RU2130229C1

RU2130229C1 - Autonomous electric drive

Info

Publication number: RU2130229C1
Application number: RU96123188A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Филин; В.И. Бибиков; А.Д. Григорович; А.Д. Ильинский; В.И. Трофименко
Original assignee: Научно-производственное объединение "Татэлектромаш"
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1999-05-10

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: device has alternating current generator with two three-phase armature windings, two series excitation electric drives with armature windings and excitation windings. Goal of invention is achieved by introduced power bridge rectifiers, which are supplied by armature windings of generator, and two pairs of diodes. Input terminals of power bridge rectifiers are connected to phase inputs of corresponding armature windings of generator. Input terminals of second power bridge rectifier are connected to second terminal of armature of first electric motor and first terminal of armature of second electric motor. Input terminals of bridge rectifiers are connected to phase terminals of corresponding armature windings of generator. Second terminal of excitation winding of second electric motor is connected to second opposite-polarity terminals of pair of controlled rectifiers. Each second terminal of braking resistors is connected to first equal- polarity terminals of diodes of corresponding group, which second equal-polarity terminals are connected to phase outputs of corresponding armature winding of generator. Gates of power rectifiers are designed as diodes which are connected to diodes of said groups by their opposite-polarity terminals. EFFECT: increased reliability, increased quality of control of running modes of transport vehicle. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в тяговых электроприводах автономных транспортных средств. The invention relates to the field of transport engineering and can be used in traction electric drives of autonomous vehicles.

Известно устройство для управления тяговым электроприводом колесных и гусеничных машин /1/, содержащее два тяговых электродвигателя независимого возбуждения, якори которых соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику питания, а обмотки возбуждения, соединенные также последовательно, подключены к реверсивному управляемому выпрямителю, питаемому от возбудителя. В этом устройстве регулирование скорости движения транспортного средства производится регулированием напряжения источника питания, а изменение направления движения - изменением тяговых усилий, реализуемых каждым из движителей разных бортов, как по величине, так и по направлению. Основные достоинства этого устройства заключаются в его широких регулировочных возможностях, достигаемых при минимальном количестве контактных аппаратов, а недостатки - в необходимости специального возбудителя для питания обмоток возбуждения электродвигателей и в усложнении системы автоматического регулирования, определяемом условиями ее работы при жестких характеристиках электродвигателей независимого возбуждения. A device for controlling the traction electric drive of wheeled and tracked vehicles / 1 /, containing two traction electric motors of independent excitation, the anchors of which are connected in series and connected to an adjustable power source, and the field windings, connected also in series, are connected to a reversible controlled rectifier powered by the pathogen. In this device, the vehicle speed is controlled by adjusting the voltage of the power source, and the change in direction of movement is by changing the traction forces realized by each of the propellers of different sides, both in magnitude and direction. The main advantages of this device are its wide adjusting capabilities, achieved with a minimum number of contact devices, and the drawbacks are the need for a special exciter to power the field windings of the electric motors and the complexity of the automatic control system, determined by the conditions of its operation with the rigid characteristics of independent excitation electric motors.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому представляется автономный тяговый электропривод /2/, содержащий два электродвигателя последовательного возбуждения, якори которых соединены в одну последовательную цепь с мостовыми выпрямителями, питаемыми от одной из двух многофазных якорных обмоток генератора переменного тока, являющуюся при этом диагональю электрического моста, образованного двумя управляемыми мостовыми выпрямителями, питаемыми от другой якорной обмотки генератора, и двумя вентилями. Во вторую диагональ моста при этом включены последовательно соединенные обмотки возбуждения электродвигателей. В этом электроприводе обеспечиваются бесконтактное изменение направления движения транспортного средства, переход из тягового режима в тормозной и обратно, работа в режиме ослабления магнитного потока электродвигателей с плавным изменением отношения величины тока в цепи обмоток возбуждения электродвигателей к величине тока в цепи их якорей. Достоинства этого электропривода в сравнении с вышерассмотренным определяются применением электродвигателей последовательного возбуждения, не требующих дополнительных источников для питания их обмоток возбуждения и имеющих более мягкие характеристики. Однако в этом электроприводе необходимо большое количество тиристоров, причем один из них (установленный в одном из плеч моста) должен быть рассчитан на тройную по отношению к остальным токовую нагрузку. Кроме того, в некоторых режимах движения (торможение при движении назад, торможение на низких скоростях) напряжения между точками силовой цепи электропривода существенно отличны от напряжений между ними в тяговом режиме. Это усложняет защиту электропривода от недопустимых режимов работы и понижает его надежность. The closest technical solution to the proposed one is an autonomous traction electric drive / 2 /, containing two serial excitation motors, the anchors of which are connected in one serial circuit with bridge rectifiers powered from one of the two multiphase anchor windings of the alternator, which is the diagonal of the electric bridge, formed by two controllable bridge rectifiers, fed from another armature winding of the generator, and two valves. In this case, the second diagonal of the bridge includes serially connected field windings of the electric motors. In this electric drive, a non-contact change in the direction of the vehicle’s movement, transition from the traction mode to the braking mode and vice versa, operation in the mode of weakening the magnetic flux of electric motors with a smooth change in the ratio of the current value in the circuit of the field windings of the electric motors to the current in the chain of their anchors are provided in this electric drive. The advantages of this electric drive in comparison with the above are determined by the use of sequential excitation motors that do not require additional sources to power their field windings and have softer characteristics. However, this drive requires a large number of thyristors, and one of them (installed in one of the shoulders of the bridge) must be designed to triple the current load relative to the rest. In addition, in some driving modes (braking when driving backward, braking at low speeds), the voltages between the points of the power circuit of the electric drive are significantly different from the voltages between them in the traction mode. This complicates the protection of the drive from unacceptable operating modes and reduces its reliability.

Техническим результатом заявляемого автономного электропривода является устранение указанных недостатков прототипа. Это достигается тем, что в электропривод, содержащий два тяговых электродвигателя последовательного возбуждения, два последовательно соединенных мостовых выпрямителя, подключенных входными выводами к концам фаз одной из двух многофазных якорных обмоток генератора переменного тока и соединенных первыми разноименными выводами с первым выводом обмотки возбуждения первого электродвигателя, соединенной своим вторым выводом с первым выводом обмотки возбуждения второго электродвигателя, третий мостовой выпрямитель, подключенный входными выводами к началам фаз второй якорной обмотки генератора и соединенный выходными выводами соответственно с первым выводом якоря первого электродвигателя и со вторым выводом якоря второго электродвигателя, и два тормозных резистора, каждый из которых первым выводом соединен с первым выводом якоря соответствующего электродвигателя, введены дополнительный мостовой выпрямитель и две группы диодов. При этом дополнительный мостовой выпрямитель соединен входными выводами с началами фаз первой якорной обмотки генератора, выходными выводами соответственно со вторым выводом якоря первого электродвигателя и с первым выводом якоря второго электродвигателя, а каждый из вторых выводов тормозных резисторов соединен с первыми одноименными выводами диода соответствующей группы, соединенных при этом своими вторыми одноименными выводами с началами фаз соответствующей якорной обмотки генератора. Указанным соединением элементов электропривода обеспечивается реализация требуемых режимов его работы без необходимости установки дополнительного (в сравнении с прототипом) тиристора, рассчитанного на тройную токовую нагрузку. При этом распределение напряжений между точками силовой цепи в тормозном режиме идентично их распределению в тяговом режиме, что способствует упрощению устройств защиты электропривода от недопустимых режимов и тем самым повышению его надежности. The technical result of the proposed autonomous electric drive is the elimination of these disadvantages of the prototype. This is achieved by the fact that in an electric drive containing two traction motors of series excitation, two series-connected bridge rectifiers connected by input terminals to the ends of the phases of one of the two multiphase anchor windings of the alternator and connected by the first opposite terminals to the first terminal of the field winding of the first electric motor connected its second output with the first output of the excitation winding of the second electric motor, a third bridge rectifier connected to the input with the conclusions to the phase beginnings of the second armature winding of the generator and connected to the output terminals, respectively, with the first armature output of the first electric motor and with the second armature output of the second motor, and two braking resistors, each of which is connected with the first armature output of the corresponding motor, an additional bridge rectifier and two groups of diodes. In this case, an additional bridge rectifier is connected by input terminals with the phases of the first anchor winding of the generator, output terminals, respectively, with the second terminal of the armature of the first electric motor and with the first terminal of the armature of the second electric motor, and each of the second terminals of the braking resistors is connected to the first terminals of the same name of the diode of the corresponding group, connected at the same time, with their second conclusions of the same name with the beginning of the phases of the corresponding armature winding of the generator. The specified connection of the drive elements ensures the implementation of the required modes of operation without the need to install an additional (in comparison with the prototype) thyristor, designed for a triple current load. Moreover, the distribution of voltages between the points of the power circuit in the braking mode is identical to their distribution in the traction mode, which contributes to the simplification of the protection devices of the electric drive from unacceptable modes and thereby increase its reliability.

Силовая схема предлагаемого электропривода представлена на чертеже. The power circuit of the proposed drive is shown in the drawing.

Тяговый электропривод содержит генератор переменного тока с двумя трехфазными якорными обмотками 1, 2, два электродвигателя последовательного возбуждения с якорными обмотками 3, 4 и обмотками 5, 6 возбуждения, три мостовых выпрямителя 7, 8, 9, дополнительный мостовой выпрямитель 10, два тормозных резистора 11, 12 и две группы диодов 13, 14. The traction electric drive contains an alternating current generator with two three-phase armature windings 1, 2, two series excitation motors with armature windings 3, 4 and field windings 5, 6, three bridge rectifiers 7, 8, 9, an additional bridge rectifier 10, two brake resistors 11 , 12 and two groups of diodes 13, 14.

Электропривод работает следующим образом. При движении вперед на тиристоры катодных групп выпрямителей 9, 10, а также на тиристоры выпрямителя 7 подаются управляющие импульсы с нулевыми углами управления. При таких условиях появление тока в обмотке возбуждения генератора (на схеме не показана) и соответственно напряжения на его якорных обмотках 1, 2 вызывает появление тока в контуре 1-7-5-7-1-10-9-2-9-3-7-1. Тяговые электродвигатели при этом работают в тяговом режиме, токи в их якорях 3, 4 равны токам в обмотках 5, 6 возбуждения. Регулирование скорости транспортного средства в этом режиме осуществляется регулированием напряжения якорных обмоток 1, 2 генератора посредством изменения тока в его обмотке возбуждения. При достижении ограничения по величине максимально допустимого напряжения генератора расширение скоростного диапазона регулирования электропривода может быть осуществлено применением ослабления магнитного возбуждения электродвигателей посредством включения в работу тиристоров катодной группы выпрямителя 8. При этом уменьшение угла регулирования этих тиристоров приводит к уменьшению токов в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей. The electric drive operates as follows. When moving forward, control pulses with zero control angles are applied to the thyristors of the cathode groups of the rectifiers 9, 10, as well as to the thyristors of the rectifier 7. Under these conditions, the appearance of current in the excitation winding of the generator (not shown in the diagram) and, accordingly, the voltage on its armature windings 1, 2 causes the appearance of current in the circuit 1-7-5-7-1-10-9-2-9-3- 7-1. In this case, traction electric motors operate in traction mode, the currents in their anchors 3, 4 are equal to the currents in the field windings 5, 6. The vehicle speed regulation in this mode is carried out by regulating the voltage of the armature windings 1, 2 of the generator by changing the current in its field winding. Upon reaching a limit on the maximum permissible voltage of the generator, the expansion of the speed range of regulation of the electric drive can be carried out by attenuating the magnetic excitation of the electric motors by turning on the thyristors of the cathode group of the rectifier 8. In this case, a decrease in the angle of regulation of these thyristors leads to a decrease in the currents in the motor excitation windings 5, 6 .

Для перевода электропривода в тормозной режим следует отключить ток возбуждения генератора, снять управляющие импульсы с тиристоров катодных групп выпрямителей 9, 10 и с тиристоров выпрямителя 7, подать управляющие импульсы с нулевыми углами управления на тиристоры выпрямителей 8 и включить ток возбуждения генератора. При этом наличие напряжения на обмотках 1, 2 генератора обеспечивает появление тока в цепи якорей 3, 4 электродвигателей и тормозных резисторов 11, 12, который замыкается по контуру 1-8-5-6-8-1-13-11-4-8-2-14-12-3-10-1. Появление токов в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей и соответственно их магнитных потоков, направления которых встречны их направлениям в тяговом режиме, обусловливает переход электродвигателей в тормозной режим. В якорях 3, 4 электродвигателей при этом возникают ЭДС, направления которых соответствуют направлению включения выпрямительных мостов, образованных анодными группами диодов выпрямителей 9, 10 и катодными группами диодов 13, 14. To transfer the electric drive to the braking mode, it is necessary to disconnect the excitation current of the generator, remove the control pulses from the thyristors of the cathode groups of rectifiers 9, 10 and from the thyristors of the rectifier 7, apply control pulses with zero control angles to the thyristors of the rectifiers 8 and turn on the excitation current of the generator. In this case, the presence of voltage on the windings 1, 2 of the generator ensures the appearance of current in the chain of anchors 3, 4 of electric motors and brake resistors 11, 12, which closes along the circuit 1-8-5-6-8-1-13-11-4-8 -2-14-12-3-10-1. The appearance of currents in the excitation windings 5, 6 of the electric motors and, accordingly, their magnetic fluxes, the directions of which are opposite to their directions in the traction mode, causes the transition of the electric motors to the braking mode. In the anchors 3, 4 of the electric motor, an EMF appears, the directions of which correspond to the direction of inclusion of the rectifier bridges formed by the anode groups of rectifier diodes 9, 10 and the cathode groups of diodes 13, 14.

В тормозном режиме в зависимости от скорости движения возможны два режима работы электродвигателя. При высоких скоростях значения тока в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей меньше значений токов в их якорных обмотках 3, 4. Величина тока возбуждения генератора при этом такова, что ЭДС якорных обмоток 1, 2 недостаточны для обеспечения полной коммутации тока якорей 3, 4 на группах диодов 13, 14 и катодных группах диодов выпрямителей 9, 10. Вследствие этого выпрямители, образованные указанными группами диодов, работают в режиме короткого замыкания. В обмотках 1, 2 генератора при этом протекают токи, суммарное значение которых на выходе выпрямителя 8 равно току в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей. Ток якорей 3, 4 электродвигателей при этом определяется наводимыми в них ЭДС и сопротивлением контура: 3 - катодная группа диодов выпрямителя 10 - 13 - 11 - 4 - катодная группа диодов выпрямителя 9 - 12 - 3. In the braking mode, depending on the speed, two modes of operation of the electric motor are possible. At high speeds, the current values in the motor excitation windings 5, 6 are less than the currents in their anchor windings 3, 4. The magnitude of the generator excitation current is such that the EMF of the anchor windings 1, 2 are insufficient to ensure full switching of the current of the armature 3, 4 in groups diodes 13, 14 and cathode groups of rectifier diodes 9, 10. As a result, the rectifiers formed by these groups of diodes operate in a short circuit mode. In this case, currents flow in the windings 1, 2 of the generator, the total value of which at the output of the rectifier 8 is equal to the current in the motor windings 5, 6. The current of the anchors 3, 4 of the electric motors is determined by the induced EMF and the loop resistance: 3 - cathode group of rectifier diodes 10 - 13 - 11 - 4 - cathode group of rectifier diodes 9 - 12 - 3.

При уменьшении скорости движения и поддержании системой регулирования постоянного значения тока в якорях 3, 4 электродвигателей токи в их обмотках 5, 6 возбуждения увеличиваются, соответственно увеличивается и ток возбуждения генератора. При равенстве значений токов в якорях 3, 4 электродвигателей значениям токов в их обмотках 5, 6 возбуждения указанные выпрямители выходят из режима короткого замыкания. В таком режиме работы электропривода ток в цепях якорных обмоток 3, 4 электродвигателей и тормозных резисторов 11, 12 определяется суммой ЭДС якорных обмоток 3, 4 электродвигателей и ЭДС якорных обмоток 1, 2 генератора, а токи в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей равны току в их якорных обмотках 3, 4. Это способствует повышению тормозных свойств электропривода при движении на низких скоростях вплоть до полной остановки транспортного средства. When the speed decreases and the control system maintains a constant current value in the armature 3, 4 of the electric motors, the currents in their field windings 5, 6 increase, and the excitation current of the generator also increases. If the values of the currents in the armature 3, 4 of the electric motors are equal to the values of the currents in their field windings 5, 6, these rectifiers leave the short circuit mode. In this mode of operation of the electric drive, the current in the chains of the armature windings 3, 4 of the electric motors and brake resistors 11, 12 is determined by the sum of the EMF of the armature windings 3, 4 of the electric motors and the EMF of the armature windings 1, 2 of the generator, and the currents in the motor windings 5, 6 are equal to the current in their anchor windings 3, 4. This helps to increase the braking properties of the electric drive when driving at low speeds until the vehicle stops completely.

Работа предлагаемого электропривода при движении назад аналогична его работе при движении вперед? с той лишь разницей, что функции, выполняемые при движении вперед выпрямителями 9, 11, при движении назад выполняют выпрямители 10, 12 и наоборот. The work of the proposed electric drive when moving backward is similar to its work when moving forward? with the only difference that the functions performed when moving forward by rectifiers 9, 11, when moving backward, perform rectifiers 10, 12 and vice versa.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 1800767, кл. B 60 L 11/06.Sources of information taken into account
1. Copyright certificate of the USSR N 1800767, cl. B 60 L 11/06.

2. Патент SU N 2053143, кл. B 60 L 11/06, 1996 г. 2. Patent SU N 2053143, cl. B 60 L 11/06, 1996

Claims

A self-contained electric drive containing two serial excitation traction motors, two series-connected bridge rectifiers connected by input terminals to the ends of the phases of one of the two multiphase anchor windings of the alternator and connected by the first unlike terminals to the first terminal of the excitation winding of the first electric motor, connected by the second terminal to the first terminal field windings of the second electric motor, the third bridge rectifier connected to the beginning by input terminals phases of the other of the mentioned anchor windings of the alternator and connected by output terminals respectively to the first output of the armature of the first electric motor and to the second output of the armature of the second motor, and two braking resistors, each of which is connected by the first output to the first output of the armature of the corresponding motor, characterized in that an additional bridge rectifier is introduced into it, connected by input terminals with the phase beginnings of the first of the mentioned anchor windings of the alternator, and the output respectively, with the second terminal of the armature of the first electric motor and the first terminal of the armature of the second electric motor, and two groups of diodes, the second terminal of the field winding of the second motor connected to the second opposite terminals of the first two bridge rectifiers, each of the second terminals of the braking resistors connected to the same terminals of the diodes of the corresponding groups connected by the second leads of the same name with the beginning of the phases of the corresponding armature winding of the alternator.