RU2125337C1

RU2125337C1 - Traction motor speed governor

Info

Publication number: RU2125337C1
Application number: RU97106531A
Authority: RU
Inventors: А.С. Мазнев; О.И. Шатнев
Original assignee: Петербургский государственный университет путей сообщения
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: traction drives and electrified vehicles using traction induction motors. SUBSTANCE: speed governor has pulse converters connected in conducting direction between power supply poles and phase selectors built up of thyristors and diodes. Diode bridge is inserted between pulse inputs of first regulators and outputs of second ones. Series- connected control switch member and thyristors are inserted between center tap of power supply and outputs of first regulators and inputs of second ones. Ranges of phase selectors and reverse diode bridge are combined and connected to induction motor phase leads. EFFECT: increased efficiency due to improved waveform of output voltage. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электрического транспорта и может быть использовано для регулирования частоты вращения асинхронных тяговых электродвигателей (АТД) при питании их от сети постоянного напряжения. The present invention relates to the field of electric transport and can be used to control the speed of asynchronous traction electric motors (ATD) when powered from a DC voltage network.

Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 985918, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 18.06.81, опубликованное 30.12.82, БИ N 48, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, связанные диагоналями с фазами тягового электродвигателя, четыре ключевых элемента, два из которых включены между положительным полюсом источника питания и анодными группами тиристоров, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и отрицательным полюсом источника питания, конденсаторы и реакторы для выключения этих четырех элементов, каждый из которых шунтирован в обратном направлении диодами, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и тиристора, причем катоды тиристоров подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора, а свободные зажимы реакторов - к анодной группе диодов обратного моста, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания. A device for controlling the speed of rotation of the traction motor, and.with. 985918, USSR, cl. H 02 P 7/42, declared 06/18/81, published 12/30/82, BI N 48, containing two phase switches and a reverse diode bridge connected by diagonals to the phases of the traction motor, four key elements, two of which are connected between the positive pole of the power source and anode groups of thyristors, two between the cathode groups of thyristors of the phase switches and the negative pole of the power supply, capacitors and reactors for switching off these four elements, each of which is shunted in the opposite direction by diodes, two circuits, each of which consists of a series-connected reactor and thyristor, with the thyristor cathodes connected to the plates of the switching capacitor, and the free clamps of the reactors to the anode group of reverse bridge diodes, connected in a non-conductive direction to the power source.

Недостатком данного устройства является невозможность улучшения формы кривой выходного напряжения. Известно также устройство для регулирования скорости тягового электродвигателя, а.с. 771841, СССР, кл. H 02 P 7/62, заявленное 13.07.79, опубликованное 15.10.80, БИ N 38, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, диагонали которых связаны с фазами асинхронного тягового электродвигателя, четыре тиристора, шунтированных в обратном направлении диодами, причем два тиристора включены в проводящем направлении между положительным полюсом источника и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и минусовым полюсом источника питания, коммутационный узел, состоящий из однофазного тиристорного моста, в диагонали которого находятся последовательно соединенные конденсатор и реактор, включенного в проводящем направлении между положительным и отрицательным полюсами источника питания, четыре тиристора, два из которых катодами соединены с анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - анодами с катодными группами переключателей фаз, свободные электроды этих тиристоров подключены к точке соединения двух последовательно соединенных тиристоров коммутационного моста. Недостаток данного устройства состоит в том, что параметры общего узла коммутации должны выбираться с учетом повышенной по отношению к выходной частоте переключения тиристоров и перезаряда коммутирующего конденсатора. The disadvantage of this device is the inability to improve the shape of the output voltage curve. A device is also known for controlling the speed of the traction motor, as 771841, USSR, cl. H 02 P 7/62, declared July 13, 79, published October 15, 80, BI N 38, containing two phase switches and a reverse diode bridge, the diagonals of which are connected to the phases of the asynchronous traction electric motor, four thyristors, shunted in the opposite direction by diodes, two thyristors are connected in the conducting direction between the positive pole of the source and the anode groups of the thyristors of the phase switches, two between the cathode groups of thyristors of the phase switches and the negative pole of the power source, the switching unit, consisting of a single-phase a thyristor bridge, in the diagonal of which there are series-connected capacitor and reactor, connected in the conducting direction between the positive and negative poles of the power supply, four thyristors, two of which are connected by cathodes to the anode groups of phase switch thyristors, two - by anodes with cathode groups of phase switches, free the electrodes of these thyristors are connected to the connection point of two series-connected thyristors of the switching bridge. The disadvantage of this device is that the parameters of the common switching node must be selected taking into account the increased relative to the output switching frequency of the thyristors and the overcharge of the switching capacitor.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 813654, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 22.06.79, опубликованное 15.03.81, БИ N 10 (прототип). Устройство содержит два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенные по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз. В качестве импульсных регуляторов могут быть использованы преобразователи на основе полностью управляемых ключевых элементов или на однооперационных тиристорах с устройствами принудительной для них коммутации. The closest in technical essence is a device for controlling the rotation speed of the traction motor, and.with. 813654, USSR, cl. H 02 P 7/42, claimed 22.06.79, published 03/15/81, BI N 10 (prototype). The device contains two phase switches with anode and cathode groups of thyristors connected by a three-phase bridge circuit, and a reverse diode bridge, diagonally connected to the phases of the electric motor, a power source connected to the reverse diode bridge in a non-conducting direction for it, four pulse regulators, two of which are are connected in the conducting direction between the positive terminal of the power source and the anode groups of the thyristors of the phase switches, two between the negative terminal of the power source and the cathode groups of the shooting gallery tors phase switches. Converters based on fully controllable key elements or on single-operation thyristors with devices for their forced switching can be used as pulse regulators.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является невозможность улучшить форму кривой выходного напряжения, что необходимо для уменьшения амплитуд высших гармонических составляющих. The disadvantage of the device adopted for the prototype is the inability to improve the shape of the output voltage curve, which is necessary to reduce the amplitudes of the higher harmonic components.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, повышение КПД за счет приближающейся к синусоидальной форме выходного напряжения. The basis of the present invention is the creation of a device for controlling the speed of the traction motor, increasing efficiency due to approaching the sinusoidal shape of the output voltage.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз, дополнительно введены четыре тиристора, два из которых катодами и два анодами подключены к анодным и катодным группам тиристоров переключателей фаз соответственно, два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, общая точка которых подключена к средней точке источника питания, а катод одного и анод другого элемента подключены к точкам соединения анодов и катодов дополнительных тиристоров соответственно. The problem is solved due to the fact that the device for regulating the rotation speed of the traction motor, containing two phase switches with anode and cathode groups of thyristors connected by a three-phase bridge circuit, and a reverse diode bridge, diagonally connected to the phases of the motor, a power source connected to reverse diode bridge in a non-conducting direction for it, four pulse regulators, two of which are connected in the conducting direction between the positive terminal of the power source and the anode groups of thyristors of phase switches, two between the negative terminal of the power supply and the cathode groups of thyristors of phase switches, four thyristors are additionally introduced, two of which are connected to the anode and cathode groups of thyristors of phase switches, respectively, by two cathode and thyristor groups of two phase-connected thyristors, common the point of which is connected to the midpoint of the power source, and the cathode of one and the anode of the other element are connected to the connection points of the anodes and cathodes of additional Ristors, respectively.

Каждый управляемый ключевой элемент, отпираемый одновременно с одним из двух импульсных регуляторов и одним из двух дополнительных тиристоров и соответствующих тиристоров одного из переключателей фаз, формирует на фазах двигателя импульс напряжения с амплитудами в два раза меньшими, чем в устройстве, принятом за прототип. Each controlled key element, unlocked simultaneously with one of two pulse regulators and one of two additional thyristors and corresponding thyristors of one of the phase switches, generates a voltage pulse at the engine phases with amplitudes two times smaller than in the device adopted for the prototype.

Новым по сравнению с прототипом является подключение к выходам и входам импульсных регуляторов, катодов и анодов тиристоров соответственно и двух управляемых ключевых элементов, включенных между средней точкой источника питания и точками соединения анодов и катодов указанных тиристоров, поэтому данное техническое решение обладает новизной. Введение дополнительных тиристоров и управляемых ключевых элементов позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения, повысить плавность регулирования тягового электродвигателя и снизить потери в нем. Compared to the prototype, the connection to the outputs and inputs of pulse regulators, cathodes and anodes of thyristors, respectively, and two controlled key elements connected between the midpoint of the power source and the connection points of the anodes and cathodes of these thyristors is new, therefore, this technical solution is new. The introduction of additional thyristors and controlled key elements can improve the shape of the output voltage curve, increase the smoothness of regulation of the traction motor and reduce losses in it.

Авторам не известно техническое решение с подобными отличительными признаками, что соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". The authors do not know the technical solution with similar distinctive features, which meets the criteria of the invention of "inventive step".

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, которое содержит тиристоров 1, -6,7-12 и диоды 13-18, собранные в анодные и катодные группы переключателей фаз 19, 20 и обратного диодного моста 21, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания 22. Между плюсовым и минусовым зажимами источника питания 22 и анодными и катодными группами тиристоров переключателей фаз 19, 20 включены в проводящем направлении импульсные регуляторы 23, 24 и 25, 26 соответственно. К выходам регуляторов 23, 24 подключены катоды тиристоров 27, 28, аноды которых соединены с катодом управляемого ключевого элемента 29, анодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К входам регуляторов 25, 26 подключены аноды тиристоров 30, 31, катоды которых подключены к аноду управляемого ключевого элемента 32, катодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К точкам соединения диагоналей переключателей фаз 19, 20 и диодного моста 21 подключены фазы тягового электродвигателя 33. Переключатели фаз 19, 20 предназначены для формирования кривой выходного напряжения. Обратный диодный мост 21 обеспечивает протекание реактивного и тормозного токов. Импульсные регуляторы 23-26 и управляемые ключевые элементы 29, 32 обеспечивают регулирование напряжения на зажимах тягового электродвигателя 33 и выключение тиристоров переключателей фаз 19, 20. Тиристоры 27, 28 и 30, 31, отпираемые поочередно и одновременно с управляемыми ключевыми элементами 29, 32 соответственно, предназначены для синхронизации работы импульсных регуляторов 23, 26, переключателей фаз 19, 20 и управляемых ключевых элементов 29, 32, в качестве которых могут быть использованы двухоперационные тиристоры или транзисторы. The drawing shows a schematic electrical diagram of a device for controlling the speed of a traction electric motor, which contains thyristors 1, -6.7-12 and diodes 13-18, assembled in anode and cathode groups of phase switches 19, 20 and a reverse diode bridge 21 connected to non-conductive direction to the power source 22. Between the positive and negative terminals of the power source 22 and the anode and cathode groups of the thyristors of the phase switches 19, 20 are switched in the conductive direction of the pulse regulators 23, 24 and 25, 26, respectively. The thyristor cathodes 27, 28 are connected to the outputs of the regulators 23, 24, the anodes of which are connected to the cathode of the controlled key element 29, the anode is connected to the midpoint of the power supply 22. The anodes of the thyristors 30, 31 are connected to the inputs of the regulators 25, 26, the cathodes of which are connected to the anode controlled key element 32, a cathode connected to the midpoint of the power source 22. To the connection points of the diagonals of the phase switches 19, 20 and the diode bridge 21 are connected the phases of the traction motor 33. The phase switches 19, 20 are designed to form curve of the output voltage. Reverse diode bridge 21 provides a flow of reactive and braking currents. Pulse regulators 23-26 and controlled key elements 29, 32 provide voltage control at the terminals of the traction motor 33 and turn off the thyristors of the phase switches 19, 20. Thyristors 27, 28 and 30, 31, unlocked alternately and simultaneously with the controlled key elements 29, 32, respectively , designed to synchronize the operation of pulse regulators 23, 26, phase switches 19, 20 and controlled key elements 29, 32, which can be used dual-operation thyristors or transistors.

Устройство работает следующим образом. Отпираются, например, регулятор 23, тиристоры 1, 2, 3, 31 и ключевой управляемый элемент 32. Ток протекает от плюса источника питания 22 через указанные элементы и фазы электродвигателя 33 к средней точке источника 22. К фазе, например, приложен импульс напряжения амплитудой U/6 (U-напряжение источника питания 22). Пауза в кривой выходного напряжения формируется при выключении элемента 32, что приводит к запиранию тиристоров 2, 31, после чего ток фаз через диод 17, регулятор 23 и тиристоры 2, 3 переключателя фаз 19. Для формирования импульса той же полярности выключается регулятор 23 и включаются управляемый элемент 29, тиристор 27, тиристоры 7, 8, 9 переключателя фаз 20, регулятор 26. Следующая пауза формируется при выключении управляемого элемента 29, тиристора 27 и тиристоров 7, 9 переключателя фаз 20. The device operates as follows. For example, the regulator 23, the thyristors 1, 2, 3, 31 and the key controlled element 32 are unlocked. The current flows from the plus of the power source 22 through the indicated elements and phases of the motor 33 to the midpoint of the source 22. A voltage pulse with an amplitude is applied to the phase, for example U / 6 (U-voltage of power supply 22). A pause in the output voltage curve is formed when the element 32 is turned off, which leads to the locking of the thyristors 2, 31, after which the phase current through the diode 17, the regulator 23 and the thyristors 2, 3 of the phase switch 19. To generate a pulse of the same polarity, the regulator 23 turns off and turns on controlled element 29, thyristor 27, thyristors 7, 8, 9 of the phase switch 20, regulator 26. The next pause is formed when the controlled element 29, thyristor 27 and thyristors 7, 9 of the phase switch 20 are turned off.

Для изменения направления тока в фазах после выключения управляемого элемента 32 необходимо выключить регулятор 23 и включить регулятор 24, тиристоры 8, 9, 10 переключателя фаз 20, тиристор 30, управляемый элемент 32. К фазе B будет приложено напряжение U/3. Для увеличения амплитуды напряжения на нагрузке следует выключить элемент 32, импульсный регулятор 24, включить регуляторы 23, 25, тиристоры 2, 3, 4 переключателя фаз 19. Напряжение на фазе B двигателя 33 возрастет до величины 2/3 U. Затем фазы давления подключаются к средней точке источника питания 22 с помощью управляемых элементов 29 и 32, что приводит к снижению амплитуд импульсов напряжения до значений U/3 и U/6. To change the direction of the current in the phases after turning off the controlled element 32, it is necessary to turn off the regulator 23 and turn on the regulator 24, the thyristors 8, 9, 10 of the phase switch 20, the thyristor 30, the controlled element 32. A voltage U / 3 will be applied to phase B. To increase the amplitude of the voltage at the load, turn off element 32, the pulse regulator 24, turn on the regulators 23, 25, thyristors 2, 3, 4 of the phase switch 19. The voltage on phase B of the motor 33 will increase to 2/3 U. Then the pressure phases are connected to the midpoint of the power source 22 using the controlled elements 29 and 32, which leads to a decrease in the amplitudes of the voltage pulses to values U / 3 and U / 6.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить энергетические характеристики тягового электродвигателя, так как форма кривой выходного напряжения в большей степени приближается к синусоидальной из-за переключений тиристоров через тридцать электрических градусов, что совместно с независимостью выходного напряжения от характера нагрузки уменьшает пульсации электромагнитного момента, вызванные вращающимся и колебательными моментами, обусловленными высшими гармоническими составляющими в кривой выходного напряжения и их взаимодействием с основной гармоникой. The proposed device allows to improve the energy characteristics of the traction motor, since the shape of the output voltage curve is more close to sinusoidal due to thyristor switching through thirty electrical degrees, which together with the independence of the output voltage from the nature of the load reduces the ripple of the electromagnetic moment caused by rotating and vibrational moments due to higher harmonic components in the output voltage curve and their interaction I eat with the main harmonica.

Claims

A device for controlling the rotational speed of a traction electric motor, comprising two phase switches with anode and cathode groups of thyristors connected in a three-phase bridge circuit, and a reverse diode bridge, diagonally connected to the phases of the electric motor, a power source connected to the reverse diode bridge in a non-conducting direction for it, four pulse regulators, two of which are connected in the conducting direction between the positive terminal of the power supply and the anode groups of the thyristors of the phase switches, two are between with a minus clamp of the power source and the cathode groups of the thyristors of the phase switches, characterized in that four thyristors are additionally introduced into the device, two of which are connected to the anode and cathode groups of the phase switch thyristors by two cathodes and two anodes, respectively, two series-connected controlled key elements, a common point which is connected to the midpoint of the power source, and the cathode of one and the anode of the other element are connected to the connection points of the anodes and cathodes of additional thyristors, respectively naturally.