RU2475378C1 - Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage - Google Patents

Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage Download PDF

Info

Publication number
RU2475378C1
RU2475378C1 RU2011140291/11A RU2011140291A RU2475378C1 RU 2475378 C1 RU2475378 C1 RU 2475378C1 RU 2011140291/11 A RU2011140291/11 A RU 2011140291/11A RU 2011140291 A RU2011140291 A RU 2011140291A RU 2475378 C1 RU2475378 C1 RU 2475378C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converters
windings
outputs
control unit
regenerative power
Prior art date
Application number
RU2011140291/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Львович Чураков
Original Assignee
Некоммерческая организация Научно-техническое учреждение "Инженерно-технический центр" открытого акционерного общества "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" (НТУ "ИТЦ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Некоммерческая организация Научно-техническое учреждение "Инженерно-технический центр" открытого акционерного общества "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" (НТУ "ИТЦ") filed Critical Некоммерческая организация Научно-техническое учреждение "Инженерно-технический центр" открытого акционерного общества "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" (НТУ "ИТЦ")
Priority to RU2011140291/11A priority Critical patent/RU2475378C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475378C1 publication Critical patent/RU2475378C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to railway transport and may be used at vehicles with commutator-type traction motors. Proposed device comprises DC-to-AC converters configured for excitation windings and armature windings of every motor. Control unit allows synchronous operation of converters. Besides, said control unit serves to equalise load between motors by varying PDM. This allows eliminating wheel slippage. Said DC-to-AC converters have third transformer windings to feed internal circuits of electric locomotive from power line and to use regenerative power. In case constant voltage circuit is disconnected, power of storage battery is converted into variable voltage to recover high constant voltage via converter third windings connected to excitation windings for independent motion of locomotive in emergency.
EFFECT: possibility to exploit regenerative power and to eliminate wheels slippage.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и городского электротранспорта, может быть применено на транспортных средствах с тяговым двигателем коллекторного типа.The invention relates to the field of railway transport and urban electric transport, can be applied on vehicles with a traction motor of a collector type.

Известно устройство для защиты от боксования (см. патент №2301158, МПК B60L 3/10, опубл. 20.06.2007 г.), которое содержит два тяговых двигателя коллекторного типа, блок контроля боксования, резистор, конденсатор, стабилитрон и тиристор.A device for protection against boxing is known (see patent No. 2301158, IPC B60L 3/10, published on 06/20/2007), which contains two collector-type traction motors, a blocking control unit, a resistor, a capacitor, a zener diode and a thyristor.

Недостатком данного устройства является то, что в случае обнаружения боксования производится кратковременное уменьшение тока через якорные обмотки, однако это действие не приводит к устранению причины боксования, так как уменьшение момента на валу двигателя уменьшает опасность его повреждения, но не гарантирует устранения причины боксования.The disadvantage of this device is that in the event of boxing detection, a short-term decrease in current through the armature windings is performed, however, this action does not eliminate the cause of boxing, since decreasing the moment on the motor shaft reduces the risk of damage, but does not guarantee elimination of the boxing reason.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбрано устройство для регулирования скорости электроподвижного состава (см. патент №2376161, МПК B60L 15/00, опубл. 20.12.2009 г.), содержащее источник питания, две группы тяговых двигателей, включенных последовательно, имеются также источник питания, два диода и группы переключателей.As a prototype of the claimed invention, a device for controlling the speed of electric rolling stock (see patent No. 2376161, IPC B60L 15/00, publ. 12/20/2009), containing a power source, two groups of traction motors connected in series, also has a power source , two diodes and switch groups.

Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: отсутствует защита от боксования, энергия рекуперации используется только для заряда аккумуляторной батареи, емкость которой должна быть слишком большой.The disadvantage of a device for regulating the speed of electric rolling stock: there is no protection against skidding, the recovery energy is used only to charge the battery, the capacity of which must be too large.

Задача изобретения - экономия электроэнергии за счет полного использования энергии рекуперации как для внутренних нужд, так и для выдачи в сеть постоянного тока в случае наличия резерва по напряжению, полное устранение боксования колесных пар за счет автономного управления каждым тяговым двигателем.The objective of the invention is to save electricity due to the full use of energy recovery both for internal needs and for the issuance of a direct current network in the event of a voltage reserve, the complete elimination of blocking of wheel pairs due to the autonomous control of each traction motor.

Поставленная задача решена тем, что в устройство для регулирования скорости движения, использования энергии рекуперации и устранения боксования колес электроподвижного состава, содержащее якорные обмотки и обмотки возбуждения двух тяговых двигателей, аккумуляторную батарею и блок управления, дополнительно введены четыре преобразователя постоянного тока в переменный ток, преобразователь-выпрямитель, регулирующий элемент и шесть датчиков тока, входы постоянного напряжения всех преобразователей постоянного тока в переменный ток соединены с входом сети постоянного напряжения, первые выходы первого и третьего преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с обмотками возбуждения тяговых двигателей, а вторые выходы этих преобразователей через датчик тока соединены с входом переменного тока преобразователя-выпрямителя, выход постоянного тока которого через регулирующий элемент соединен с аккумуляторной батареей и с входом питания блока управления, управляющие выходы которого соединены с входами управления преобразователей постоянного тока в переменный ток, а контролирующие входы - с выходами всех датчиков тока, выходы второго и четвертого преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с якорными обмотками тяговых двигателей.The problem is solved in that in the device for regulating the speed of movement, using the energy of recovery and eliminating the blocking of the wheels of electric rolling stock, containing anchor windings and field windings of two traction motors, a battery and a control unit, four DC-to-AC converters, an converter are additionally introduced - a rectifier, a regulating element and six current sensors, DC voltage inputs of all DC / AC converters inenes with an input of a DC voltage network, the first outputs of the first and third DC / AC converters through current sensors are connected to the excitation windings of the traction motors, and the second outputs of these converters through a current sensor are connected to the AC input of the converter-rectifier, whose DC output is through the control element is connected to the battery and to the power input of the control unit, the control outputs of which are connected to the control inputs of the constant direct current into alternating current, and control inputs - the outputs of the current sensors, the outputs of the second and fourth transducers DC to alternating current via the current sensors are connected to the armature windings of traction motors.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных признаков, состоит в том, что преобразование постоянного тока в переменный ток позволяет трансформировать напряжение для каждой обмотки тягового двигателя и, следовательно, управлять подаваемой мощностью на двигатели в зависимости от сложившихся условий их работы.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of these features, is that the conversion of direct current to alternating current allows you to transform the voltage for each winding of the traction motor and, therefore, control the supplied power to the motors depending on the prevailing operating conditions.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для регулирования скорости движения, использования энергии рекуперации и устранения боксования колес электроподвижного состава.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a schematic electrical diagram of the proposed device for controlling the speed of movement, the use of energy recovery and eliminate blocking of the wheels of the electric rolling stock.

Устройство содержит четыре преобразователя постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3 и 4, входы постоянного напряжения которых соединены с входом сети постоянного напряжения, первые выходы первого 1 и третьего 3 преобразователей соединены через датчики тока 5 и 6 с обмотками возбуждения двигателей 7 и 8, вторые выходы этих же преобразователей, последовательно соединенные, подключены через датчик тока 9 ко входу преобразователя-выпрямителя 10, выход последнего через регулирующий элемент 11 соединен с входом аккумуляторной батареи 12 и через датчик тока 13 - с входом питания блока управления 14, управляющие выходы которого соединены с входами управления преобразователей и регулирующего элемента, а входы контроля - с выходами всех датчиков тока, кроме того, выходы второго и третьего преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока 15 и 16 соединены с якорными обмотками обоих двигателей.The device contains four DC-to-AC converters 1, 2, 3 and 4, the DC voltage inputs of which are connected to the input of the DC voltage network, the first outputs of the first 1 and third 3 converters are connected through current sensors 5 and 6 to the field windings of motors 7 and 8 , the second outputs of the same converters, connected in series, are connected through a current sensor 9 to the input of the converter-rectifier 10, the output of the latter through the regulating element 11 is connected to the input of the battery 12 and through the sensors current 13 - with the power input of the control unit 14, the control outputs of which are connected to the control inputs of the converters and the regulating element, and the control inputs - with the outputs of all current sensors, in addition, the outputs of the second and third DC / AC converters through current sensors 15 and 16 are connected to the anchor windings of both motors.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В режиме тяги преобразователи постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3, 4, под действием сигналов широтно-импульсной модуляции от блока управления 14 формируют переменное напряжение синхронное и синфазное на обмотках возбуждения и якорях двигателей 7 и 8 частотой от 25 Гц до 16 Гц. Управление скоростью движения электротранспорта производится изменением амплитуды формируемого переменного напряжения, торможение производится электрическим способом, изменяя фазу сигнала на обмотке якоря. Возможно движение электротранспорта назад в случае противоположных фаз напряжения на обмотке возбуждения и якоря каждого двигателя. В процессе движения электротранспорта блок управления 14 анализирует токи в обмотках возбуждения и якорях с датчиков 5, 6, 15, 16. Величина тока в якорной обмотке двигателя при заданных значениях широтно-модулированного сигнала на преобразователе постоянного тока в переменный ток определяет момент сил на валу двигателя. Таким образом, блок управления 14 рассчитывает моменты сил на валу каждого двигателя и распределяет энергию движения между ними пропорционально рассчитанным моментам посредством изменения сигналов широтно-импульсной модуляции на управляющих входах преобразователей постоянного тока в переменный ток 1, 2, 3, 4. Такое управление исключает какое-либо боксование одного из двух тяговых двигателей 7 или 8. При движении транспортного средства по инерции или скатывании по наклонной плоскости формируется ЭДС рекуперации на обмотке возбуждения тягового двигателя. В этом случае формируемая ЭДС может выдаваться в сеть постоянного напряжения, если напряжение сети не превышает максимального значения. В преобразователе напряжения 1 открываются диоды в IGBT транзисторах в случае, если амплитуда переменного напряжения превышает значения напряжения в сети постоянного тока. Однако такое использование энергии рекуперации не всегда возможно, поэтому предусмотрены вторые вторичные обмотки на трансформаторах преобразователей 1 и 3, которые на выходе преобразователей соединены последовательно и подключены к выпрямителю-преобразователю 10. Напряжения на этих обмотках, возникающие в процессе рекуперации, складываются, «выпрямляются» на выпрямителе-преобразователе 10 и через регулирующий элемент 11 поступают на заряд аккумуляторной батареи 12 и входы питания блока управления 14. Управление регулирующим элементом 11 и преобразователями 1 и 3 в режиме рекуперации производится на основании показаний датчиков тока 9 и 13. В случае аварийных ситуаций, например отключения сети постоянного напряжения, происходит восстановление этой сети следующим образом. Напряжение с аккумуляторной батареи 12 через диод регулирующего элемента 11 подается на выпрямитель-преобразователь 10, который, в данном случае, работает как преобразователь постоянного тока в переменный ток за счет своих IGBT транзисторов при управлении сигналами широтно-импульсной модуляции от блока управления 14. Полученный переменный ток трансформируется на преобразователях 1 и 3 в обмотки возбуждения двигателей 7 и 8, одновременно «выпрямляется» на тех же преобразователях, и полученное постоянное напряжение используется для работы преобразователей 2 и 4. В этом режиме электротранспорт может перемещаться на небольшое расстояние и с небольшой скоростью, это ограничивается емкостью аккумуляторной батареи 12 и максимальным током, который можно от нее получить.In the traction mode, DC-to-AC converters 1, 2, 3, 4, under the influence of pulse-width modulation signals from the control unit 14, generate synchronous and common-mode alternating voltage on the field windings and armature of motors 7 and 8 with a frequency of 25 Hz to 16 Hz . The speed of electric vehicles is controlled by changing the amplitude of the generated alternating voltage, braking is done electrically, changing the phase of the signal on the armature winding. It is possible that electric vehicles move backward in the case of opposite voltage phases on the field winding and armature of each motor. During the movement of electric vehicles, the control unit 14 analyzes the currents in the field windings and the anchors from the sensors 5, 6, 15, 16. The current value in the armature winding of the motor at the specified values of the pulse-width modulated signal on the DC / AC converter determines the moment of forces on the motor shaft . Thus, the control unit 14 calculates the moments of forces on the shaft of each motor and distributes the energy of motion between them in proportion to the calculated moments by changing the pulse width modulation signals at the control inputs of the DC / AC converters 1, 2, 3, 4. This control eliminates which or boxing of one of the two traction motors 7 or 8. When the vehicle moves by inertia or rolls along an inclined plane, a regenerative EMF is formed on the tie rod excitation winding Vågå engine. In this case, the generated EMF can be issued to a constant voltage network if the network voltage does not exceed the maximum value. In voltage converter 1, diodes in IGBT transistors open if the amplitude of the alternating voltage exceeds the voltage value in the DC network. However, this use of recovery energy is not always possible, therefore, second secondary windings are provided on the transformers of converters 1 and 3, which are connected in series at the output of the converters and connected to the rectifier-converter 10. The voltages on these windings that arise during the recovery process are added, “straightened” on the rectifier-converter 10 and through the regulatory element 11 are supplied to the charge of the battery 12 and the power inputs of the control unit 14. Management of the regulatory element 11 and converters 1 and 3 in the recovery mode is based on the readings of current sensors 9 and 13. In case of emergency, for example, disconnection of the DC voltage network, this network is restored as follows. The voltage from the battery 12 through the diode of the regulating element 11 is supplied to the rectifier-converter 10, which, in this case, operates as a DC-to-AC converter due to its IGBT transistors when controlling pulse-width modulation signals from the control unit 14. The resulting variable the current is transformed on converters 1 and 3 into the field windings of the motors 7 and 8, at the same time it is “rectified” on the same converters, and the obtained constant voltage is used to operate photoelectret 2 and 4. In this mode of electrotransport can be moved a small distance and a low speed, it is limited by the capacity of the battery 12 and the maximum current which can be obtained from it.

Claims (1)

Устройство для регулирования скорости движения, использования энергии рекуперации и устранения боксования колес электроподвижного состава, содержащее якорные обмотки и обмотки возбуждения двух тяговых двигателей, аккумуляторную батарею и блок управления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены четыре преобразователя постоянного тока в переменный ток, преобразователь-выпрямитель, регулирующий элемент и шесть датчиков тока, входы постоянного напряжения всех преобразователей постоянного тока в переменный ток соединены с входом сети постоянного напряжения, первые выходы первого и третьего преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с обмотками возбуждения тяговых двигателей, а вторые выходы этих преобразователей через датчик тока соединены с входом переменного тока преобразователя-выпрямителя, выход постоянного тока которого через регулирующий элемент соединен с аккумуляторной батареей и с входом питания блока управления, управляющие выходы которого соединены с входами управления преобразователей постоянного тока в переменный ток, а контролирующие входы - с выходами всех датчиков тока, выходы второго и четвертого преобразователей постоянного тока в переменный ток через датчики тока соединены с якорными обмотками тяговых двигателей. A device for controlling the speed of movement, using the energy of recovery and eliminating the blocking of the wheels of electric rolling stock, containing anchor windings and field windings of two traction motors, a battery and a control unit, characterized in that four additional DC-to-AC converters are introduced into it; a rectifier, a regulating element and six current sensors, the DC voltage inputs of all DC / AC converters are connected to during the DC voltage network, the first outputs of the first and third DC / AC converters through current sensors are connected to the excitation windings of the traction motors, and the second outputs of these converters through a current sensor are connected to the AC input of the converter-rectifier, the DC output of which through the control element connected to the battery and to the power input of the control unit, the control outputs of which are connected to the control inputs of the DC converters and in alternating current, and control inputs - the outputs of the current sensors, the outputs of the second and fourth transducers DC to alternating current via the current sensors are connected to the armature windings of traction motors.
RU2011140291/11A 2011-10-04 2011-10-04 Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage RU2475378C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011140291/11A RU2475378C1 (en) 2011-10-04 2011-10-04 Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011140291/11A RU2475378C1 (en) 2011-10-04 2011-10-04 Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2475378C1 true RU2475378C1 (en) 2013-02-20

Family

ID=49120918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011140291/11A RU2475378C1 (en) 2011-10-04 2011-10-04 Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475378C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196819U1 (en) * 2019-12-09 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" DEVICE FOR REGULATING THE SPEED OF ELECTRIC MOBILE COMPOSITION
RU209092U1 (en) * 2021-09-21 2022-02-01 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы" PROTECTION DEVICE AGAINST BOXING OF ELECTRIC ROLLING STOCK WITH ASYNCHRONOUS TRACTION MOTORS

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428118A1 (en) * 1984-07-30 1986-02-06 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Regenerative brake for a DC traction motor
RU2216457C2 (en) * 2002-02-12 2003-11-20 АОЗТ "Завод по ремонту электроподвижного состава" Device for regenerative braking of traction electric motors of underground railway cars
RU2238858C2 (en) * 2002-11-20 2004-10-27 ЗАО "Завод по ремонту электроподвижного состава" Electric train speed control device
RU2376161C1 (en) * 2008-08-04 2009-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" Electric rolling stock speed controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428118A1 (en) * 1984-07-30 1986-02-06 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Regenerative brake for a DC traction motor
RU2216457C2 (en) * 2002-02-12 2003-11-20 АОЗТ "Завод по ремонту электроподвижного состава" Device for regenerative braking of traction electric motors of underground railway cars
RU2238858C2 (en) * 2002-11-20 2004-10-27 ЗАО "Завод по ремонту электроподвижного состава" Electric train speed control device
RU2376161C1 (en) * 2008-08-04 2009-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" Electric rolling stock speed controller

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196819U1 (en) * 2019-12-09 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" DEVICE FOR REGULATING THE SPEED OF ELECTRIC MOBILE COMPOSITION
RU209092U1 (en) * 2021-09-21 2022-02-01 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы" PROTECTION DEVICE AGAINST BOXING OF ELECTRIC ROLLING STOCK WITH ASYNCHRONOUS TRACTION MOTORS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7940016B2 (en) Regenerative braking methods for a hybrid locomotive
US9413256B2 (en) Control device of DC-DC converter
US20190031125A1 (en) Electric system architecture for range extended electric vehicles
WO2013102960A1 (en) Control device for electric vehicle, and electric vehicle
CA2592250C (en) Controller for variable speed alternating current motor
KR101071208B1 (en) energy storage system of AC method of electric supply
JP2009296792A (en) Regeneration system for coil field type synchronous motor, and method of controlling the same
US20110309778A1 (en) Power converting device with reduced switching loss
CN108736791B (en) Vehicle and control method and system thereof
US10903772B2 (en) Multigroup-multiphase rotating-electric-machine driving apparatus
JP2010041751A (en) Rotary electric machine control system and vehicle drive system
RU2475378C1 (en) Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage
US9502977B2 (en) Control apparatus for voltage converting apparatus
RU2612075C1 (en) Locomotive traction converter
US9621098B2 (en) Voltage control device and voltage control method
JP5409660B2 (en) Vehicle power supply system
JP2014176164A (en) Onboard charger
RU2606406C1 (en) Dc electric traction drive
RU2653923C1 (en) Towing converter of electric
RU2373077C1 (en) Automotive wheel electric drive
RU2653945C1 (en) Autonomous vehicle energy efficient electric traction drive
RU2451389C1 (en) Method to control induction propulsion engine
RU2612066C1 (en) Locomotive traction converter
RU157032U1 (en) COMBINED ENERGY INSTALLATION OF VEHICLE
KR100961175B1 (en) Auxiliary power supply of magnetically levitated vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131005