RU2040110C1

RU2040110C1 - D c electric motor drive

Info

Publication number: RU2040110C1
Application number: RU92001910A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Ильинский; В.И. Трофименко; А.Д. Григорович; В.И. Бибиков
Original assignee: Научно-производственное объединение "Татэлектронмаш"
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: electric traction. SUBSTANCE: D.C. electric motor drive includes generator, two electric motors, brake resistor and four key elements. Armature windings of electric motors and first and third key elements are connected in bridge circuit. Armature winding of generator is placed into one diagonal of bridge circuit, second key element and brake resistor and fourth key element connected in series are placed into the other diagonal. EFFECT: optimization of operating conditions of vehicle with electric motor drive traction, turning and braking. 2 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано в тяговых электротрансмиссиях. The invention relates to transport and can be used in traction electric transmissions.

Известен тяговый электропривод содержащий генераторы, ключевые элементы, электродвигатели [1]
Его недостатком является отсутствие реализации режима поворота в широком диапазоне скоростей движения.Known traction electric drive containing generators, key elements, electric motors [1]
Its disadvantage is the lack of implementation of the rotation mode in a wide range of speeds.

Известен тяговый электропривод большегрузных самосвалов, содержащий генератор постоянного тока, тяговые электродвигатели, тормозной резистор и ключевые элементы [2]
Недостатком этого электропривода является жесткое параллельное соединение тяговых электродвигателей, что затрудняет реализацию режимов тяги, поворота и торможения.Known traction electric drive of heavy dump trucks containing a DC generator, traction motors, brake resistor and key elements [2]
The disadvantage of this electric drive is a rigid parallel connection of traction electric motors, which complicates the implementation of traction, rotation and braking modes.

Целью изобретения является повышение надежности работы электропривода и улучшение качества управления режимами поворота транспортного средства с электроприводом. The aim of the invention is to increase the reliability of the electric drive and improve the quality of control of the turning modes of a vehicle with an electric drive.

Цель достигается тем, что якорные обмотки электродвигателей и первый и третий ключевые элементы соединены в мостовую схему, в одну диагональ которой включена якорная обмотка генератора, а в другую второй ключевой элемент, и, последовательно соединенные тормозной резистор и четвертый ключевой элемент. The goal is achieved in that the armature windings of the electric motors and the first and third key elements are connected to a bridge circuit, in one diagonal of which the armature winding of the generator is included, and in the other a second key element, and a braking resistor and a fourth key element connected in series.

Цель достигается также тем, что ключевые элементы выполнены в виде тиристоров и тиристорно-диодных сборок. The goal is also achieved by the fact that the key elements are made in the form of thyristors and thyristor-diode assemblies.

Существенной особенностью электропривода постоянного тока является использование мостовой схемы соединения якорных обмоток и ключей. Мостовая схема соединения и схемы силовых ключей обеспечивают оптимизацию режимов работы транспортного средства с электроприводом при тяге, повороте и торможении. An essential feature of a direct current electric drive is the use of a bridge circuit for connecting anchor windings and keys. The bridge connection scheme and power switch circuits provide optimization of the operation modes of a vehicle with electric drive during traction, rotation and braking.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг.2 принципиальная электрическая схема электропривода постоянного тока; на фиг.3 показан режим прямолинейного движения, последовательное соединение электрических машин; на фиг.4 режим прямолинейного движения, параллельное соединение электрических машин; на фиг.5 режим тяги, поворот при последовательном соединении электрических машин, электродвигатель (отстающего борта) переведен в генераторный режим; на фиг.6 режим тяги, поворот при параллельном соединении электрических машин, электродвигатель (отстающего борта) переведен в генераторный режим; на фиг.7 режим электрического торможения при последовательном соединении электрических машин; на фиг.8 режим электрического торможения при параллельном соединении электрических машин; на фиг.9 режим дотормаживания (при низких скоростях движения) при последовательном (до начала дотормаживания) соединении электрических машин (окончание торможения по схеме фиг.7); на фиг.10 режим дотормаживания при параллельном соединении электрических машин (окончание торможения по схеме фиг.8); на фиг. 11 представлен вариант устройства управления электроприводом для транспортных средств (например, большегрузных самосвалов), не использующих при повороте рекуперацию энергии с отстающего борта на забегающий. In FIG. 1 shows a functional diagram of a direct current electric drive; figure 2 is a circuit diagram of a direct current electric drive; figure 3 shows the mode of rectilinear movement, serial connection of electrical machines; figure 4 mode of rectilinear motion, parallel connection of electrical machines; figure 5 traction mode, rotation in series connection of electrical machines, the motor (lagging side) is transferred to the generator mode; in Fig.6 traction mode, rotation with parallel connection of electric machines, the electric motor (lagging side) is transferred to the generator mode; Fig.7 mode of electrical braking during serial connection of electrical machines; on Fig mode of electrical braking with parallel connection of electrical machines; Fig.9 mode of slowing down (at low speeds) with a sequential (before the beginning of slowing down) connection of electric machines (the end of braking according to the scheme of Fig.7); figure 10 mode of braking with parallel connection of electrical machines (the end of braking according to the scheme of Fig.8); in FIG. 11 shows an embodiment of an electric drive control device for vehicles (for example, heavy trucks) that do not use energy recovery from a lagging side to a running one when turning.

На фигурах проводящий тиристор или диод изображен зачерненным, показаны полярности напряжений электрических машин, стрелками направление их ЭДС. In the figures, the conducting thyristor or diode is depicted blackened, the polarity of the voltage of the electrical machines is shown, the direction of their EMF is indicated by arrows.

Особенностью представленных вариантов устройства является отсутствие протекания тока через тормозной резистор 4 в той фазе торможения, когда протекание тормозного тока в электродвигателях 2 и 3 обеспечивается генератором 1, причем вследствие малости ЭДС электродвигателей (при низких частотах вращения, т.е. при малых скоростях движения транспортного средства) они работают в режиме противовключения (фиг.9 и 10). A feature of the presented device variants is the absence of current flowing through the braking resistor 4 in the braking phase when the braking current flow in the electric motors 2 and 3 is provided by the generator 1, and due to the small emf of the electric motors (at low speeds, i.e. at low speeds means) they work in the opposition mode (Fig.9 and 10).

Электропривод постоянного тока, содержит генератор 1, тяговые электродвигатели 2 и 3, тормозной резистор 4, ключевые элементы 5 и 6 (например, контакторы, тиристоры, тиристорные ключи или комбинации полупроводниковых приборов), обеспечивающие параллельное включение генератора 1 и электродвигателей 2 и 3, ключевой элемент 7 (например, тиристор, контактор и т.д.), обеспечивающий последовательное соединение генератора 1 и электродвигателей 2 и 3, ключевой элемент 8, для подключения тормозного резистора 4, датчик 9 напряжения генератора 1, датчики 10, 11, 12 токов генератора 1, электродвигателей 2 и 3 соответственно, обмотки 13, 14, 15 возбуждения с регуляторами 16, 17, 18 возбуждения генератора 1 и электродвигателей 2 и 3 соответственно, систему автоматического управления (САУ) 19, входы задания которой соединены с выходами комплекта 20 органов управления транспортным средством, а входы обратных связей с датчиками 9, 10, 11, 12 и может быть с датчиками состояния ключевых элементов 5, 6, 7 и 8. The DC drive contains a generator 1, traction motors 2 and 3, a braking resistor 4, key elements 5 and 6 (for example, contactors, thyristors, thyristor switches or combinations of semiconductor devices), providing parallel connection of generator 1 and electric motors 2 and 3, the key element 7 (for example, a thyristor, contactor, etc.), providing a serial connection of the generator 1 and electric motors 2 and 3, the key element 8, for connecting the braking resistor 4, the voltage sensor 9 of the generator 1, sensors 10, 11, 1 2 currents of generator 1, electric motors 2 and 3, respectively, field windings 13, 14, 15 with regulators 16, 17, 18 of excitation of generator 1 and electric motors 2 and 3, respectively, automatic control system (ACS) 19, the job inputs of which are connected to the outputs of the kit 20 vehicle controls, and feedback inputs with sensors 9, 10, 11, 12 and can be with state sensors of key elements 5, 6, 7 and 8.

Электропривод постоянного тока работает следующим образом. The DC drive operates as follows.

В режиме прямолинейного движения исходное соединение генератора 1 и электродвигателей 2 и 3 последовательное, что обеспечивается замыканием ключевого элемента 7 (например, тиристора) и размыканием (или разомкнутым состоянием) ключевых элементов 5 и 6 (например, невключением контактов или тиристоров). При увеличении скорости движения требуемое увеличение напряжения генератора 1 достигается увеличением значения уставки регулятора 16 возбуждения генератора 1. По достижении напряжением генератора 1 максимального значения и при необходимости дальнейшего увеличения скорости движения САУ 19 в 2 раза уменьшает уставку тока возбуждения генератора 1, обеспечивая при этом условия для выключения ключевого элемента 7 (например, снижая кратковременно напряжение генератора до величины, при которой обеспечивается запирание тиристора 7, если ключевой элемент 7 тиристор), контролирует факт размыкания (выключения) ключевого элемента 7 по сигналу датчика с блок-контакта, если ключевой элемент контактор, по сигналу датчика состояния тиристора или по сигналу об окончании программно задаваемой паузы на отключение тиристора, если ключевой элемент 7 тиристор или тиристорный ключ. После выключения ключевого элемента 7 САУ 19 изменяет знаки уставок возбуждения генератора 1 и электродвигателей 2 и 3. Таким образом, дальнейшее увеличение скорости движения происходит при параллельном соединении генератора 1 и электродвигателей 2 и 3, причем ЭДС всех трех электрических машин 1, 2, 3 обратны по знаку их ЭДС при последовательном соединении. Обратный переход от параллельного соединения электрических машин 1, 2, 3 к их последовательному соединению (в режиме прямолинейного движения), требуемый, например, по условиям движения, происходит следующим образом. In the rectilinear motion mode, the initial connection of the generator 1 and the electric motors 2 and 3 is serial, which is ensured by closing the key element 7 (for example, a thyristor) and opening (or open state) of the key elements 5 and 6 (for example, by not connecting contacts or thyristors). With an increase in the speed of movement, the required increase in the voltage of the generator 1 is achieved by increasing the setting of the regulator 16 of the excitation of the generator 1. Upon reaching the voltage of the generator 1, the maximum value and, if necessary, a further increase in the speed of the ACS 19 reduces by 2 times the setting of the excitation current of the generator 1, while ensuring turning off the key element 7 (for example, by reducing the generator voltage for a short time to the value at which the thyristor 7 is locked, if the key th element 7 thyristor), controls the fact of opening (turning off) the key element 7 by the sensor signal from the block contact, if the key element is a contactor, by the signal of the thyristor status sensor or by the signal about the end of the programmed pause to turn off the thyristor, if the key element 7 is thyristor or thyristor key. After turning off the key element 7, the control system 19 changes the signs of the excitation settings of the generator 1 and electric motors 2 and 3. Thus, a further increase in the speed of movement occurs when the generator 1 and the electric motors 2 and 3 are connected in parallel, and the EMF of all three electric machines 1, 2, 3 are inverse by the sign of their EMF in series connection. The reverse transition from parallel connection of electric machines 1, 2, 3 to their serial connection (in the mode of rectilinear movement), required, for example, according to the conditions of movement, occurs as follows.

САУ 19 контролирует значения токов электрических машин 1, 2, 3 и напряжения генератора 1. Когда напряжение генератора 1 ниже половины максимального значения, САУ 19 запоминает значения уставок регуляторов 16, 17 и 18 токов возбуждения электрических машин 1, 2, 3, затем делает их равными нулю, дает сигнал на размыкание ключевых элементов 5 и 6 и замыкание ключевого элемента 7 и по окончании срабатывания ключевых элементов 5, 6 и 7 САУ 19 делает уставки токов возбуждения электрических машин 1, 2 и 3 равными их запомненным значениям, но с обратным знаком. Таким образом, ЭДС электрических машин 1, 2 и 3 при последовательном соединении обратны по знаку их ЭДС при параллельном соединении. ACS 19 controls the values of the currents of electric machines 1, 2, 3 and voltage of the generator 1. When the voltage of the generator 1 is below half the maximum value, ACS 19 remembers the settings of the regulators 16, 17 and 18 of the excitation currents of electric machines 1, 2, 3, then makes them equal to zero, gives a signal to open the key elements 5 and 6 and the closure of the key element 7 and at the end of the operation of the key elements 5, 6 and 7 ACS 19 makes the settings of the excitation currents of electric machines 1, 2 and 3 equal to their stored values, but with the opposite sign . Thus, the EMF of electrical machines 1, 2, and 3 with a serial connection are inverse in sign of their EMF with a parallel connection.

В режиме поворота при последовательном соединении электрических машин 1, 2 и 3 уменьшают ток возбуждения (САУ 19 уменьшает уставку регулятора 17 или 18 возбуждения) электродвигателя (2 или 3) того борта транспортного средства, в сторону которого происходит поворот, при этом при малых радиусах поворота используется изменение знака уставки тока возбуждения электродвигателя отстающего борта транспортного средства, т. е. изменение знака ЭДС электродвигателя отстающего борта (перевод электродвигателя в генераторный режим). In the rotation mode, when the electrical machines 1, 2 and 3 are connected in series, the excitation current is reduced (ACS 19 decreases the setting of the excitation regulator 17 or 18) of the electric motor (2 or 3) of the side of the vehicle in the direction of rotation, with small turning radii a change in the sign of the set value of the excitation current motor of the lagging side of the vehicle is used, that is, a change in the sign of the EMF of the motor of the lagging side of the vehicle (putting the motor in the generator mode).

В режиме поворота при параллельном соединении электрических машин 1, 2, 3, когда скорость движения более трети от максимального значения, поворот осуществляют при параллельном соединении электрических машин 1, 2, 3. При этом САУ увеличивает уставку тока возбуждения (переводит электродвигатель в генераторный режим) электродвигателя того борта, в сторону которого осуществляется поворот (электродвигатель отстающего борта транспортного средства). In the rotation mode with parallel connection of electric machines 1, 2, 3, when the speed is more than a third of the maximum value, rotation is carried out with parallel connection of electric machines 1, 2, 3. In this case, the self-propelled gun increases the setting of the excitation current (puts the electric motor in generator mode) the electric motor of that side, in the direction of which the rotation is carried out (electric motor of the lagging side of the vehicle).

В режиме поворота при параллельном соединении электрических машин 1, 2 и 3, когда скорость движения менее трети от максимального значения, сначала САУ 19 производит действия по переходу к последовательному соединению электрических машин 1, 2, 3, и поворот осуществляется при последовательном соединении машин 1, 2 и 3 (как описано выше). In the rotation mode with the parallel connection of electric machines 1, 2 and 3, when the speed is less than a third of the maximum value, first the self-propelled gun 19 performs the transition to the serial connection of electric machines 1, 2, 3, and the rotation is carried out with the serial connection of machines 1, 2 and 3 (as described above).

При изменении режима движения от тяги к электрическому торможению, когда электрические машины 1, 2 и 3 соединены последовательно, САУ 19 уменьшает уставку регулятора 16 тока возбуждения генератора 1 и контролирует при помощи датчика 10 тока генератора 1, одновременно замыкая ключевой элемент 8, по достижении током генератора нулевого значения размыкает ключевой элемент 7 (если он тиристор, как на фиг.1, то он выключается автоматически), вводя в силовую цепь тормозной резистор 4, затем САУ 19 обеспечивает выполнение условий торможения, задаваемых комплектом 20 органов управления, увеличивая напряжение генератора 1 (используя также при необходимости реверсирование напряжения генератора). When changing the mode of movement from traction to electric braking, when the electric machines 1, 2 and 3 are connected in series, self-propelled guns 19 reduces the setpoint of the regulator 16 of the excitation current of the generator 1 and controls using the sensor 10 the current of the generator 1, while closing the key element 8, when the current reaches the zero-value generator opens the key element 7 (if it is a thyristor, as in FIG. 1, it turns off automatically), introducing a braking resistor 4 into the power circuit, then the ACS 19 ensures that the braking conditions set to mplektom 20 controls, increasing the voltage of the generator 1 (using the generator as a reversal of voltage as required).

При изменении режима движения от тяги к электрическому торможению, когда электрические машины 1, 2 и 3 соединены параллельно, САУ 19 уменьшает возбуждение генератора 1, контролируя токи электродвигателей 2 и 3 датчиками 11 и 12, настолько, чтобы токи электродвигателей изменили направление и достигли заданного значения, определяемого комплектом 20 органов управления, замыкает ключевой элемент 8, вводя тормозной резистор 4, увеличивает токи возбуждения электродвигателей 2 и 3 в соответствии с условиями торможения вплоть до их максимальных значений, затем при необходимости изменяет знаки напряжений электродвигателей 2 и 3, приводит в действие ключевой элемент 8, отключая тормозной резистор 4. When changing the mode of movement from traction to electric braking, when electric machines 1, 2 and 3 are connected in parallel, self-propelled guns 19 reduces the excitation of generator 1 by controlling the currents of electric motors 2 and 3 by sensors 11 and 12, so that the currents of the electric motors change direction and reach the set value defined by a set of 20 controls, closes the key element 8, introducing a braking resistor 4, increases the excitation currents of electric motors 2 and 3 in accordance with the braking conditions up to their maximum values , Then changes the electric stress marks 2 and 3, actuates a key element 8, turning off the brake resistor 4 when necessary.

На фиг. 2 ключевые элементы 5 и 6 выполнены в виде встречно-параллельно подключенных тиристоров, ключевой элемент 7 тиристор, ключевой элемент 8 тиристор с встречно-параллельно подключенным диодом. Тиристоры 5а и 6а необходимы для реализации параллельного подключения электрических машин 1, 2 и 3, тиристоры 5б и 6б используются при повороте транспортного средства с использованием рекуперации энергии торможения с отстающего борта на забегающий для перевода соответственно электродвигателя 3 или 2 в генераторный режим. In FIG. 2, the key elements 5 and 6 are made in the form of counter-parallel connected thyristors, the key element 7 is a thyristor, the key element 8 is a thyristor with a counter-parallel connected diode. Thyristors 5a and 6a are necessary for the parallel connection of electric machines 1, 2 and 3, thyristors 5b and 6b are used when turning the vehicle using the recovery of braking energy from the lagging side to the outgoing side to put the electric motor 3 or 2 into the generator mode, respectively.

Таким образом, электропривод постоянного тока обеспечивает реализацию режима тяги, при котором различают режим прямолинейного движения и режим поворота, и режим электрического торможения. Thus, the direct current electric drive ensures the implementation of the traction mode, in which the straight-line motion mode and the rotation mode are distinguished, and the electric braking mode.

Claims

1. A DC electric drive containing a generator, two electric motors, a braking resistor and four key elements, the first output of the generator armature winding connected to the first output of the armature winding of the first electric motor, the second output of the generator armature winding connected to the first output of the first key element, the second output of the armature windings of the second electric motor is connected to the first terminal of the second key element, characterized in that the second terminal of the generator is connected to the first terminal of the second armature winding an electric motor, the second terminal of the armature winding of the second electric motor is connected to the first terminals of the third and fourth key elements, the second terminal of the first key element is connected to the first terminal of the braking resistor, and the second terminals of the first electric motor and second key element, the second terminal of the fourth key element is connected to the second terminal of the brake the resistor, the first output of the generator armature winding is connected to the second output of the third key element.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the first and third key elements are made in the form of two countercurrently connected thyristors, the second key element is made in the form of a thyristor, the anode of which is the second output of the second key element, the fourth key element is made in the form of thyristor and diode connected in parallel, and the thyristor cathode and anode of the diode are the first output of the fourth key element.