the left (right) chain electric motors rotate the unloaded (loaded) wheel sets (Fig. 1). In this case, the corresponding contact 9 of the motion direction adjuster is closed, the control voltage is applied to one of the windings 6 of the reversing switch and, through its closed contacts 7. 5 and 7.7, is applied to the winding circuit 4.3 and 5.3. A current flows through these windings, the direction of which is shown in the diagram of FIG. 2 by arrows. The corresponding pairs of contacts 7.1, 7.3 or 7.2, 7.4 of the reversing switch are closed in the excitation windings of 3 traction electric motors. The voltages of the generator 1, the primary windings of 2 traction electric motors and the primary windings 4.1 and 5.1 of electrical machines have a polarity which is shown in the diagram of FIG. 1. In the same diagram, the arrows show the direction of the current, which under the action of the voltage of the generator 1 flows through the traction motors and through the windings 4.1, 4.2,

5.1,5.2 электрических машин.5.1.5.2 electric machines.

В рассматриваемом режиме движени In the considered mode of movement

5 тепловоза электрическа машина с обмотками 4.1-4.3 работает в режиме двигател и благодар наличию механической св зи 10 вращает корь электрической машины с обмотками 5.1-5.3, котора работает в режиме5 of a diesel locomotive, an electric machine with windings 4.1-4.3 operates in the engine mode and, thanks to the mechanical connection 10 rotates the core of the electric machine with windings 5.1-5.3, which operates in the mode

0 генератора. Напр жение корной обмотки 4.1(5,1) электрической машины имеет одинаковую (противоположную) пол рность с пол рностью напр жени корных обмоток 2 т говых электродвигателей. Магнитные по5 токи обмоток 4.2 и 4.3 (5.2 и 5.3) машины двигател (машины генератора) складываютс (вычитаютс ) и результирующий магнитный поток двигател (генератора) равен сумме (разности) потоков обмоток возбуж0 дени . Так как магнитные потоки обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждени больше магнитных потоков обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбуждени , то на- правление разности этих магнитных пото5 ков всегда совпадает с направлением магнитного потока обмоток независимого возбуждени .0 generator. The voltage of the root winding 4.1 (5.1) of the electric machine has the same (opposite) polarity with the voltage polarity of the root windings of 2 traction electric motors. The magnetic fluxes of the windings 4.2 and 4.3 (5.2 and 5.3) of the motor machine (generator machine) are added (subtracted) and the resulting magnetic flux of the motor (generator) is equal to the sum (difference) of the fluxes of the field windings. Since the magnetic fluxes of the independent excitation windings 4.3 and 5.3 are larger than the magnetic fluxes of the successive excitation windings 4.2 and 5.2, the direction of the difference of these magnetic fluxes always coincides with the direction of the magnetic flux of the independent excitation windings.

Наличие электрических машин в цеп х т говых электродвигателей на перераспре0 деление их токоз (нагрузок) вли ет следующим образом. Напр жение параллельно соединенных цепей с обмотками 2, 3 т говых электродвигателей и с обмотками 4.1,The presence of electric machines in the chains of traction electric motors on the redistribution of their current (loads) affects the following way. Voltage of parallel connected circuits with windings of 2, 3 traction electric motors and with windings 4.1,

4.2,5,1, 5,2 электрических машин равно на- 5 пр жению генератора 1. Так как напр жение генератора 1 не зависит от напр жени корных обмоток 4.1 и 5.1 электрических машин, то их включение последовательно в цепи т говых электродвигателей приводит к4.2,5,1, 5,2 electric machines is equal to the voltage of generator 1. Since the voltage of generator 1 does not depend on the voltage of the primary windings 4.1 and 5.1 of electric machines, their inclusion in series in the circuit of traction motors leads to

0 принудительному перераспределению их нагрузок. Под действием напр жени обмотки 4.1 ток в левой цепи т говых электродвигателей уменьшаетс и падение напр жени на сопротивлении этой цепи0 forced redistribution of their loads. Under the action of the voltage of the winding 4.1, the current in the left circuit of the traction motors decreases and the voltage drop across the resistance of this circuit

5 становитс меньше на величину, равную напр жению обмотки 4.1. Таким образом, сохран етс равенство напр жений этой цепи, генератора 1 и достигаетс требуемое по услови м сцеплени уменьшение тока и соответственно силы т ги электродвигателей левой цепи, которые вращают разгруженные колесные пары.5 becomes smaller by an amount equal to the voltage of winding 4.1. In this way, the stresses of this circuit, generator 1 are maintained and the required current and, accordingly, the tractive forces of the left-chain electric motors, which rotate the unloaded wheel pairs, are achieved by the clutch conditions.

Под действием напр жени обмотки 5.1 ток в правой цепи т говых электродвигателей увеличиваетс и падение напр жени на сопротивлении этой цепи становитс больше на величину, равную напр жению обмотки 5.1. В результате этого сохран етс равенство напр жений этой цепи, генератора 1 и обеспечиваетс допустимое по усло- ви м сцеплени увеличение тока и соответственно т ги электродвигателей правой цепи, которые вращают догруженные колесные пары.Under the action of the voltage of the winding 5.1, the current in the right circuit of the traction electric motors increases and the voltage drop on the resistance of this circuit becomes greater by an amount equal to the voltage of the winding 5.1. As a result of this, the stresses of this circuit, generator 1 are preserved and the current and, accordingly, the thrusts of the electric motors of the right chain, which rotate the loaded wheel pairs, are allowed by the clutch conditions.

Принудительное перераспределение нагрузок т говых электродвигателей сопровождаетс следующими преобразовани ми энергии. Часть электрической энергии, поступающей в разгруженные т говые двигатели (в левую цепь), двигателем с обмотками 4.1-4.3 преобразуетс в механическую энергию, котора расходуетс на вращение генератора с обмотками 5.1-5.3. Последний превращает механическую энергию в электрическую , котора поступает в цепь догруженных т говых двигателей (в правую цепь). Такие преобразовани энергии сопровождаютс ее потер ми, величина которых определ етс КПД электрических машин. Поэтому в правую цепь поступает электрическа энерги , равна электрической энергии , котора обираетс из левой цепи, за вычетом энергии, тер емой в обеих электрических машинах,Forced redistribution of loads of traction electric motors is accompanied by the following energy conversions. Part of the electric energy supplied to unloaded traction motors (to the left circuit) is converted by motor with windings 4.1-4.3 into mechanical energy, which is spent on rotation of the generator with windings 5.1-5.3. The latter converts mechanical energy into electrical energy, which enters the circuit of loaded traction motors (into the right circuit). Such energy transformations are accompanied by its losses, the value of which is determined by the efficiency of electric machines. Therefore, electric energy enters the right circuit, equal to the electric energy that is taken from the left circuit, minus the energy lost in both electric machines,

В процессе принудительного перераспределени нагрузок т говых электродвигателей наличие у каждой электрической машины включенных определенным образом двух обмоток возбуждени обеспечивает требуемую пропорциональность между изменени ми механической нагрузки колесных пар и изменени ми т говых усилий электродвигателей. Это осуществл етс следующим образом. С одной стороны, чем больше (меньше) ток генератора 1, тем больше (меньше) опрокидывающие моменты действуют на механическую часть тепловоза и тем на большую (меньшую) величину отличаютс механические нагрузки на разгруженные и догруженные колесные пары, вращаемые т говыми электродвигател ми левой и правой цепи. С другой стороны, чем больше (меньше) ток генератора, тем больше (меньше) ток в цеп х т говых электродвигателей и тем на большую (меньшую) величину отличаютс результирующие магнитные потоки электрических машин. Так как их кор благодар механической св зи 10 имеют одинаковую частоту вращени , то отмеченный характер изменени результирующих магнитных потоков повтор ют ЭДС их корных обмоток 4,1 и 5.1. Включение обмоток 4.1 и 5.1 с такими ЭДС в цепи т говых электродвигателей, вращающих по раз- ному нагруженные механические колесные пары, позвол ет в любых рабочих режимах тепловоза обеспечить пропорциональность между их механической нагрузкой и силой т ги. Така пропорциональность позвол етIn the process of forced redistribution of the loads of traction electric motors, the presence of two excitation windings connected in a certain way for each electric machine provides the required proportionality between changes in the mechanical load of the wheel pairs and changes in the traction forces of the electric motors. This is done as follows. On the one hand, the more (less) the current of the generator 1, the more (less) tipping moments act on the mechanical part of the locomotive and the greater (smaller) the value of the mechanical loads on the unloaded and loaded wheel pairs, rotated by left and right electric motors right chain. On the other hand, the more (less) the generator current, the more (less) the current in the circuits of the electric traction motors and the greater (less) the magnitude of the resulting magnetic fluxes of the electric machines. Since their core due to mechanical coupling 10 have the same rotational speed, the marked pattern of change in the resulting magnetic fluxes is repeated by the EMF of their core windings 4.1 and 5.1. The inclusion of windings 4.1 and 5.1 with such EMFs in the chain of traction electric motors rotating differently loaded mechanical wheel pairs allows in any operating conditions of the locomotive to ensure proportionality between their mechanical load and traction force. This proportionality allows

0 реализовать большую силу т ги тепловоза. Дл изменени направлени движени тепловоза на противоположное размыкает ранее замкнутый и замыкает ранее разомкнутый контакты 9 задатчика направлени 0 to realize the great thrust of the locomotive. To change the direction of motion of the locomotive to the opposite, it opens the previously closed and closes the previously open contacts 9 of the direction adjuster

5 движени . После этого снимаетс напр жение с обмотки 6 реверсивного переключател , котора находилась под напр жением, и подаетс напр жение на обмотку 6, котора раньше была без напр жени , Ре0 версивный переключатель размыкает одни пары и замыкает вторые пары соответствующих контактов 7.1-7.4 в цеп х обмоток 3 возбуждени т говых электродвигателей и замыкает (размыкает) контак5 ты 7.6 и 7.8 (7.5 и 7.7) в цепи обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждени электрических машин. Это приводит к изменению направлени тока в обмотках 4.3 и 5.3. После переключени контактов реверсивного пе0 реключател ток в обмотках 4.3 и 5.3 имеет направление, противоположное тому, которое показано на схеме фиг. 2 стрелками.5 movements. After that, the voltage is removed from the winding 6 of the reversing switch, which was under voltage, and the voltage is applied to the winding 6, which was previously without voltage, the Reversive switch opens one pair and closes the second pairs of the corresponding contacts 7.1-7.4 in the circuit windings 3 of the excitation of traction electric motors and closes (opens) the contacts 7.6 and 7.8 (7.5 and 7.7) in the circuit of the windings 4.3 and 5.3 of the independent excitation of electrical machines. This leads to a change in the direction of the current in the windings 4.3 and 5.3. After switching the contacts of the reversing switch, the current in the windings 4.3 and 5.3 has a direction opposite to that shown in the diagram of FIG. 2 arrows.

Изменение направлени тока в обмотках 3 т говых электродвигателей позвол етChanging the direction of the current in the windings of 3 traction motors allows

5 изменить направление их вращени и таким образом обеспечить движение тепловоза в направлении, противоположном по отношению к прежнему направлению. Во врем движени тепловоза в новом направлении5 to change the direction of their rotation and thus ensure the movement of the locomotive in a direction opposite to the previous direction. While the locomotive is moving in a new direction

0 остаютс без изменений пол рность напр жени генератора 1, напр жени корных обмоток 2 т говых электродвигателей и направление тока в их цеп х (показаны на фиг. 1).0, the polarity of the voltage of the generator 1, the voltage of the main windings 2 of the traction motors and the direction of the current in their circuits remain unchanged (shown in Fig. 1).

5 После изменени направлени движени мен етс характер механического на- гружени колесных пар. Если до изменени направлени движени т гозых двигателей левой (правой) цепи схемы фиг. 1 вращали5 After changing the direction of movement, the nature of the mechanical loading of the wheelsets changes. If, before changing the direction of motion of the goose engines, the left (right) chain of the circuit of FIG. 1 rotated

0 разгруженные (догруженные) колесные пары , то при новом направлении движени т говые электродвигатели левой (правой) цепи вращают догруженные (разгруженные) колесные пары.0 unloaded (loaded) wheel pairs, then with a new direction of movement, the electric motors of the left (right) chain rotate the loaded (unloaded) wheel pairs.

5 Изменение направлени тока в обмотках 4.3 и 5.3 независимого возбуждени мен ет режим работы электрических машин и пол рность напр жени на их корных обмотках 4.1 и 5,1. Электрическа машина левой цепи электродвигателей переходит из5 A change in the direction of the current in the independent excitation windings 4.3 and 5.3 changes the operating mode of the electric machines and the voltage polarity on their primary windings 4.1 and 5.1. The electric machine of the left electric motor circuit goes from

двигательного режима в генераторный режим . Пол рность напр жени ее корной обмотки 4,1 мен етс на противоположную по отношению к показанной на схеме фиг.1, Результирующий магнитный поток этой машины становитс равным разности магнитных потоков обмоток 4.3 и 4.2 за счет изменени направлени тока в обмотке 4.3. Электрическа машина правой цепи т говых электродвигателей переходит из генераторного режима в двигательный режим. При этом пол рность напр жени ее корной обмотки 5.1 мен етс на противоположную по отношению к той, котора показана на схеме фиг. 1. В результате изменени направлени тока в обмотке 5.3 результирующий магнитный поток электрической машины становитс равным сумме магнитных потоков обмоток 5.2 и 5.3.motor mode to generator mode. The voltage polarity of its root winding 4.1 is reversed with respect to that shown in the diagram of Fig. 1. The resulting magnetic flux of this machine becomes equal to the difference in magnetic flux of the windings 4.3 and 4.2 due to a change in the direction of current in the winding 4.3. The electric machine of the right chain of traction electric motors goes from the generator mode to the motor mode. In this case, the voltage polarity of its root winding 5.1 is reversed with respect to that shown in the diagram of FIG. 1. As a result of a change in the direction of current in the winding 5.3, the resulting magnetic flux of the electric machine becomes equal to the sum of the magnetic fluxes of the windings 5.2 and 5.3.

После изменени направлени движени тепловоза и описанного изменени режима работы электрических машин машина, корна обмотка 5.1 которой находитс в правой цепи разгруженных т говых двигателей, работает как двигатель, вращающий корь второй машины. Эта машина работает генератором и имеет корную обмотку 4.1 в левой цепи догруженных т говых двигателей. Работающие в описанной последовательности электрические машины снова обеспечивают необходимую дл принудительного перераспределени токов передачу энергии из цепи разгруженныхAfter changing the direction of motion of the diesel locomotive and the described change in the operating mode of electric machines, the machine, whose root winding 5.1 is in the right chain of unloaded traction motors, works as a motor rotating the core of the second machine. This machine operates as a generator and has a root winding 4.1 in the left chain of loaded traction motors. The electric machines operating in the described sequence again provide the necessary energy transfer from the unloaded circuit for the forced redistribution of currents

Claims

electric motors into a chain of loaded electric motors. SUMMARY OF THE INVENTION A device for distributing loads of diesel locomotive electric motors, comprising a reversing switch, the first contacts of which are included in the excitation winding circuits of the respective electric motors, and its windings, respectively, through the contacts of the directional adjusters are connected to a control voltage source, characterized in that In order to increase energy saving and improve traction, it is additionally equipped with at least two electric machines Nogo current mechanically connected to the armature windings and E independent and sequential excitation and reversing switch is provided with second contacts, and Korn winding one electric machine included in the anchor chain winding the traction motors unloaded wheel

steam, and the root winding of the second electric machine into the main winding circuit of the traction electric motors of the loaded wheel pairs, a circuit formed from series-connected windings of independent excitation of the electric machines is connected through the second contacts of the reversing switch to the voltage source. wife management.

UL

S I Jl J 5

)

7.3 7j4

73 7L

- / I

fW2.f

U

Fie. 2