RU2168258C1

RU2168258C1 - Direct-current drive

Info

Publication number: RU2168258C1
Application number: RU2000103276A
Authority: RU
Inventors: Б.Е. Суслов; В.И. Трофименко; Д.И. Хоцанов
Original assignee: Зао "Кросна-Электра"
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: DC traction drives. SUBSTANCE: electric drive has two current collectors, output-filter reactor and capacitor, smoothing reactor, electric motor with armature and field windings, converter, starting, braking, and auxiliary contactors, starting, braking, auxiliary, and additional diodes, braking, limiting, shunting, additional, and ballast resistors, current and voltage sensors, control unit, operating-voltage setting device, and switch. Converter may have main and auxiliary pulse choppers and back diode. Control unit may incorporate RS flip-flop, reference-voltage source, NAND gate, and comparator. Electric drive incorporates provision for its short-circuit and overload protection under braking conditions ands for limiting surge voltages across motor armature winding terminals. EFFECT: enhanced braking efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к тяговым электроприводам постоянного тока. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to traction electric drives of direct current.

Известен электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, первый и второй автоматические выключатели, реактор и конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, тормозной и вспомогательный тиристоры, первый, второй, третий и четвертый контакторы, обратный и тормозной диоды, тормозной и балластный резисторы, датчик тока и датчик напряжения. Главный импульсный прерыватель используется для регулирования напряжения электродвигателя, а вспомогательный импульсный прерыватель - для регулирования его возбуждения [1]. Known electric drive containing the first and second current collectors, the first and second circuit breakers, the reactor and the input filter capacitor, a smoothing reactor, an electric motor with armature winding and field winding, the main and auxiliary pulse choppers, brake and auxiliary thyristors, the first, second, third and fourth contactors, reverse and brake diodes, brake and ballast resistors, current sensor and voltage sensor. The main pulse chopper is used to control the voltage of the electric motor, and the auxiliary pulse chopper is used to regulate its excitation [1].

Недостаток известного электропривода состоит в следующем. При чрезмерном нарастании генераторного тока в тормозном режиме (например, при отказе главного импульсного прерывателя или цепей его управления) срабатывает второй автоматический выключатель, установленный в цепь обмотки якоря. После размыкания контактов этого выключателя ток в тормозном контуре прерывается. Быстрое снижение тока в обмотках электродвигателя, обладающих значительной индуктивностью, приводит к возникновению на их выводах напряжения ЭДС самоиндукции. При этом напряжение на зажимах обмотки якоря, определяемое суммой его ЭДС вращения и ЭДС самоиндукции, может возрасти до значений, приводящих к нарушению нормальной коммутации на коллекторе (возникновению кругового огня) и, соответственно, быстрому износу или выходу из строя электродвигателя. Напряжение на зажимах обмотки возбуждения может возрасти до значений, приводящих к выходу из строя вспомогательного импульсного прерывателя, подключенного параллельно этой обмотке. A disadvantage of the known electric drive is as follows. In case of excessive increase of the generator current in the braking mode (for example, in case of failure of the main pulse chopper or its control circuits), a second circuit breaker is installed in the armature winding circuit. After opening the contacts of this switch, the current in the brake circuit is interrupted. A rapid decrease in current in the motor windings, which have significant inductance, leads to the appearance of self-induction EMF voltage on their terminals. In this case, the voltage at the terminals of the armature winding, determined by the sum of its rotation EMF and self-induction EMF, can increase to values that lead to a violation of normal commutation on the collector (the occurrence of a circular light) and, accordingly, to rapid wear or failure of the electric motor. The voltage at the terminals of the field winding can increase to values leading to the failure of the auxiliary pulse chopper connected in parallel with this winding.

Известен другой электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, автоматический выключатель, реактор и конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, преобразователь напряжения, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, балластный и дополнительный резисторы, датчик тока, датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов. Преобразователь напряжения может включать в себя обратный диод, главный и вспомогательный импульсные прерыватели. Главный импульсный прерыватель используется для регулирования напряжения электродвигателя, а вспомогательный - для регулирования возбуждения электродвигателя при пуске и для изменения тока в тормозном резисторе при торможении [2]. Another electric drive is known, comprising a first and second current collectors, a circuit breaker, an input filter reactor and capacitor, a smoothing reactor, an electric motor with armature winding and a field winding, a voltage converter, a start, brake and auxiliary contactors, a start, brake, auxiliary and additional diodes, brake , limiting, shunting, ballast and additional resistors, current sensor, voltage sensor, control unit and mode dial. The voltage converter may include a reverse diode, main and auxiliary switching choppers. The main pulse chopper is used to control the voltage of the electric motor, and the auxiliary one is used to regulate the excitation of the electric motor at start-up and to change the current in the braking resistor during braking [2].

Недостатком другого известного электропривода является то, что в нем отсутствует защита от чрезмерного нарастания генераторного тока при коротком замыкании в тормозном режиме его работы. The disadvantage of another known electric drive is that it lacks protection against excessive buildup of the generator current during a short circuit in the braking mode of its operation.

Изобретение решает задачу защиты электропривода от токов короткого замыкания или перегрузки в тормозном режиме его работы с ограничением перенапряжений на зажимах обмотки якоря электродвигателя. The invention solves the problem of protecting the drive from short circuit currents or overload in the braking mode of its operation with limiting overvoltage at the terminals of the motor armature winding.

Для решения поставленной задачи в электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, первый автоматический выключатель, реактор и конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, преобразователь напряжения, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный и балластный резисторы, датчик тока, датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов, один вывод конденсатора входного фильтра соединен с первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, с анодом дополнительного диода, с первым выводом шунтирующего резистора, с первым выводом балластного резистора и с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к анодам тормозного и вспомогательного диодов, катод вспомогательного диода подключен ко второму выводу обмотки возбуждения электродвигателя, второй вывод шунтирующего резистора подключен к первому выводу преобразователя напряжения, катод тормозного диода соединен с анодом пускового диода и с первым выводом обмотки якоря электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом пускового контактора и первым выводом тормозного контактора, катод пускового диода соединен со вторым выводом тормозного контактора и с одним выводом сглаживающего реактора, другой вывод которого соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен ко второму выводу преобразователя напряжения, третий вывод которого соединен со вторым выводом пускового контактора, с другим выводом конденсатора входного фильтра, с первым выводом датчика напряжения и через последовательно соединенные реактор входного фильтра и первый автоматический выключатель - с первым токоприемником, второй вывод датчика напряжения подключен ко второму токоприемнику, к первому выводу тормозного резистора, ко второму выводу балластного резистора и к первому выводу вспомогательного контактора, второй вывод которого подключен к катоду дополнительного диода и к первому выводу ограничивающего резистора, соединенного вторым выводом со вторым выводом тормозного резистора и с четвертым выводом преобразователя напряжения, управляющий вход преобразователя напряжения соединен с первым выходом блока управления, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, второй вход - к выходу датчика напряжения, а третий вход - к выходу задатчика режимов, введен ключ, контакты которого размыкаются при возникновении в тормозном контуре тока короткого замыкания или перегрузки, один вывод ключа подключен ко второму выводу обмотки возбуждения, а другой вывод - ко второму выводу шунтирующего резистора. To solve this problem, an electric drive containing the first and second current collectors, the first circuit breaker, reactor and input filter capacitor, smoothing reactor, electric motor with armature winding and field winding, voltage converter, starting, brake and auxiliary contactors, starting, brake, auxiliary and additional diodes, brake, limiting, shunt, additional and ballast resistors, current sensor, voltage sensor, control unit and mode dial, one in the input filter capacitor water is connected to the first output of the excitation motor winding, to the anode of the additional diode, to the first output of the shunt resistor, to the first output of the ballast resistor and to the first output of the additional resistor, the second output of which is connected to the anodes of the brake and auxiliary diodes, the cathode of the auxiliary diode is connected to the second terminal of the field winding of the electric motor, the second terminal of the shunt resistor is connected to the first terminal of the voltage converter, the brake cathode of the first diode is connected to the anode of the starting diode and to the first terminal of the motor armature winding, the second terminal of which is connected to the first terminal of the starting contactor and the first terminal of the brake contactor, the cathode of the starting diode is connected to the second terminal of the brake contactor and to one terminal of the smoothing reactor, the other terminal of which is connected with the first output of the current sensor, the second output of the current sensor is connected to the second output of the voltage converter, the third output of which is connected to the second output of the starting contactor, with another the input filter capacitor, with the first output of the voltage sensor and through the input filter reactor and the first circuit breaker connected in series with the first current collector, the second voltage sensor output is connected to the second current collector, to the first output of the braking resistor, to the second output of the ballast resistor and to the first output auxiliary contactor, the second output of which is connected to the cathode of the additional diode and to the first output of the limiting resistor connected by a second output to W The second output of the brake resistor and the fourth output of the voltage converter, the control input of the voltage converter is connected to the first output of the control unit, the first input of which is connected to the output of the current sensor, the second input to the output of the voltage sensor, and the third input to the output of the mode dial, the key is entered whose contacts open when a short circuit or overload occurs in the brake circuit, one terminal of the key is connected to the second terminal of the field winding, and the other terminal is connected to the second terminal of the shunt guide resistor.

В одном случае в качестве ключа в электроприводе может использоваться второй автоматический выключатель. In one case, a second circuit breaker can be used as a key in the drive.

В другом случае управляющий вход ключа может быть соединен со вторым выходом блока управления. При этом блок управления включает в себя RS-триггер, источник опорного напряжения, элемент И-НЕ и компаратор, один вход которого соединен с первым входом блока управления, второй вход - с выходом источника опорного напряжения, а выход - с одним из входов RS-триггера и одним из входов элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом блока управления. Другой вход RS-триггера соединен с выходом элемента И-НЕ, а выход - со вторым выходом блока управления, подключенного к управляющему входу ключа. In another case, the control input of the key can be connected to the second output of the control unit. In this case, the control unit includes an RS-trigger, a reference voltage source, an NAND element and a comparator, one input of which is connected to the first input of the control unit, the second input - with the output of the reference voltage source, and the output - with one of the RS- inputs trigger and one of the inputs of the AND-NOT element, the other input of which is connected to the third input of the control unit. The other input of the RS-trigger is connected to the output of the AND-NOT element, and the output is connected to the second output of the control unit connected to the control input of the key.

Преобразователь напряжения может включать в себя обратный диод, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, одни выводы которых соединены со вторым выводом преобразователя напряжения и с анодом обратного диода, катод которого соединен с третьим выводом преобразователя напряжения, другой вывод главного импульсного прерывателя соединен с первым выводом преобразователя напряжения, а другой вывод вспомогательного импульсного прерывателя соединен с четвертым выводом преобразователя напряжения. The voltage converter may include a reverse diode, main and auxiliary pulse choppers, one of the terminals of which are connected to the second terminal of the voltage converter and to the anode of the reverse diode, the cathode of which is connected to the third terminal of the voltage converter, the other terminal of the main pulse chopper is connected to the first terminal of the voltage converter and the other terminal of the auxiliary pulse chopper is connected to the fourth terminal of the voltage converter.

Благодаря введению в электропривод ключа, один вывод которого подключен ко второму выводу обмотки возбуждения, а другой вывод - ко второму выводу шунтирующего резистора, контакты которого размыкаются при возникновении в тормозном контуре тока короткого замыкания или перегрузки, обеспечивается одновременное ограничение напряжения на зажимах обмотки якоря и генераторного тока при введении в цепь его протекания шунтирующего резистора, параллельно которому подключен конденсатор входного фильтра, а также интенсивное снижение тока обмотки возбуждения и, соответственно, ЭДС вращения электродвигателя под действием падения напряжения на дополнительном резисторе от тока цепи обмотки якоря. By introducing a key into the electric drive, one terminal of which is connected to the second terminal of the field winding, and the other terminal is connected to the second terminal of the shunt resistor, the contacts of which open when a short circuit or overload occurs in the brake circuit, the voltage at the terminals of the armature winding and generator terminals is simultaneously limited current when a shunt resistor is introduced into the circuit of its flow, parallel to which an input filter capacitor is connected, as well as an intensive decrease in the winding current and excitation and, respectively, the emf of the motor rotation under the influence of the voltage drop across the additional resistor of current circuit armature winding.

Изобретение поясняется схемами, где изображено:
фиг. 1 - функциональная схема электропривода;
фиг. 2 - функциональная схема блока управления.The invention is illustrated by diagrams, which depict:
FIG. 1 is a functional diagram of an electric drive;
FIG. 2 is a functional diagram of a control unit.

Электропривод содержит первый и второй токоприемники 1 и 2, первый автоматический выключатель 3, реактор 4 и конденсатор 5 входного фильтра, сглаживающий реактор 6, электродвигатель с обмотками 7 и 8 якоря и возбуждения, преобразователь 9 напряжения, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы 10, 11 и 12, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный диоды 13, 14, 15 и 16, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный и балластный резисторы 17, 18, 19, 20 и 21, датчики 22 и 23 тока и напряжения, блок 24 управления, задатчик 25 режимов и ключ 26. Один вывод конденсатора 5 входного фильтра соединен с первым выводом обмотки 8 возбуждения электродвигателя, с анодом дополнительного диода 12, с первым выводом шунтирующего резистора 19, с первым выводом балластного резистора 21, второй вывод которого подключен к анодам тормозного и вспомогательного диодов 14 и 15. Катод вспомогательного диода 15 подключен ко второму выводу обмотки 8 возбуждения электродвигателя и к одному выводу ключа 26, другой вывод которого подключен ко второму выводу шунтирующего резистора 19 и к первому выводу преобразователя 9 напряжения. Катод тормозного диода 14 соединен с анодом пускового диода 13 и с первым выводом обмотки 7 якоря электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом пускового контактора 10 и с первым выводом тормозного контактора 11. Катод пускового диода 13 соединен со вторым выводом тормозного контактора 11 и с одним выводом сглаживающего реактора 6, другой вывод которого соединен с первым выводом датчика 22 тока. Второй вывод датчика 22 тока подключен ко второму выводу преобразователя 9 напряжения, третий вывод которого соединен со вторым выводом пускового контактора 10, с другим выводом конденсатора 5 входного фильтра, с первым выводом датчика 23 напряжения и через последовательно соединенные реактор 4 входного фильтра и первый автоматический выключатель 3 - с первым токоприемником 1. Второй вывод датчика 23 напряжения подключен ко второму токоприемнику 2, к первому выводу тормозного резистора 17, ко второму выводу балластного резистора 21 и к первому выводу вспомогательного контактора 12. Второй вывод вспомогательного контактора 12 подключен к катоду дополнительного диода 16 и к первому выводу ограничивающего резистора 18, соединенного вторым выводом со вторым выводом тормозного резистора 17 и с четвертым выводом преобразователя 9 напряжения. Управляющий вход преобразователя 9 напряжения соединен с первым выходом блока 24 управления, первый вход которого подключен к выходу датчика 22 тока, второй вход - к выходу датчика 23 напряжения, а третий вход - к выходу задатчика 25 режимов. The electric drive contains the first and second current collectors 1 and 2, the first circuit breaker 3, the reactor 4 and the input filter capacitor 5, a smoothing reactor 6, an electric motor with windings 7 and 8 of the armature and excitation, voltage converter 9, start, brake and auxiliary contactors 10, 11 and 12, starting, brake, auxiliary and additional diodes 13, 14, 15 and 16, brake, limiting, shunt, additional and ballast resistors 17, 18, 19, 20 and 21, current and voltage sensors 22 and 23, control unit 24 , setpoint switch 25 modes and key 26. the output terminal of the input filter capacitor 5 is connected to the first output of the motor excitation winding 8, with the anode of the additional diode 12, with the first output of the shunt resistor 19, with the first output of the ballast resistor 21, the second output of which is connected to the anodes of the brake and auxiliary diodes 14 and 15. The cathode auxiliary diode 15 is connected to the second terminal of the motor excitation winding 8 and to one terminal of the key 26, the other terminal of which is connected to the second terminal of the shunt resistor 19 and to the first terminal of the converter tel 9 voltage. The cathode of the brake diode 14 is connected to the anode of the starting diode 13 and to the first terminal of the motor armature winding 7, the second terminal of which is connected to the first terminal of the starting contactor 10 and the first terminal of the brake contactor 11. The cathode of the starting diode 13 is connected to the second terminal of the brake contactor 11 and one terminal of the smoothing reactor 6, the other terminal of which is connected to the first terminal of the current sensor 22. The second terminal of the current sensor 22 is connected to the second terminal of the voltage converter 9, the third terminal of which is connected to the second terminal of the starting contactor 10, with the other terminal of the input filter capacitor 5, with the first terminal of the voltage sensor 23 and through the input filter reactor 4 and the first circuit breaker 3 - with the first current collector 1. The second terminal of the voltage sensor 23 is connected to the second current collector 2, to the first terminal of the braking resistor 17, to the second terminal of the ballast resistor 21 and to the first water auxiliary contactor 12. The second terminal of the auxiliary contactor 12 connected to the cathode of the diode 16 and further to the first terminal of the limiting resistor 18, a second terminal connected to the second terminal of the braking resistor 17 and a fourth voltage terminal of the converter 9. The control input of the voltage converter 9 is connected to the first output of the control unit 24, the first input of which is connected to the output of the current sensor 22, the second input to the output of the voltage sensor 23, and the third input to the output of the mode setter 25.

В варианте выполнения электропривода, показанного на фиг. 1, преобразователь 9 напряжения включает в себя главный и вспомогательный импульсные прерыватели 27 и 28, одни выводы которых соединены со вторым выводом преобразователя 9 напряжения и с анодом обратного диода 29, катод которого соединен с третьим выводом преобразователя 9 напряжения. Другой вывод главного импульсного прерывателя 27 соединен с первым выводом преобразователя 9 напряжения, а другой вывод вспомогательного импульсного прерывателя 28 соединен с четвертым выводом преобразователя 9 напряжения. In the embodiment of the electric drive shown in FIG. 1, the voltage converter 9 includes a main and auxiliary pulse chopper 27 and 28, one of the terminals of which are connected to the second terminal of the voltage converter 9 and to the anode of the inverse diode 29, the cathode of which is connected to the third terminal of the voltage converter 9. The other terminal of the main pulse chopper 27 is connected to the first terminal of the voltage converter 9, and the other terminal of the auxiliary pulse chopper 28 is connected to the fourth terminal of the voltage converter 9.

В варианте выполнения блока 24 управления, показанном на фиг. 2, он включает в себя RS-триггер 30, источник 31 опорного напряжения, элемент И-НЕ 32 и компаратор 33. Один вход компаратора 33 соединен с первым входом блока 24 управления, второй вход - с выходом источника 31 опорного напряжения, а выход - с одним из входов RS-триггера 30 и одним из входов элемента И-НЕ 32, другой вход которого соединен с третьим входом блока 24 управления. Другой вход RS-триггера 30 соединен с выходом элемента И-НЕ 32, а выход - со вторым выходом блока 24 управления. In the embodiment of the control unit 24 shown in FIG. 2, it includes an RS-trigger 30, a reference voltage source 31, an NAND 32 element, and a comparator 33. One input of the comparator 33 is connected to the first input of the control unit 24, the second input is connected to the output of the reference voltage source 31, and the output with one of the inputs of the RS-trigger 30 and one of the inputs of the element AND 32, the other input of which is connected to the third input of the control unit 24. The other input of the RS-trigger 30 is connected to the output of the AND-NOT 32 element, and the output is connected to the second output of the control unit 24.

Электропривод работает следующим образом. Первый токоприемник 1 подключен к положительной шине, а второй токоприемник 2 подключен к отрицательной шине источника питания. Первый автоматический выключатель 3 и ключ 26 включены. The electric drive operates as follows. The first current collector 1 is connected to the positive bus, and the second current collector 2 is connected to the negative bus of the power source. The first circuit breaker 3 and key 26 are turned on.

В пусковом режиме работы электропривода замкнуты контакты пускового контактора 10 и вспомогательного контактора 12. Ток обмотки 7 якоря электродвигателя поддерживается на заданном уровне с помощью преобразователя 9 напряжения, изменяющего подводимое к ней среднее значение напряжения. В преобразователе 9 напряжения для этого изменяется коэффициент заполнения главного импульсного прерывателя 27 (отношение длительности включенного состояния главного импульсного прерывателя 27 к длительности периода регулирования). Управляющие сигналы формируются в блоке 24 управления в соответствии с сигналами задатчика 25 режимов и датчика 22 тока, пропорционального по величине току в цепи обмотки 7 якоря электродвигателя. После достижения максимального коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя 27 дальнейшее регулирование заданного тока в обмотке 7 якоря осуществляется за счет уменьшения среднего значения тока в обмотке 8 возбуждения. Для этого по команде блока 24 управления начинает изменяться коэффициент заполнения вспомогательного импульсного прерывателя 28 (отношение длительности включенного состояния вспомогательного импульсного прерывателя 28 к длительности периода регулирования). После достижения максимального коэффициента заполнения вспомогательного импульсного прерывателя 28 дальнейшее увеличение частоты вращения электродвигателя происходит по его естественной характеристике при постоянном значении коэффициента ослабления возбуждения. In the starting mode of operation of the electric drive, the contacts of the starting contactor 10 and the auxiliary contactor 12 are closed. The current of the winding 7 of the motor armature is maintained at a predetermined level using a voltage converter 9, which changes the average voltage value supplied to it. For this purpose, in the voltage converter 9, the duty cycle of the main pulse chopper 27 is changed (the ratio of the duration of the on state of the main pulse chopper 27 to the duration of the control period). The control signals are generated in the control unit 24 in accordance with the signals of the mode setter 25 and the current sensor 22, which is proportional to the current in the winding circuit 7 of the motor armature. After reaching the maximum fill factor of the main pulse chopper 27, further control of the set current in the armature winding 7 is carried out by reducing the average current value in the excitation winding 8. For this, at the command of the control unit 24, the duty cycle of the auxiliary pulse chopper 28 begins to change (the ratio of the duration of the on state of the auxiliary pulse chopper 28 to the duration of the control period). After reaching the maximum fill factor of the auxiliary pulse chopper 28, a further increase in the frequency of rotation of the electric motor occurs according to its natural characteristic with a constant value of the coefficient of attenuation attenuation.

В тормозном режиме работы электропривода замкнуты контакты тормозного контактора 11 при разомкнутых контактах пускового контактора 10 и вспомогательного контактора 12. Основное регулирование ведется по току обмотки 7 якоря электродвигателя путем изменения коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя 27. In the brake operation mode of the electric drive, the contacts of the brake contactor 11 are closed when the contacts of the start contactor 10 and the auxiliary contactor 12 are open. The main regulation is carried out according to the current of the winding 7 of the motor armature by changing the duty cycle of the main pulse chopper 27.

На интервалах включенного состояния главного импульсного прерывателя 27 тормозной ток протекает по контуру: обмотка 7 электродвигателя, тормозной контактор 11, сглаживающий реактор 6, датчик 22 тока, главный импульсный прерыватель 27, ключ 26 и обмотка 8 возбуждения электродвигателя с подключенным параллельно им шунтирующим резистором 19, дополнительный резистор 20, тормозной диод 14. На интервалах выключенного состояния главного импульсного прерывателя 27, если мощность, потребляемая внешней нагрузкой, подключенной к шинам источника питания, больше рекуперируемой, ток рекуперации протекает по цепи: обмотка 7 якоря электродвигателя, тормозной контактор 11, сглаживающий реактор 6, датчик 22 тока, обратный диод 29, реактор 4 входного фильтра, первый автоматический выключатель 3, первый токоприемник 1, внешняя нагрузка, второй токоприемник 2, балластный резистор 21, дополнительный резистор 20, тормозной диод 14. На этом же интервале ток обмотки 8 возбуждения электродвигателя замыкается по контуру: обмотка 8 возбуждения, дополнительный резистор 20, вспомогательный диод 15. В случае, если мощность, потребляемая внешней нагрузкой, подключенной к шинам источника питания, меньше рекуперируемой, напряжение на токоприемниках 1, 2 возрастает до максимального заданного значения. При этом в блоке 24 управления в соответствии с сигналами задатчика 25 режимов и датчика 23 напряжения на интервалах выключенного состояния главного импульсного прерывателя 27 формируются управляющие сигналы, обусловливающие включение вспомогательного импульсного прерывателя 28. При этом тормозной ток замыкается по цепи: обмотка 7 якоря электродвигателя, тормозной контактор 11, сглаживающий реактор 6, датчик 22 тока, вспомогательный импульсный прерыватель 28, тормозной резистор 17, балластный резистор 21, дополнительный резистор 20, тормозной диод 14. На этом же интервале ток обмотки 8 возбуждения замыкается по контуру: обмотка 8 возбуждения электродвигателя, дополнительный резистор 20, вспомогательный диод 15. At intervals of the on state of the main pulse chopper 27, the brake current flows along the circuit: motor winding 7, brake contactor 11, smoothing reactor 6, current sensor 22, main pulse chopper 27, key 26 and motor excitation winding 8 with a shunt resistor 19 connected in parallel to it, additional resistor 20, brake diode 14. At off-time intervals of the main pulse chopper 27, if the power consumed by the external load connected to the buses of the power source, b more than recuperable, the recuperation current flows through the circuit: winding 7 of the motor armature, brake contactor 11, smoothing reactor 6, current sensor 22, reverse diode 29, input filter reactor 4, first circuit breaker 3, first current collector 1, external load, second current collector 2 , ballast resistor 21, additional resistor 20, brake diode 14. At the same interval, the current of the motor excitation winding 8 is closed along the circuit: excitation winding 8, additional resistor 20, auxiliary diode 15. In case the power Consumed by an external load connected to the power source buses is smaller recuperated, the voltage on the current collectors 1 and 2 increases to the maximum predetermined value. At the same time, in the control unit 24, in accordance with the signals of the mode setter 25 and the voltage sensor 23, control signals are generated at the switched-off intervals of the main pulse chopper 27, which condition that the auxiliary pulse chopper 28 is turned on. In this case, the braking current is closed by the circuit: winding 7 of the motor armature contactor 11, smoothing reactor 6, current sensor 22, auxiliary pulse chopper 28, brake resistor 17, ballast resistor 21, additional resistor 20, brake di d 14. At the same interval current excitation winding 8 is closed contour: the excitation winding motor 8, an additional resistor 20, the auxiliary diode 15.

При возникновении аварийной ситуации в тормозном режиме работы электропривода (короткое замыкание в главном импульсном прерывателе или его включенное состояние при отказе в цепях его управления), как только генераторный ток (ток в обмотках электродвигателя) превышает заданное значение, контакты ключа 26 размыкаются. При размыкании контактов ключа 26 в цепь протекания тока обмотки 7 якоря вводится шунтирующий резистор 19, ограничивающий величину этого тока. При этом наибольшее напряжение на обмотке 7 якоря не превысит падения напряжения от этого тока на шунтирующем резисторе 19, параллельно которому при включенном главном импульсном прерывателе 27 подключен конденсатор 5 входного фильтра. Одновременно, ток обмотки 7 возбуждения, замыкаясь через дополнительный резистор 20 и вспомогательный диод 15, интенсивно спадает до нуля, под действием падения напряжения на дополнительном резисторе 20 от протекающего по нему генераторному току, что обусловливает интенсивное снижение ЭДС вращения электродвигателя. In the event of an emergency in the braking mode of the drive (a short circuit in the main pulse chopper or its on condition when the control circuit fails), as soon as the generator current (current in the motor windings) exceeds the set value, the contacts of key 26 open. When the contacts of the key 26 are opened, a shunt resistor 19 is introduced into the current flow path of the armature winding 7, limiting the magnitude of this current. In this case, the greatest voltage on the armature winding 7 will not exceed the voltage drop from this current on the shunt resistor 19, in parallel with which the input filter capacitor 5 is connected when the main pulse chopper 27 is turned on. At the same time, the current of the field winding 7, closing through an additional resistor 20 and an auxiliary diode 15, intensively drops to zero, under the influence of a voltage drop on the additional resistor 20 from the generator current flowing through it, which causes an intense decrease in the EMF of rotation of the electric motor.

Зависимость тока в обмотке 8 возбуждения i_В от тока в обмотке 7 якоря i_Я и от времени t, прошедшего с момента размыкания контактов ключа 26, описывается выражением:

где R_В - сопротивление обмотки 8 возбуждения;
R_д - сопротивление дополнительного резистора 20;
L_В - индуктивность обмотки 8 возбуждения.The dependence of the current in the excitation winding 8 i _in the current in the armature winding 7 _I i and the time t, has elapsed since the contact opening key 26 is described by the expression:

where R _In - resistance of the field winding 8;
R _d is the resistance of the additional resistor 20;
L _In - the inductance of the excitation winding 8.

В соответствии с выражением (1) ток в обмотке 8 возбуждения становится равным нулю при:

Из выражения (2) видно, что время с момента размыкания контактов ключа 26 до момента снижения тока в обмотке 8 возбуждения до нуля не зависит от тока в обмотке 7 якоря и определяется только сопротивлением добавочного резистора 20 и сопротивлением и индуктивностью обмотки 8 возбуждения.In accordance with expression (1), the current in the excitation winding 8 becomes equal to zero when:

From the expression (2) it can be seen that the time from the moment of opening the contacts of the key 26 to the moment the current in the excitation winding 8 decreases to zero does not depend on the current in the armature winding 7 and is determined only by the resistance of the additional resistor 20 and the resistance and inductance of the excitation winding 8.

В случае, если в качестве ключа 26 используется автоматический выключатель, то его контакты размыкаются, когда генераторный ток превысит уставку его срабатывания. If a circuit breaker is used as key 26, then its contacts open when the generator current exceeds the set point for its operation.

В случае, когда управляющий вход ключа 26 соединен со вторым выходом блока 24 управления в тормозном режиме работы электропривода, на один из входов элемента И-НЕ 32 с выхода задатчика 25 режимов поступает сигнал в значении логического "0". Если сигнал обратной связи, поступающий с датчика 22 тока на один из входов компаратора 33, не превышает заданного источником 31 опорного напряжения значения, соответствующего максимально допустимому значению генераторного тока, то сигнал на выходе компаратора 33 имеет значение логической "1". При этом выходной сигнал RS-триггера 30, поступающий на управляющий вход ключа 26, имеет определяющее включенное состояние этого ключа значение логической "1". Как только сигнал обратной связи с выхода датчика 22 тока превышает заданное источником 31 опорного напряжения значение, происходит переключение компаратора 33, и сигнал на его выходе принимает значение логического "0". Соответственно изменяет свое состояние и RS-триггер 30, и сигнал на его выходе принимает значение логического "0", определяющее выключенное состояние ключа 26. После размыкания контактов ключа 26 и снижения напряжения сигнала датчика 22 тока до значения, меньшего заданного источником 31 опорного напряжения, компаратор 33 переключается в исходное состояние, когда сигнал на его выходе имеет значение логической "1". Однако RS-триггер 30 будет сохранять свое состояние до тех пор, пока сигнал с выхода задатчика 25 режимов не примет значения логической "1", определяющей отключение тормозного режима работы электропривода. После отключения тормозного режима RS-триггер 30 изменит свое состояние и сигнал на его выходе примет значение логической "1", определяющей включенное состояние ключа 26. In the case when the control input of the key 26 is connected to the second output of the control unit 24 in the brake operation mode of the electric drive, a signal in the value of logical "0" is supplied to one of the inputs of the AND-NOT 32 element from the output of the mode setter 25. If the feedback signal from the current sensor 22 to one of the inputs of the comparator 33 does not exceed the value specified by the reference voltage source 31 corresponding to the maximum allowable value of the generator current, then the signal at the output of the comparator 33 has a logical value of "1". In this case, the output signal of the RS flip-flop 30 arriving at the control input of the key 26 has a logical "1" value that determines the on state of this key. As soon as the feedback signal from the output of the current sensor 22 exceeds the value set by the reference voltage source 31, the comparator 33 switches, and the signal at its output takes a value of logical "0". Accordingly, the RS-trigger 30 also changes its state, and the signal at its output takes a logical “0” value, which determines the off state of the key 26. After opening the contacts of the key 26 and lowering the voltage of the signal of the current sensor 22 to a value lower than that set by the reference voltage source 31, the comparator 33 switches to its initial state when the signal at its output has a logical value of "1". However, the RS-flip-flop 30 will retain its state until the signal from the output of the mode dial 25 takes on a logical “1” value, which determines the shutdown of the brake operation mode of the electric drive. After disabling the braking mode, the RS-trigger 30 will change its state and the signal at its output will take the value of logical "1", which determines the on state of the key 26.

Таким образом, применение заявляемого устройства решает задачу защиты электропривода в тормозном режиме его работы от токов короткого замыкания или перегрузки с одновременным ограничением напряжения на зажимах обмотки якоря. Thus, the use of the inventive device solves the problem of protecting the electric drive in the braking mode of its operation from short circuit currents or overloads while limiting the voltage at the terminals of the armature winding.

Источники информации
1. Тиристорный тяговый привод троллейбуса на базе преобразователя с GTO-тиристорами // В.В. Маркин, В.К. Миледин, В.А. Скибинский, Ю.И. Фельдман / Электротехника, 1995, N 9.Sources of information
1. Thyristor traction drive of a trolley based on a converter with GTO-thyristors // V.V. Markin, V.K. Miledin, V.A. Skibinsky, Yu.I. Feldman / Electrical Engineering, 1995, N 9.

2. Патент 2129495 РФ. Электропривод постоянного тока / Б.Е.Суслов, В.И. Трофименко // Открытия. Изобретения, 1999, N 12. 2. Patent 2129495 of the Russian Federation. DC electric drive / B.E.Suslov, V.I. Trofimenko // Discoveries. Inventions, 1999, N 12.

Claims

1. An electric drive comprising a first and second current collectors, a first circuit breaker, an input filter reactor and capacitor, a smoothing reactor, an electric motor with armature winding and a field winding, a voltage converter, start, brake and auxiliary contactors, start, brake, auxiliary and additional diodes, braking, limiting, shunting, additional and ballast resistors, current sensor, voltage sensor, control unit and mode dial, one output filter capacitor output pa is connected to the first terminal of the motor winding, with the anode of the auxiliary diode, with the first terminal of the shunt resistor, with the first terminal of the ballast resistor and with the first terminal of the additional resistor, the second terminal of which is connected to the anodes of the brake and auxiliary diodes, the cathode of the auxiliary diode is connected to the second terminal the field winding of the electric motor, the second terminal of the shunt resistor is connected to the first terminal of the voltage converter, the cathode of the brake diode is connected to the start anode of the diode and with the first output of the motor armature winding, the second output of which is connected to the first output of the start contactor and the first output of the brake contactor, the cathode of the start diode is connected to the second output of the brake contactor and with one output of the smoothing reactor, the other output of which is connected to the first output of the sensor current, the second terminal of the current sensor is connected to the second terminal of the voltage converter, the third terminal of which is connected to the second terminal of the starting contactor, with another terminal of the input capacitor filter, with the first output of the voltage sensor and, through the input filter reactor and the first circuit breaker connected in series with the first current collector, the second output of the voltage sensor is connected to the second current collector, to the first output of the braking resistor, to the second output of the ballast resistor and the first output of the auxiliary contactor, the second terminal of which is connected to the cathode of the additional diode and the first terminal of the limiting resistor connected by the second terminal to the second terminal of the braking resistor and with the fourth output of the voltage converter, the control input of the voltage converter is connected to the first output of the control unit, the first input of which is connected to the output of the current sensor, the second input to the output of the voltage sensor, and the third input to the output of the mode dial, characterized in that a key is inserted whose contacts open when a short circuit or overload current occurs in the brake circuit, one key output is connected to the second output of the field winding, and the other to the second output of the shunt rubber torus.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the second circuit breaker is used as a key.

3. The electric drive according to claim 1, characterized in that the control input of the key is connected to the second output of the control unit, which includes an RS-trigger, a reference voltage source, the AND element is NOT and a comparator, one input of which is connected to the first input of the control unit , the second input is with the output of the reference voltage source, and the output is with one of the inputs of the RS-trigger and one of the inputs of the AND element - NOT, the other input of which is connected to the third input of the control unit, the other input of the RS-trigger is connected to the output of the element AND - NOT, and the output is with the second output block but management.

4. The electric drive according to claim 1, characterized in that the voltage converter includes a reverse diode, main and auxiliary pulse choppers, one of the terminals of which are connected to the second terminals of the voltage converter and to the anode of the reverse diode, the cathode of which is connected to the third terminal of the voltage converter, the other terminal of the main pulse chopper is connected to the first terminal of the voltage converter, and the other terminal of the auxiliary pulse chopper is connected to the fourth terminal of the voltage converter Eden.