RU2480353C1

RU2480353C1 - Traction dc drive

Info

Publication number: RU2480353C1
Application number: RU2011148769/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Ирленович Ким
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-04-27

Abstract

FIELD: transport.SUBSTANCE: invention relates to railway transport and may be used at vehicles with dc traction motors. Proposed traction drive comprises power supply, first contactor, armature and excitation windings of first and second dc traction motors, all being connected in series, as well as armature and excitation windings of third and fourth dc traction motors, and two diodes. First diode is connected via common terminal of first contactor and first traction dc motor armature winding. Traction drive comprises also third contactor, storage battery, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth contactors. Free terminal of fourth traction dc motor excitation winding is connected to common terminal of first and second contactor. Cathode of second diode and first terminal of fourth contactor with its second terminal connected with free terminal of second traction dc motor excitation winding, first diode anode and first terminal of fifth contactor. First terminal of sixth contactor is connected with second diode anode and storage battery cathode. Note here that second diode anode is connected via seventh contactor with common terminal of second traction dc motor armature winding and first traction dc motor excitation winding.EFFECT: smooth adjustment in traction and electric braking modes.

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к устройствам для управления скоростью вращения тяговых электродвигателей, и может быть применено на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока.The invention relates to the field of railway transport, in particular to devices for controlling the rotation speed of traction electric motors, and can be applied on vehicles with traction DC motors.

Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, которое содержит две параллельные группы тяговых двигателей постоянного тока, в каждой группе якорные обмотки тяговых двигателей постоянного тока соединены через диод в последовательную цепь с обмотками возбуждения, анодными реакторами, двумя ступенями тормозного резистора, тиристорами в цепях тормозных резисторов (RU, патент на изобретение №2216457, кл. B60L 7/10, опубл. 2003 г.).A device for controlling the speed of electric rolling stock is known, which contains two parallel groups of DC traction motors, in each group the anchor windings of DC traction motors are connected through a diode to a series circuit with excitation windings, anode reactors, two stages of the brake resistor, thyristors in the chains of brake resistors (RU, patent for the invention No. 2216457, CL B60L 7/10, publ. 2003).

Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: невозможность длительного автономного движения электроподвижного состава, так как в конденсаторных накопителях накапливается только энергия электрического торможения.The disadvantage of the device for controlling the speed of electric rolling stock: the impossibility of long-term autonomous movement of the electric rolling stock, since only the energy of electric braking is accumulated in capacitor banks.

Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания, две группы тяговых двигателей постоянного тока, включенных последовательно с соответствующими регулируемыми пусковыми резисторами, имеются также четыре основных переключающих элемента в виде трех тиристоров и одного диода, группа конденсаторных накопителей энергии, зарядное устройство (RU, патент на изобретение №2238858, кл. B60L 15/00, опубл. 2004 г.).A device for controlling the speed of electric rolling stock containing a power source, two groups of DC traction motors connected in series with the corresponding adjustable starting resistors, there are also four main switching elements in the form of three thyristors and one diode, a group of capacitor energy storage devices, a charger (RU , patent for invention No. 2238858, class B60L 15/00, publ. 2004).

Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: невозможность длительного автономного движения электроподвижного состава из-за неполного использования емкости накопительных конденсаторов, так как переключение на следующую ступень происходит при достижении равенства величины противоЭДС тягового двигателя постоянного тока и напряжения на конденсаторе, при этом значительная часть емкости конденсатора остается неиспользованной, отсутствие режима электрического торможения снижает кпд устройства.The disadvantage of the device for controlling the speed of the electric rolling stock: the impossibility of long-term autonomous movement of the electric rolling stock due to the incomplete use of the capacitance of storage capacitors, since switching to the next stage occurs when the counter-EMF value of the DC traction motor and the voltage across the capacitor is reached, while a significant part of the capacitor capacitance remains unused, the absence of electric braking reduces the efficiency of the device.

Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, принятое за прототип, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый контактор, якорные обмотки и обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные якорные обмотки и обмотки возбуждения третьего и четвертого тяговых двигателей постоянного тока, первый диод через второй контактор соединен с общим выводом первого контактора и якорной обмотки первого тягового двигателя постоянного тока, второй диод, третий контактор, общую шину, в него дополнительно введены аккумуляторная батарея, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой контакторы, к общему выводу первого и второго контакторов через третий контактор подключен свободный вывод обмотки возбуждения четвертого тягового двигателя постоянного тока, катод второго диода и первый вывод четвертого контактора, второй вывод которого соединен со свободным выводом обмотки возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока, анодом первого диода и через последовательно соединенные пятый и шестой контакторы с анодом второго диода и катодом аккумуляторной батареи, ее анод соединен с общим выводом второго контактора и катода первого диода и через седьмой контактор с общим выводом якорной обмотки четвертого тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения третьего тягового двигателя постоянного тока, анод второго диода через восьмой контактор соединен с общим выводом якорной обмотки второго тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового двигателя постоянного тока, свободный вывод якорной обмотки третьего тягового двигателя постоянного тока и общий вывод пятого и шестого контакторов подключены к общей шине (RU, патент на изобретение №2376161, кл. B60L 15/00, опубл. 2009 г.).A device for controlling the speed of electric rolling stock, adopted for the prototype, containing a series-connected power source, a first contactor, anchor windings and field windings of the first and second DC traction motors, series-connected anchor windings and field windings of the third and fourth DC traction motors, first the diode through the second contactor is connected to the common terminal of the first contactor and the armature winding of the first traction DC motor, the third diode, the third contactor, the common bus, the battery, the fourth, fifth, sixth, seventh and eighth contactors are additionally inserted into it, the free terminal of the excitation winding of the fourth DC traction motor is connected to the common terminal of the first and second contactors through the third contactor, the cathode of the second the diode and the first terminal of the fourth contactor, the second terminal of which is connected to the free terminal of the field winding of the second DC traction motor, the anode of the first diode and through a series connection fifth and sixth contactors with the anode of the second diode and the cathode of the battery, its anode is connected to the common terminal of the second contactor and the cathode of the first diode and through the seventh contactor with the common terminal of the armature winding of the fourth DC traction motor and the field winding of the third DC traction motor, anode the second diode through the eighth contactor is connected to the common output of the anchor winding of the second traction DC motor and the field winding of the first traction DC motor, free the output terminal of the armature winding of the third DC traction motor and the common output of the fifth and sixth contactors are connected to a common bus (RU, patent for invention No. 2376161, cl. B60L 15/00, publ. 2009).

Недостаток устройства: ограниченный диапазон регулирования напряжения на тяговых двигателях постоянного тока в режиме тяги, отсутствие возможности плавного регулирования и ограничения тока тяговых электродвигателей в режимах тяги и электрического торможения, а также при ступенчатом увеличении напряжения на тяговых двигателях постоянного тока при отключении цепи заряда аккумулятора в режиме тяги.The disadvantage of the device is the limited range of voltage regulation on DC traction motors in traction mode, the lack of the possibility of smooth regulation and current limitation of traction electric motors in traction and electric braking modes, as well as when the voltage increases stepwise on DC traction motors when the battery charge circuit is switched off in the mode traction.

Техническим результатом изобретения является управление скоростью вращения тяговых электродвигателей транспортного средства, расширение диапазона регулирования напряжения на тяговых двигателях постоянного тока в режиме тяги, обеспечение плавного регулирования и ограничения тока тяговых электродвигателей тягового электропривода постоянного тока в режимах тяги и электрического торможения.The technical result of the invention is to control the speed of rotation of the traction electric motors of the vehicle, expanding the range of voltage regulation on the traction DC motors in the traction mode, providing smooth regulation and limiting the current of the traction electric motors of the traction DC electric drive in the traction and electric braking modes.

Технический результат достигается тем, что тяговый электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные источник питания, первый контактор, якорные обмотки и обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные якорные обмотки и обмотки возбуждения третьего и четвертого тяговых двигателей постоянного тока, первый диод через второй контактор соединен с общим выводом первого контактора и якорной обмотки первого тягового двигателя постоянного тока, второй диод, третий контактор, аккумуляторную батарею, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой контакторы, к общему выводу первого и второго контакторов через третий контактор подключен свободный вывод обмотки возбуждения четвертого тягового двигателя постоянного тока, катод второго диода и первый вывод четвертого контактора, второй вывод которого соединен со свободным выводом обмотки возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока, анодом первого диода и первым выводом пятого контактора, первый вывод шестого контактора соединен с анодом второго диода и катодом аккумуляторной батареи, причем анод второго диода через седьмой контактор соединен с общим выводом якорной обмотки второго тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового двигателя постоянного тока, анод аккумуляторной батареи соединен с общим выводом второго контактора и катода первого диода, дополнительно снабжен двумя транзисторными прерывателями, причем анод аккумуляторной батареи соединен через восьмой контактор и первый транзисторный прерыватель с общим выводом якорной обмотки четвертого тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения третьего тягового двигателя постоянного тока, а свободный вывод якорной обмотки третьего тягового двигателя постоянного тока и второй вывод пятого контактора подключены через второй транзисторный прерыватель к минусовому выводу источника питания, к которому также подключен второй вывод шестого контактора.The technical result is achieved in that the DC traction electric drive comprising serially connected power supply, a first contactor, armature windings and field windings of the first and second DC traction motors, series-connected anchor windings and field windings of the third and fourth DC traction motors, the first diode through the second contactor is connected to the common terminal of the first contactor and the armature winding of the first DC traction motor, the second diode, t contactor, battery, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth contactors, to the common terminal of the first and second contactors, a free terminal of the excitation winding of the fourth DC traction motor, the cathode of the second diode and the first terminal of the fourth contactor are connected to the common terminal of the first and second contactors, the second terminal of which connected to a free terminal of the field winding of the second DC traction motor, an anode of the first diode and the first terminal of the fifth contactor, the first terminal of the sixth contactor is connected to the anode of the second diode and the cathode of the battery, the anode of the second diode through the seventh contactor connected to the common terminal of the anchor winding of the second traction DC motor and the field winding of the first traction DC motor, the anode of the battery connected to the common terminal of the second contactor and the cathode of the first diode, two transistor choppers, the anode of the battery being connected through an eighth contactor and a first transistor chopper with a common output of the armature coil ki fourth traction DC motor and the excitation winding of the third traction DC motor, and the free output of the armature winding of the third traction DC motor and a second terminal of the fifth contactor connected via the second transistor chopper to the negative terminal of power source which is also connected to a second terminal of the sixth contactor.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема тягового электропривода постоянного тока.The drawing shows a circuit diagram of a traction electric drive DC.

В соответствии с чертежом тяговый электропривод постоянного тока содержит последовательно соединенные источник питания 1, например, тяговый генератор, контактная сеть, первый контактор 2, якорные обмотки 3, 4 и обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные якорные обмотки 7, 8 и обмотки возбуждения 9, 10 третьего и четвертого тяговых двигателей постоянного тока, первый диод 11 через второй контактор 12 соединен с общим выводом первого контактора 2 и якорной обмотки 3 первого тягового двигателя постоянного тока. К общему выводу первого 2 и второго 12 контакторов через третий контактор 13 подключен свободный вывод обмотки возбуждения 10 четвертого тягового двигателя постоянного тока, катод второго диода 14 и первый вывод четвертого контактора 15, второй вывод которого соединен со свободным выводом обмотки возбуждения 6 второго тягового двигателя постоянного тока, анодом первого диода 11 и первым выводом пятого 16 контактора, первый вывод шестого 17 контактора соединен с анодом второго диода 14 и катодом аккумуляторной батареи 18, причем анод второго диода 14 через седьмой 19 контактор соединен с общим выводом якорной обмотки 4 второго тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения 5 первого тягового двигателя постоянного тока, анод аккумуляторной батареи 18 соединен с общим выводом второго контактора 12 и катода первого диода 11, через восьмой контактор 20 и через первый транзисторный прерыватель 21 с общим выводом якорной обмотки 8 четвертого тягового двигателя постоянного тока и обмотки возбуждения 9 третьего тягового двигателя постоянного тока, свободный вывод якорной обмотки 7 третьего тягового двигателя постоянного тока и второй вывод пятого 16 контактора через второй транзисторный прерыватель 22 подключены к минусовому выводу источника питания 1, к которому подключен также второй вывод шестого контактора 17. На чертеже тяговый электропривод включает в себя четыре тяговых двигателя постоянного тока, в общем случае число тяговых двигателей постоянного тока в тяговом электроприводе должно быть кратно 2 (2, 4, 6, 8).In accordance with the drawing, the DC traction electric drive comprises serially connected power supply 1, for example, a traction generator, a contact network, a first contactor 2, armature windings 3, 4 and field windings 5, 6 of the first and second DC traction motors, series-connected anchor windings 7, 8 and field windings 9, 10 of the third and fourth DC traction motors, the first diode 11 through the second contactor 12 is connected to the common terminal of the first contactor 2 and the anchor winding 3 of the first traction d drive of a direct current. A common terminal of the first 2 and second 12 contactors is connected through the third contactor 13 to the free terminal of the excitation winding 10 of the fourth DC traction motor, the cathode of the second diode 14 and the first terminal of the fourth contactor 15, the second terminal of which is connected to the free terminal of the excitation winding 6 of the second constant current traction motor current, the anode of the first diode 11 and the first terminal of the fifth 16 contactor, the first terminal of the sixth 17 contactor is connected to the anode of the second diode 14 and the cathode of the battery 18, and the anode of the second diode 14 through the seventh 19 contactor is connected to the common output of the anchor winding 4 of the second traction DC motor and the field winding 5 of the first traction DC motor, the anode of the battery 18 is connected to the common output of the second contactor 12 and the cathode of the first diode 11, through the eighth contactor 20 and through the first transistor chopper 21 with the common output of the anchor winding 8 of the fourth traction DC motor and the field winding 9 of the third traction DC motor, free output of the anchor winding 7 tr the fifth traction DC motor and the second terminal of the fifth 16 contactor through the second transistor chopper 22 are connected to the negative terminal of the power source 1, which is also connected to the second terminal of the sixth contactor 17. In the drawing, the traction electric drive includes four traction DC motors, in general the number of DC traction motors in the traction electric drive must be a multiple of 2 (2, 4, 6, 8).

Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом.Traction DC drive operates as follows.

В режиме тяги ток протекает по следующей цепи тягового тока: источник питания 1, контактор 2, якорные обмотки 3, 4, обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, первый диод 11, аккумуляторная батарея 18, второй диод 14, обмотки возбуждения 10, 9, якорные обмотки 8, 7 четвертого и третьего тяговых двигателей постоянного тока, второй транзисторный прерыватель 22, минус источника питания 1. Аккумуляторная батарея 18 включена в цепь тягового тока, поглощает избыточное напряжение при пуске и одновременно заряжается. Когда разгон тяговых двигателей постоянного тока (с обмотками якорей 3, 4, 7, 8 и обмотками возбуждения 5, 6, 9, 10) заканчивается и они выходят на естественную характеристику, включается четвертый контактор 15, аккумуляторная батарея 18 с первым и вторым 11 и 14 диодами выводятся из цепи тягового тока, которая в этом случае образована следующими элементами: источник питания 1, контактор 2, якорные обмотки 3, 4, обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, четвертый контактор 15, обмотки возбуждения 10, 9, якорные обмотки 8, 7 четвертого и третьего тяговых двигателей постоянного тока, второй транзисторный прерыватель 22, минус источника питания 1. При этом процесс заряда аккумуляторной батареи 18 заканчивается. При пропадании напряжения в источнике питания 1 или его отключении тяговые двигатели постоянного тока переходят на питание от аккумуляторной батареи 18, для чего включаются шестой 17, второй 12 и четвертый 15 контакторы. При этом образуется следующая цепь тягового тока: анод аккумуляторной батареи 18, второй контактор 12, якорные обмотки 3, 4, обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, четвертый контактор 15, обмотки возбуждения 10, 9, якорные обмотки 8, 7 четвертого и третьего тяговых двигателей постоянного тока, второй транзисторный прерыватель 22, шестой контактор 17, катод аккумуляторной батареи 18. Плавное нарастание тока в цепи тяговых двигателей постоянного тока (с обмотками якорей 3, 4, 7, 8 и обмотками возбуждения 5, 6, 9, 10) в режиме тяги, а также расширение диапазона изменения напряжения на тяговых двигателях постоянного тока при отключении цепей заряда аккумуляторной батареи 18 обеспечивается широтно-импульсной модуляцией второго транзисторного прерывателя 22.In traction mode, current flows through the following traction current circuit: power supply 1, contactor 2, anchor windings 3, 4, field windings 5, 6 of the first and second DC traction motors, first diode 11, battery 18, second diode 14, windings excitations 10, 9, anchor windings 8, 7 of the fourth and third DC traction motors, the second transistor chopper 22, minus the power source 1. The battery 18 is included in the traction current circuit, absorbs excess voltage during start-up and is simultaneously charged. When the acceleration of DC traction motors (with armature windings 3, 4, 7, 8 and field windings 5, 6, 9, 10) ends and they reach a natural characteristic, the fourth contactor 15, the battery 18 with the first and second 11 and 14 diodes are derived from the traction current circuit, which in this case is formed by the following elements: power supply 1, contactor 2, anchor windings 3, 4, field windings 5, 6 of the first and second DC traction motors, fourth contactor 15, field windings 10, 9, anchor windings 8, 7 The Fourth and third DC traction motors, the second transistor chopper 22, a minus power supply 1. In this battery charging process 18 ends. When the voltage disappears in the power source 1 or turns it off, the DC traction motors switch to power from the battery 18, for which the sixth 17, second 12 and fourth 15 contactors are turned on. In this case, the following traction current circuit is formed: the anode of the battery 18, the second contactor 12, the anchor windings 3, 4, the field windings 5, 6 of the first and second traction DC motors, the fourth contactor 15, the field windings 10, 9, the anchor windings 8, 7 of the fourth and third DC traction motors, second transistor chopper 22, sixth contactor 17, cathode of the battery 18. Smooth increase in current in the circuit of DC traction motors (with armature windings 3, 4, 7, 8 and field windings 5, 6, 9, 10) in dir IU thrust, and expanding the range of voltage change in the DC traction motors when disconnecting the battery charge circuit 18 provides pulse width modulation of the second transistor 22 of the breaker.

В режиме торможения электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями постоянного тока, используется для подзаряда аккумуляторной батареи 18, при этом ток протекает по двум цепям. Первая цепь: якорные обмотки 4, 3 второго и первого тяговых двигателей постоянного тока, третий контактор 13, обмотки возбуждения 10, 9 четвертого и третьего тяговых двигателей постоянного тока, первый транзисторный прерыватель 21, восьмой контактор 20, аккумуляторная батарея 18, седьмой контактор 19. Вторая цепь: якорные обмотки 7, 8 третьего и четвертого тяговых двигателей постоянного тока, первый транзисторный прерыватель 21, восьмой контактор 20, аккумуляторная батарея 18, седьмой контактор 19, обмотки возбуждения 5, 6 первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, пятый контактор 16. Перекрестное соединение обмоток 3, 4, 9, 10, 5, 6, 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока обеспечивает электрическую устойчивость системы. Заряд аккумуляторной батареи 18 в режиме торможения осуществляется суммарным током, протекающим по обеим цепям. Плавное нарастание и ограничение тока в цепях тяговых двигателей постоянного тока в режиме электрического торможения обеспечивается широтно-импульсной модуляцией первого транзисторного прерывателя 21.In braking mode, the electric energy generated by DC traction motors is used to recharge the battery 18, while the current flows through two circuits. First circuit: anchor windings 4, 3 of the second and first DC traction motors, third contactor 13, field windings 10, 9 of the fourth and third DC traction motors, first transistor chopper 21, eighth contactor 20, battery 18, seventh contactor 19. Second circuit: anchor windings 7, 8 of the third and fourth DC traction motors, first transistor chopper 21, eighth contactor 20, battery 18, seventh contactor 19, field windings 5, 6 of the first and second traction motors DC teley fifth contactor 16. Cross-connection of windings 3, 4, 9, 10, 5, 6, 7, 8, dc traction motors provides electrical stability of the system. The battery 18 is charged in braking mode by the total current flowing through both circuits. A smooth increase and current limitation in the circuits of DC traction motors in the electric braking mode is provided by pulse-width modulation of the first transistor chopper 21.

Claims

DC traction electric drive containing serially connected power source, first contactor, armature windings and field windings of the first and second DC traction motors, series-connected anchor windings and field windings of the third and fourth DC traction motors, the first diode through the second contactor is connected to a common the output of the first contactor and the armature winding of the first traction DC motor, the second diode, the third contactor, the battery, four the fifth, fifth, sixth, seventh and eighth contactors, to the common terminal of the first and second contactors through the third contactor is connected the free terminal of the excitation winding of the fourth DC traction motor, the cathode of the second diode and the first terminal of the fourth contactor, the second terminal of which is connected to the free terminal of the field winding the second traction DC motor, the anode of the first diode and the first output of the fifth contactor, the first output of the sixth contactor is connected to the anode of the second diode and the cathode of the battery rhei, the anode of the second diode through the seventh contactor connected to the common terminal of the anchor winding of the second traction DC motor and the field winding of the first traction DC motor, the anode of the battery connected to the common terminal of the second contactor and the cathode of the first diode, characterized in that the traction electric drive is constant current is equipped with two transistor choppers, and the anode of the battery is connected through the eighth contactor and the first transistor chopper with a common output anchor about the windings of the fourth DC traction motor and the excitation winding of the third DC traction motor, and the free output of the anchor winding of the third DC traction motor and the second terminal of the fifth contactor are connected through the second transistor chopper to the negative terminal of the power source, to which the second terminal of the sixth contactor is also connected.