RU2554911C2 - Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system - Google Patents

Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system Download PDF

Info

Publication number
RU2554911C2
RU2554911C2 RU2013149958/11A RU2013149958A RU2554911C2 RU 2554911 C2 RU2554911 C2 RU 2554911C2 RU 2013149958/11 A RU2013149958/11 A RU 2013149958/11A RU 2013149958 A RU2013149958 A RU 2013149958A RU 2554911 C2 RU2554911 C2 RU 2554911C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
traction
asynchronous
shaft
generator
synchronous
Prior art date
Application number
RU2013149958/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013149958A (en
Inventor
Николай Михайлович Луков
Оксана Николаевна Ромашкова
Андрей Сергеевич Космодамианский
Александр Васильевич Самотканов
Юрий Викторович Попов
Николай Николаевич Стеркалов
Евгений Владимирович Николаев
Владимир Иванович Воробьев
Виктор Григорьевич Новиков
Александр Анатольевич Пугачев
Original Assignee
Андрей Сергеевич Космодамианский
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 Андрей Сергеевич Космодамианский filed Critical Андрей Сергеевич Космодамианский
Priority to RU2013149958/11A priority Critical patent/RU2554911C2/en
Publication of RU2013149958A publication Critical patent/RU2013149958A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2554911C2 publication Critical patent/RU2554911C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to electrical traction systems of transport facilities. Proposed system comprises heat engine with it shaft engaged with three-phase synchronous generator. Induction squirrel-case motor stator windings are connected to generator windings via thyristor switches. Power plant rpm transducer, induction traction motor shaft rpm transducer, synchronous generator voltage and current transducers, heat engine fuel feed elements displacement transducer, induction motor magnetic flux transducer and traction vehicle control member are connected with heat engine and microprocessor controller. Microprocessor controller is connected to the unit of thyristor switches and to sync generator exciter. In compliance with loaded program said microprocessor controller switches on and off the appropriate pairs of induction motor poles depending upon control member signals and induction motor shaft rpm.
EFFECT: higher efficiency of power transmission.
4 tbl, 15 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию тягового транспортного электроподвижного состава, т.е. таких тяговых транспортных средств, как тепловозы, дизель-поезда, автомобили, тягачи и т.д., у которых электрические передачи мощности переменного тока с вала теплового двигателя к осям движущих колес выполнены на переменном токе с непосредственным подключением асинхронных тяговых двигателей к синхронному тяговому генератору без промежуточных преобразователей.The present invention relates to electrical equipment of a traction transport electric rolling stock, i.e. traction vehicles such as diesel locomotives, diesel trains, cars, tractors, etc., in which electric power transmissions of alternating current from the shaft of the heat engine to the axles of the driving wheels are made with alternating current with direct connection of asynchronous traction motors to a synchronous traction generator without intermediate converters.

Уровень техникиState of the art

Известны электрические передачи мощности переменного тока, не содержащие промежуточных преобразователей между синхронным тяговым генератором и асинхронными тяговыми двигателями, частота вращения валов которых изменяется ступенями путем изменения числа полюсов 2р электрических машин [Патенты Великобритании 1064772, Кл. Н2А, 1964 и 1067070, Кл. Н2А, 1974]. Эти электрические передачи мощности переменного тока имеют сложную многоприводную систему, что усложняет передачу, снижает ее надежность и ухудшает тяговые свойства тягового транспортного средства. Недостатком указанных передач является то, что скоростной диапазон не может быть широким, так как число переключений полюсов не превосходит одного-двух из-за чрезмерного возрастания веса коммутационной аппаратуры и самих электрических машин. Переключение полюсов электрических машин связано с коммутацией силовой цепи статора, передающей мощность от синхронного тягового генератора к асинхронным тяговым двигателям, что приводит к исчезновению силы тяги в процессе переключения и к броскам токов и моментов в начале и конце такого переключения.Known electrical power transmissions of alternating current power that do not contain intermediate converters between a synchronous traction generator and asynchronous traction motors, the shaft speed of which changes in steps by changing the number of poles 2p of electrical machines [British Patents 1064772, Cl. H2A, 1964 and 1067070, Cl. H2A, 1974]. These AC electric power transmissions have a complex multi-drive system, which complicates the transmission, reduces its reliability and degrades the traction properties of the traction vehicle. The disadvantage of these transmissions is that the speed range cannot be wide, since the number of pole switching does not exceed one or two due to the excessive increase in the weight of the switching equipment and the electrical machines themselves. The switching of the poles of electric machines is connected with the switching of the stator power circuit, which transfers power from the synchronous traction generator to the asynchronous traction motors, which leads to the disappearance of the traction force during the switching process and to inrush currents and moments at the beginning and end of such switching.

Известна электрическая передача мощности переменного тока с полюсопереключаемыми машинами [А.Д. Степанов, А.А. Будницкий, В.С. Строков и др. Исследование электрической передачи переменного тока с полюсопереключаемыми машинами на макетном тепловозе. - Коломна, Труды ВНИ-ТИ, вып.41, 1975, с.60-67. Электрические передачи переменного тока тепловозов и газотурбовозов // Степанов А.Д., Андерс В.И., Пречисский В.А. и др. - М.: Транспорт, 1982, с.109]. Передача содержит трехфазный синхронный тяговый генератор, имеющий две отдельные статорные обмотки, двухскоростные асинхронные тяговые двигатели и систему регулирования напряжения и управления переключениями полюсов. Переключение полюсов синхронного тягового генератора и асинхронных тяговых двигателей осуществляется блоком управления переключениями. Время переключения составляет 0,5 с, потеря силы тяги - 50%. Трехфазный синхронный тяговый генератор может иметь число полюсов 2рГ1=6 или 2рГ2=4. Отношение числа полюсов синхронного тягового генератора составляет 1,5. Двухскоростные асинхронные тяговые двигатели имеют число полюсов 2рД1=8 и 2рД1=4. Отношение числа полюсов асинхронных тяговых двигателей составляет 2,0. Таким образом, скоростной диапазон, обеспечиваемый переключением полюсов, равен 3,0. Очевидно, что такой скоростной диапазон недостаточен для электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства. Кроме того, наличие полюсопереключаемого синхронного тягового генератора усложняет передачу мощности, а скоростной диапазон расширяется незначительно (в 1,5 раза). Электрическая передача мощности переменного тока работает следующим образом. Тепловой двигатель тягового транспортного средства имеет минимальную частоту вращения вала (холостого хода) 900 об/мин. При этом частота напряжения синхронного тягового генератора при pГ1=2 составляет 30 Гц. При этой частоте напряжения и числе пар полюсов, равном 4, асинхронные тяговые двигатели за счет уменьшения скольжения от 1,0 до номинального значения разгоняются до 450 об/мин. Разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки (теплового двигателя, работающего совместно с синхронным тяговым генератором) до номинального значения 1500 об/мин и увеличения частоты напряжения синхронного тягового генератора до 50 Гц. При этой частоте напряжения асинхронные тяговые двигатели разгоняются до 750 об/мин. Для осуществления дальнейшего увеличения скорости движения тягового транспортного средства частота вращения вала энергетической установки должна уменьшаться до требуемого минимального значения (1000 об/мин). После чего включаются обмотки синхронного тягового генератора с большим числом полюсов (рГ2=3), и дальнейший разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей до номинального значения и за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения. Для осуществления дальнейшего увеличения скорости движения тягового транспортного средства частота вращения вала энергетической установки уменьшается до требуемого минимального значения (1125 об/мин). После чего включаются обмотки асинхронных тяговых двигателей с меньшим числом полюсов (рД2=2), и дальнейший разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей до номинального значения и за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения. Для осуществления дальнейшего увеличения скорости движения тягового транспортного средства частота вращения вала энергетической установки уменьшается до требуемого минимального значения (1000 об/мин). После чего включаются обмотки синхронного тягового генератора с большим числом полюсов (рГ2=3), и дальнейший разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей (при pД2=2) до номинального значения и за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения.Known electric power transmission of alternating current with pole-switching machines [A.D. Stepanov, A.A. Budnitsky, V.S. Strokov et al. Research of AC electric transmission with pole-switching machines on a prototype diesel locomotive. - Kolomna, Transactions of VNI-TI, issue 41, 1975, pp. 60-67. Electric transmissions of alternating current of diesel locomotives and gas turbines // Stepanov A.D., Anders V.I., Prechysky V.A. and others - M .: Transport, 1982, p.109]. The transmission contains a three-phase synchronous traction generator having two separate stator windings, two-speed asynchronous traction motors and a voltage regulation and pole switching control system. The switching of the poles of the synchronous traction generator and asynchronous traction motors is carried out by the switching control unit. The switching time is 0.5 s, the loss of traction - 50%. A three-phase synchronous traction generator can have the number of poles 2p G1 = 6 or 2p G2 = 4. The ratio of the number of poles of the synchronous traction generator is 1.5. Two-speed asynchronous traction motors have the number of poles 2p D1 = 8 and 2p D1 = 4. The ratio of the number of poles of asynchronous traction motors is 2.0. Thus, the speed range provided by the pole switching is 3.0. Obviously, such a speed range is insufficient for the electrical transmission of AC power to the traction vehicle. In addition, the presence of a pole-switched synchronous traction generator complicates the transmission of power, and the speed range extends slightly (1.5 times). Electric transmission of AC power works as follows. The heat engine of the traction vehicle has a minimum shaft speed (idle) of 900 rpm. In this case, the voltage frequency of the synchronous traction generator at p Г1 = 2 is 30 Hz. At this voltage frequency and the number of pole pairs equal to 4, asynchronous traction motors are accelerated to 450 rpm by reducing slip from 1.0 to the nominal value. Acceleration of a traction vehicle is carried out by increasing the rotational speed of the shaft of a power plant (a heat engine operating in conjunction with a synchronous traction generator) to a nominal value of 1,500 rpm and increasing the voltage frequency of a synchronous traction generator to 50 Hz. At this voltage frequency, asynchronous traction motors accelerate to 750 rpm. To implement a further increase in the speed of the traction vehicle, the shaft speed of the power plant must be reduced to the required minimum value (1000 rpm). After that, the windings of the synchronous traction generator with a large number of poles are turned on (p Г2 = 3), and further acceleration of the traction vehicle is carried out by reducing the slip of the asynchronous traction motors to the nominal value and by increasing the rotational speed of the shaft of the power plant to the nominal value. To implement a further increase in the speed of the traction vehicle, the shaft speed of the power plant is reduced to the required minimum value (1125 rpm). After that, the windings of asynchronous traction motors with a smaller number of poles are turned on (p D2 = 2), and further acceleration of the traction vehicle is carried out by reducing the slip of the asynchronous traction motors to the nominal value and by increasing the rotational speed of the shaft of the power plant to the nominal value. To implement a further increase in the speed of the traction vehicle, the shaft speed of the power plant is reduced to the required minimum value (1000 rpm). After that, the windings of the synchronous traction generator with a large number of poles are turned on (p Г2 = 3), and further acceleration of the traction vehicle is carried out by reducing the slip of asynchronous traction motors (with p Д2 = 2) to the nominal value and by increasing the speed of the power shaft settings to the nominal value.

Однако в [А.Д. Степанов, А.А. Будницкий, B.C. Строков и др. Исследование электрической передачи переменного тока с полюсопереключаемыми машинами на макетном тепловозе. - Коломна, Труды ВНИТИ, вып.41, 1975, с.60-67.] показано, что (см. рис.4) частота вращения вала энергетической установки имеет номинальное значение как на первой, так и на второй ступени скорости. При этом на первой ступени скорости частота напряжения синхронного тягового генератора составляет 50 Гц. При этой частоте напряжения асинхронные тяговые двигатели имеют синхронную частоту вращения вала 750 об/мин. На второй ступени скорости частота напряжения синхронного тягового генератора составляет 75 Гц. При этой частоте напряжения асинхронные тяговые двигатели должны иметь синхронную частоту вращения вала 1125 об/мин. Это означает, что на второй ступени скорости асинхронные тяговые двигатели должны увеличивать частоту вращения вала за счет уменьшения скольжения от 0,33 до номинального значения. При этом тяговые электрические машины (синхронный тяговый генератор и асинхронные тяговые двигатели) довольно длительное время работают при больших токах нагрузки, что приводит к значительному перегреву и уменьшению их надежности.However, in [A.D. Stepanov, A.A. Budnitsky, B.C. Strokov et al. Research of AC electric transmission with pole-switching machines on a prototype diesel locomotive. - Kolomna, Proceedings of VNITI, issue 41, 1975, pp. 60-67.] It is shown that (see Fig. 4) the rotational speed of the shaft of a power plant has a nominal value both at the first and at the second speed stage. At the same time, at the first speed stage, the voltage frequency of the synchronous traction generator is 50 Hz. At this voltage frequency, asynchronous traction motors have a synchronous shaft speed of 750 rpm. At the second speed stage, the voltage frequency of the synchronous traction generator is 75 Hz. At this voltage frequency, asynchronous traction motors must have a synchronous shaft speed of 1125 rpm. This means that at the second speed stage, asynchronous traction motors must increase the shaft speed by reducing slip from 0.33 to the nominal value. At the same time, traction electric machines (synchronous traction generator and asynchronous traction motors) operate for a rather long time at high load currents, which leads to significant overheating and a decrease in their reliability.

Аналоги предлагаемого изобретения, наиболее близкие к нему по совокупности существенных признаков (прототипы)Analogues of the invention, closest to it in the aggregate of essential features (prototypes)

Известен регулируемый электропривод переменного тока, содержащий синхронный тяговый генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение тепловым двигателем, и полюсопереключаемые асинхронные тяговые двигатели, подключенные к синхронному тяговому генератору, у которого соседние обмотки статора взаимно смещены по окружности его расточки [АС СССР №691320, М. Кл.2 B60L 11/08, 1979, БИ 38]. Этот электропривод отличается очень большой сложностью синхронного тягового генератора. В описании этого изобретения не освещается система управления электроприводом и тепловым двигателем.Known adjustable AC electric drive containing a synchronous traction generator with several m-phase stator windings, driven by a heat engine, and pole-switched asynchronous traction motors connected to a synchronous traction generator, in which adjacent stator windings are mutually offset around the circumference of its bore [AS USSR No. 691320, M. Cl. 2 B60L 11/08, 1979, BI 38]. This electric drive is characterized by the very great complexity of a synchronous traction generator. The description of this invention does not cover the control system of the electric drive and the heat engine.

Все электрические передачи мощности переменного тока, содержащие синхронный тяговый генератор и подключенные к нему асинхронные тяговые двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие статорные полюсопереключаемые обмотки, работают следующим образом.All electrical AC power transmissions containing a synchronous traction generator and connected to it asynchronous squirrel-cage traction motors having stator pole-switched windings operate as follows.

Разгон тягового транспортного средства осуществляется при включенных обмотках синхронного тягового генератора с наименьшим числом полюсов и асинхронных тяговых двигателей с максимальным числом полюсов и при работе теплового двигателя и синхронного тягового генератора с минимальной частотой вращения вала (частотой вращения холостого хода). Разгон тягового транспортного средства вначале осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей до номинального значения и затем за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения. Для осуществления дальнейшего увеличения скорости движения тягового транспортного средства частота вращения вала энергетической установки уменьшается до требуемого минимального значения. После чего включаются обмотки асинхронных тяговых двигателей с меньшим числом полюсов, и дальнейший разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей до номинального значения и за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения. Для осуществления дальнейшего увеличения скорости движения тягового транспортного средства частота вращения вала энергетической установки снова уменьшается до требуемого минимального значения. После чего включаются обмотки асинхронных тяговых двигателей с меньшим числом полюсов, и дальнейший разгон тягового транспортного средства осуществляется за счет уменьшения скольжения асинхронных тяговых двигателей до номинального значения и за счет увеличения частоты вращения вала энергетической установки до номинального значения. Таким образом, при электрической передаче мощности переменного тока, содержащей синхронный тяговый генератор и подключенные к нему асинхронные тяговые двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие статорные полюсопереключаемые обмотки, изменение скорости движения тягового транспортного средства осуществляется путем переключения обмоток и изменением частоты вращения вала энергетической установки в полном диапазоне при каждом переключении числа полюсов полюсопереключаемых обмоток синхронного тягового генератора или асинхронных тяговых двигателей. То есть при этом энергетическая установка значительную часть времени работает при переходных процессах. Анализ результатов исследований переходных процессов тепловых двигателей показывает, что индикаторные и эффективные параметры работы теплового двигателя значительно отличаются от их значений при соответствующих установившихся режимах. При одинаковых цикловых подачах топлива на установившихся и неустановившихся режимах, связанных с ростом нагрузки, на последних достигаются меньшие мощности. Уменьшение мощности на неустановившихся режимах приводит к существенному росту удельного расхода топлива. Низкая экономичность и повышенная дымность выпускных газов при переходных процессах, связанных с повышением нагрузки, являются результатом неудовлетворительного протекания индикаторного процесса, о чем свидетельствует резкое снижение индикаторного кпд. Таким образом, значительная продолжительность переходных процессов и низкая экономичность их протекания обуславливают их отрицательное влияние на среднеэксплуатационный кпд энергетической установки тягового транспортного средства. Кроме того, переходные процессы снижают долговечность и надежность энергетической установки из-за ускоренного закоксовывания выпускного тракта и проточной части турбины теплового двигателя в результате неполного сгорания топлива и повышенных амплитуд колебаний температуры поверхности деталей цилиндро-поршневой группы [Тепловозные двигатели внутреннего сгорания / А.Э. Симсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др. - М.: Транспорт, 1987. - С.391-392].Acceleration of a traction vehicle is carried out when the windings of a synchronous traction generator with the least number of poles and asynchronous traction motors with a maximum number of poles are turned on and during operation of a heat engine and a synchronous traction generator with a minimum shaft speed (idle speed). Acceleration of a traction vehicle is first carried out by reducing the slip of asynchronous traction motors to a nominal value and then by increasing the speed of the shaft of the power plant to a nominal value. To further increase the speed of the traction vehicle, the shaft speed of the power plant is reduced to the required minimum value. After that, the windings of asynchronous traction motors with a smaller number of poles are turned on, and further acceleration of the traction vehicle is carried out by reducing the slip of asynchronous traction motors to a nominal value and by increasing the speed of the shaft of the power plant to a nominal value. To further increase the speed of the traction vehicle, the shaft speed of the power plant is again reduced to the required minimum value. After that, the windings of asynchronous traction motors with a smaller number of poles are turned on, and further acceleration of the traction vehicle is carried out by reducing the slip of asynchronous traction motors to a nominal value and by increasing the speed of the shaft of the power plant to a nominal value. Thus, when electrically transmitting AC power containing a synchronous traction generator and asynchronous squirrel-cage traction motors connected to it, having stator pole-switched windings, the traction vehicle's speed is changed by switching the windings and changing the shaft speed of the power plant in the full range at each switching of the number of poles of the pole-switching windings of the synchronous traction generator or asynchronous traction engines. That is, at the same time, the power plant works for a significant part of the time during transients. Analysis of the results of studies of transient processes of heat engines shows that the indicator and effective parameters of the heat engine are significantly different from their values under the corresponding steady-state conditions. With the same cyclic fuel supply in steady and unsteady modes associated with an increase in load, lower powers are achieved in the latter. A decrease in power in transient modes leads to a significant increase in specific fuel consumption. The low efficiency and increased smoke of the exhaust gases during transients associated with increased load are the result of an unsatisfactory course of the indicator process, as evidenced by a sharp decrease in indicator efficiency. Thus, the significant duration of the transient processes and the low efficiency of their course determine their negative impact on the average operational efficiency of the power plant of the traction vehicle. In addition, transients reduce the durability and reliability of the power plant due to accelerated coking of the exhaust tract and the flow part of the heat engine turbine as a result of incomplete combustion of the fuel and increased amplitude of surface temperature fluctuations of the parts of the cylinder-piston group [Diesel internal combustion engines / A.E. Simson, A.Z. Khomich, A.A. Kurits et al. - M.: Transport, 1987. - P.391-392].

Известна также электрическая передача мощности переменного тока [Патент РФ №2225301], которая содержит тяговый генератор переменного тока, приводимый во вращение от теплового двигателя, и асинхронные тяговые двигатели с короткозамкнутым ротором. Тяговый генератор выполнен асинхронным, статорная обмотка подключена непосредственно к асинхронным двигателям, а обмотка фазового ротора подключена к преобразователю частоты. Последний подключен к регулятору частоты асинхронного тягового генератора, соединенному с контроллером управления, и к статорной обмотке синхронного возбудителя, приводимого во вращение от теплового двигателя. Обмотка возбуждения возбудителя подключена к регулятору напряжения асинхронного тягового генератора, соединенному с контроллером управления. Данная электрическая передача мощности переменного тока позволяет получить плавное и непрерывное изменение касательной силы тяги, а также скорости тягового транспортного средства без применения промежуточных преобразователей и устройств переключения между асинхронным тяговым генератором и асинхронными тяговыми двигателями. Изобретение обеспечивает расширение диапазона скорости движения тягового транспортного средства, а также повышение тяговых свойств, надежности и экономичности. Скоростной диапазон составляет 2-3. Существенным недостатком этой электрической передачи мощности переменного тока является то, что увеличение скоростного диапазона приводит к значительному увеличению массы возбудителя [Торопцев Н.Д., Алюшин Г.Н. Асинхронные генераторы повышенной частоты. М.: Машиностроение, 1974. С.282-284].Electric transmission of AC power is also known [RF Patent No. 2225301], which comprises a traction alternator driven by a heat engine and asynchronous squirrel-cage traction motors. The traction generator is made asynchronous, the stator winding is connected directly to asynchronous motors, and the phase rotor winding is connected to the frequency converter. The latter is connected to the frequency regulator of the asynchronous traction generator connected to the control controller, and to the stator winding of the synchronous exciter, driven by a heat engine. The excitation winding of the pathogen is connected to the voltage regulator of the asynchronous traction generator connected to the control controller. This AC electric power transmission allows you to get a smooth and continuous change in the tangential traction force, as well as the speed of the traction vehicle without the use of intermediate converters and switching devices between the asynchronous traction generator and asynchronous traction motors. The invention provides an extension of the speed range of the traction vehicle, as well as an increase in traction, reliability and economy. The speed range is 2-3. A significant drawback of this AC electric power transmission is that an increase in the speed range leads to a significant increase in the mass of the pathogen [Toroptsev ND, Alyushin GN High frequency asynchronous generators. M .: Mechanical Engineering, 1974. S.282-284].

Известные электрические передачи мощности переменного тока тяговых транспортных средств имеют существенные недостатки. В электрических передачах мощности переменного тока с частотным управлением асинхронными тяговыми двигателями применяются преобразователи частоты, имеющие определенные габаритные размеры, вес и стоимость. Так, цена универсального трехфазного преобразователя частоты с фильтром радиопомех к нему превышает цену асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором приблизительно в полтора десятка раз [Ванурин В.Н. Статорные обмотки асинхронных двигателей. - Зерноград, ВНИПТИМЭСХ. - 2001. С.164].Known electrical power transmission of alternating current traction vehicles have significant drawbacks. In electric transmissions of AC power with frequency control of asynchronous traction motors, frequency converters are used having certain overall dimensions, weight and cost. So, the price of a universal three-phase frequency converter with a radio noise filter to it exceeds the price of an asynchronous traction motor with a squirrel-cage rotor about one and a half dozen times [Vanurin V.N. Stator windings of induction motors. - Zernograd, VNIPTIMESKH. - 2001. P.164].

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Общий закон управления асинхронным тяговым двигателем с короткозамкнутым ротором на локомотиве имеет вид [Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 1983. С.190-191]The general control law of an asynchronous squirrel-cage traction motor on a locomotive is [Rosenfeld V.E., Isaev I.P., Sidorov N.N. Theory of electric traction. - M .: Transport, 1983. S.190-191]

Figure 00000001
Figure 00000001

где скорость движения ν1 и касательная сила тяги F1 соответствуют частоте f11 питающего напряжения, a ν2 и F2 - частоте питающего напряжения f12.where the speed ν 1 and the tangential thrust force F 1 correspond to the frequency f 11 of the supply voltage, and ν 2 and F 2 to the frequency of the supply voltage f 12 .

Оптимальный режим работы асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором определяется соотношением трех его основных параметров: напряжения U1, частоты f1 и вращающего момента M1 [Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1986. С.377-379]The optimal operation mode of an asynchronous squirrel-cage traction motor is determined by the ratio of its three main parameters: voltage U 1 , frequency f 1 and torque M 1 [Vinokurov VA, Popov D.A. Electric railway vehicles. - M .: Transport, 1986. S.377-379]

Figure 00000002
Figure 00000002

Меняя соотношение между этими параметрами по закону (2) можно обеспечить работу асинхронного тягового двигателя с наименьшими потерями. При этом характер изменения нагрузки в зависимости от частоты вращения должен быть задан заранее.By changing the ratio between these parameters according to the law (2), it is possible to ensure the operation of an asynchronous traction motor with the least losses. In this case, the nature of the load change depending on the speed must be set in advance.

Система управления асинхронным тяговым двигателем задает частоту питающего напряжения f1 с заданным превышением над частотой, соответствующей частоте вращения ротора (f1-f2), что и обеспечивает регулирование величины f2. Таким образом, входными управляющими воздействиями для асинхронного тягового двигателя остаются лишь два: напряжение U1 и частота f1.The control system of the asynchronous traction motor sets the frequency of the supply voltage f 1 with a specified excess over the frequency corresponding to the rotor speed (f 1 -f 2 ), which ensures the regulation of the value of f 2 . Thus, only two remain the input control actions for the asynchronous traction motor: voltage U 1 and frequency f 1 .

Имеется принципиальное отличие по условию статической устойчивости для нерегулируемых и регулируемых по частоте и напряжению асинхронных тяговых двигателей. У первых предел статической устойчивости указывает на перегрузочную способность асинхронного тягового двигателя по моменту. Он позволяет определить критический или максимально достижимый момент Mmax и максимальное реализуемое скольжение smax для асинхронного тягового двигателя данного типа. Попытка увеличить нагрузку сверх предельной по статической устойчивости приводит к «опрокидыванию» асинхронного тягового двигателя, к режиму короткого замыкания. Обычно кратность максимального и номинального моментов составляет 2-3. Для частотно-регулируемых асинхронных тяговых двигателей критический момент определяется критической частотой тока ротора f, причем он может быть значительно меньше номинального при определенных условиях изменения управляющих воздействий U1 и f1, то есть статическая устойчивость, определяемая частотой f, не является однозначной характеристикой, указывающей на возможность реализации определенного максимального момента. Критические моменты будут различными для разных зон (режимов) работы асинхронного тягового двигателя.There is a fundamental difference in the condition of static stability for non-adjustable and frequency-voltage adjustable asynchronous traction motors. For the former, the limit of static stability indicates the overload capacity of the asynchronous traction motor in torque. It allows you to determine the critical or maximum attainable moment M max and the maximum realized slip s max for an asynchronous traction motor of this type. An attempt to increase the load beyond the ultimate in static stability leads to the “tipping” of the asynchronous traction motor, to the short circuit mode. Typically, the multiplicity of the maximum and nominal moments is 2-3. For variable-speed asynchronous traction motors, the critical moment is determined by the critical frequency of the rotor current f 2K , and it can be significantly less than the nominal under certain conditions of change in control actions U 1 and f 1 , that is, the static stability determined by the frequency f 2K is not a unique characteristic indicating the possibility of implementing a certain maximum moment. Critical moments will be different for different zones (modes) of operation of an asynchronous traction motor.

Частота f для частотно-регулируемых асинхронных тяговых двигателей может составлять 3-10 Гц, чему при номинальном значении магнитного потока будут соответствовать весьма значительные максимальные моменты, определяемые соотношением Mmaxном=4÷10 [Курбасов А.С., Седов В.И., Сорин Л.Н. Проектирование тяговых электродвигателей. - М.: Транспорт, 1987. С.371-373].The frequency f 2K for frequency-controlled asynchronous traction motors can be 3-10 Hz, which at the nominal value of the magnetic flux will correspond to very significant maximum moments determined by the ratio M max / M nom = 4 ÷ 10 [Kurbasov AS, Sedov V .I., Sorin L.N. Design of traction electric motors. - M .: Transport, 1987. S. 371-373].

Наиболее характерные законы управления асинхронным тяговым двигателем представлены на фиг.1 (Фиг.1. Зависимость мощности тягового транспортного средства от скорости его движения, νA - скорость движения тягового транспортного средства при выходе на постоянную мощность Р, νК - конструкционная скорость движения тягового транспортного средства: линия а1-F=const; линия б1-Р=const (F=P/ν); линия в1-U1=const).The most characteristic laws of controlling an asynchronous traction motor are presented in Fig. 1 (Fig. 1. Dependence of the power of the traction vehicle on its speed, ν A is the speed of the traction vehicle at constant power P, ν K is the design speed of the traction vehicle means: line a 1 -F = const; line b 1 -P = const (F = P / ν); line 1 -U 1 = const).

Разгон тягового транспортного средства осуществляется при постоянстве касательной силы тяги F, то есть при М=const. Вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателя определяется взаимодействием его магнитного потока Ф и тока ротора I2, приведенного к цепи статора. При неизменном магнитном потоке Ф условие М=const равносильно условию I2=const. Так как ток статора I можно представить в виде I=I0+(-I2), где I0 - ток холостого хода, то постоянство момента асинхронного тягового двигателя равносильно также условию I=const. Это значит, что в течение времени разгона ток статора должен быть неизменным, если необходимо обеспечить условие F1/F2=1. При этом условии на основании соотношения (2) получимAcceleration of the traction vehicle is carried out at a constant tangential traction force F, that is, at M = const. The torque on the shaft of the asynchronous traction motor is determined by the interaction of its magnetic flux Φ and the rotor current I 2 , reduced to the stator circuit. With a constant magnetic flux Φ, the condition M = const is equivalent to the condition I 2 = const. Since the stator current I can be represented as I = I 0 + (- I 2 ), where I 0 is the idle current, the constancy of the torque of the asynchronous traction motor is also equivalent to the condition I = const. This means that during the acceleration time, the stator current must be unchanged, if it is necessary to ensure the condition F 1 / F 2 = 1. Under this condition, based on relation (2), we obtain

Figure 00000003
Figure 00000003

Значит, для сохранения условия I=const в процессе разгона тягового транспортного средства и обеспечения оптимальных показателей работы асинхронного тягового двигателя следует повышать напряжение, приложенное к обмотке статора, пропорционально скорости движения тягового транспортного средства:Therefore, to maintain the condition I = const during acceleration of the traction vehicle and ensure optimal performance of the asynchronous traction motor, the voltage applied to the stator winding should be increased in proportion to the speed of the traction vehicle:

Figure 00000004
Figure 00000004

После выхода на номинальную характеристику асинхронного тягового двигателя, то есть при ν≥νA (фиг.1), нужно соблюдать постоянство мощности теплового двигателя, синхронного тягового генератора и асинхронного тягового двигателя, которая равна произведению касательной силы тяги и скорости движения тягового транспортного средства. Это значит, что касательная сила тяги должна изменяться обратно пропорционально скорости движения тягового транспортного средства: F=Р/ν.After reaching the nominal characteristic of the asynchronous traction motor, that is, when ν≥ν A (Fig. 1), it is necessary to observe the constancy of the power of the heat engine, the synchronous traction generator and the asynchronous traction motor, which is equal to the product of the tangent traction force and the speed of the traction vehicle. This means that the tangential traction force must vary inversely with the speed of the traction vehicle: F = P / ν.

Так как Р12=F1ν1/F2ν2=1, то, возведя обе части выражения (1) в квадрат, получим

Figure 00000005
Since P 1 / P 2 = F 1 ν 1 / F 2 ν 2 = 1, then, squaring both sides of expression (1) into a square, we obtain
Figure 00000005

Следовательно, для обеспечения условия постоянства мощности асинхронного тягового двигателя автоматическая система регулирования напряжения синхронного тягового генератора должна изменять напряжение на его статорной обмотке пропорционально корню квадратному из его частоты:Therefore, to ensure a constant power condition of the asynchronous traction motor, the automatic voltage control system of the synchronous traction generator must change the voltage on its stator winding in proportion to the square root of its frequency:

Figure 00000006
Figure 00000006

Режим постоянства скорости движения, то есть ν=const или ν12=1, равносилен условию постоянства частоты напряжения синхронного тягового генератора f11/f12=1. При этом из выражении (1) получим U 1 / U 2 = F 1 F 2

Figure 00000007
.The constancy of the speed of movement, that is, ν = const or ν 1 / ν 2 = 1, is equivalent to the condition for the constancy of the frequency of the voltage of the synchronous traction generator f 11 / f 12 = 1. Moreover, from the expression (1) we obtain U one / U 2 = F one F 2
Figure 00000007
.

Значит, для обеспечения постоянства скорости ν движения тягового транспортного средства напряжение синхронного тягового генератора U1 необходимо изменять пропорционально корню квадратному из касательной силы тяги F или момента М:So, to ensure the constancy of the speed ν of the traction vehicle, the voltage of the synchronous traction generator U 1 must be changed in proportion to the square root of the tangential traction force F or moment M:

Figure 00000008
Figure 00000008

Перспективным законом управления асинхронным тяговым двигателем с короткозамкнутым ротором является закон, обеспечивающий максимальное отношение электромагнитного момента к квадрату потребляемого тока [Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1986. С.378-379]A promising law for the control of an asynchronous squirrel-cage traction motor is a law that provides the maximum ratio of the electromagnetic moment to the square of the consumed current [Vinokurov VA, Popov DA Electric railway vehicles. - M .: Transport, 1986. S.378-379]

Figure 00000009
Figure 00000009

Этот критерий универсален, пригоден для управления как электромеханическими переходными процессами при пуске и торможении, так и установившимися режимами работы асинхронных тяговых двигателей. Действительно, при ограничении силы тока синхронного тягового генератора (I<Imax) управление по критерию (7) обеспечивает максимум момента асинхронного тягового двигателя при заданном токе (I=const) и соответственно минимальное время пуска или торможения асинхронного тягового двигателя.This criterion is universal, suitable for controlling both electromechanical transients during start-up and braking, as well as steady-state operating modes of asynchronous traction motors. Indeed, while limiting the current strength of the synchronous traction generator (I <I max ), control according to criterion (7) provides the maximum torque of the asynchronous traction motor at a given current (I = const) and, accordingly, the minimum start or brake time of the asynchronous traction motor.

При ограничении не только тока, но и напряжения синхронного тягового генератора, разгон асинхронного тягового двигателя может осуществляться в два этапа: 1) разгон при I<Imax с соблюдением критерия (7) до тех пор, пока напряжение синхронного тягового генератора не достигнет заданного предельного значения; 2) дальнейший разгон до заданной скорости при U=const и I=νar с соблюдением критерия (7), при этом I<Imax.When limiting not only the current, but also the voltage of the synchronous traction generator, the acceleration of the asynchronous traction motor can be carried out in two stages: 1) acceleration at I <I max in compliance with criterion (7) until the voltage of the synchronous traction generator reaches the specified limit Values 2) further acceleration to a given speed at U = const and I = νar in accordance with criterion (7), while I <I max .

Если напряжение синхронного тягового генератора сохраняется постоянным, то есть U1/U2=1, то на основании соотношения (1) получим ν 2 2 / ν 1 2 = F 1 / F 2

Figure 00000010
.If the voltage of the synchronous traction generator is kept constant, that is, U 1 / U 2 = 1, then on the basis of relation (1) we get ν 2 2 / ν one 2 = F one / F 2
Figure 00000010
.

Следовательно, тяговая характеристика F(ν) изменяется по закону квадратичной гиперболы. При условии постоянства напряжения синхронного тягового генератора U, изменяя касательную силу тяги F (ток I) асинхронного тягового двигателя обратно пропорционально частоте f1, получим «мягкую» характеристику асинхронного тягового двигателя при минимуме потерь.Therefore, the traction characteristic F (ν) changes according to the law of a quadratic hyperbola. Provided that the voltage of the synchronous traction generator U is constant, changing the tangential traction force F (current I) of the asynchronous traction motor is inversely proportional to the frequency f 1 , we obtain a “soft” characteristic of the asynchronous traction motor with a minimum of losses.

Например, при неизменном напряжении синхронного тягового генератора, имеющем при Пк=1 (первое положение рукоятки контроллера машиниста) частоту f1=30 Гц, асинхронный тяговый двигатель развивает касательную силу тяги F1 (линия в2 на фиг.2) (Фиг.2. Характеристика сопротивления движению тягового транспортного средства W(ν) (линия a 2) и механические характеристики асинхронного тягового двигателя при разгоне тягового транспортного средства: линия б2 - при частоте 30 Гц; линия в2 - 32,5 Гц; линия г2 - 35 Гц; линии д2÷ж2 - при переменных частоте и напряжении). С ростом частоты f1 напряжения синхронного тягового генератора увеличивается скорость движения ν. Если частота f1 напряжения синхронного тягового генератора и скорость движения ν возросли в 32,5/30 раза (при Пк=2), то сила тяги асинхронного тягового двигателя F уменьшится на основании зависимости (1) в отношении F 1 F 2

Figure 00000011
, то есть будет равна 0,85F1 (линия г2 на фиг. 2). Абсолютная частота скольжения ротора Δf остается неизменной, как это показано на фиг.2. Если далее частота f1 напряжения синхронного тягового генератора и скорость движения ν возросли в 35/30 раза (при Пк=3), сила тяги F асинхронного тягового двигателя уменьшится на основании зависимости (1) в отношении F 1 F 2
Figure 00000011
, то есть будет равна 0,73F1 (линия д2 на фиг.2).For example, at a constant voltage of the synchronous traction generator, having at Pc = 1 (the first position of the handle of the driver’s controller) a frequency f 1 = 30 Hz, the asynchronous traction motor develops the tangential traction force F 1 (line 2 in FIG. 2) (FIG. 2 The characteristic of the resistance to the movement of the traction vehicle W (ν) (line a 2 ) and the mechanical characteristics of the asynchronous traction motor during acceleration of the traction vehicle: line b 2 - at a frequency of 30 Hz; line 2 - 32.5 Hz; line g 2 - 35 Hz; lines d 2 ÷ f 2 - with variable frequency and voltage ) With increasing frequency f 1 voltage synchronous traction generator increases the speed ν. If the frequency f 1 of the voltage of the synchronous traction generator and the speed ν increased 32.5 / 30 times (with Pk = 2), then the traction force of the asynchronous traction motor F will decrease based on the dependence (1) in relation to F one F 2
Figure 00000011
, that is, it will be equal to 0.85F 1 (line g 2 in Fig. 2). The absolute sliding frequency of the rotor Δf remains unchanged, as shown in Fig.2. If further the frequency f 1 of the voltage of the synchronous traction generator and the speed ν increased by 35/30 times (with Pk = 3), the traction force F of the asynchronous traction motor will decrease based on the dependence (1) with respect to F one F 2
Figure 00000011
, that is, it will be equal to 0.73F 1 (line d 2 in figure 2).

При увеличении напряжения U синхронного тягового генератора характеристики смещаются в область более высоких скоростей (линия е2 на фиг.2), при понижении - в область более низких скоростей движения тягового транспортного средства (линия ж2 на фиг.2). Таким образом, одновременно изменяя напряжение синхронного тягового генератора U1 и его частоту f1, можно получить в зависимости от принятого закона управления требуемые тяговые характеристики F(ν) тягового транспортного средства.With increasing voltage U of the synchronous traction generator, the characteristics shift to the region of higher speeds (line e 2 in FIG. 2), while decreasing to the region of lower speeds of the traction vehicle (line g 2 in FIG. 2). Thus, simultaneously changing the voltage of the synchronous traction generator U 1 and its frequency f 1 , it is possible to obtain the required traction characteristics F (ν) of the traction vehicle, depending on the adopted control law.

Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с синхронным тяговым генератором и многоскоростными асинхронными тяговыми двигателями, имеющими полюсопереключаемые обмотки, является «прозрачной» и подобна многоскоростной механической передаче. В таких передачах мощности для обеспечения простоты переключения ступеней передачи рекомендуется определять интервалы скоростей движения νi из условия, соответствующего соотношению [Тепловозы. Под ред. Н.И. Панова. - М.: Машиностроение, 1976. - С.108]The electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a synchronous traction generator and multi-speed asynchronous traction motors having pole-switched windings is transparent and similar to multi-speed mechanical transmission. In such power transmissions, in order to ensure easy switching of the transmission steps, it is recommended to determine the intervals of the speeds ν i from the condition corresponding to the relation [Diesel locomotives. Ed. N.I. Panova. - M.: Mechanical Engineering, 1976. - P.108]

Figure 00000012
Figure 00000012

где с=0,45÷0,70.where c = 0.45 ÷ 0.70.

Если многоскоростной асинхронный тяговый двигатель имеет полюсопереключаемые обмотки с числом пар полюсов, например, р=8, 4, 2 и 1 [Попов Д.А., Попов С.Д. Трехфазная полюсопереключаемая обмотка. Патент РФ №2014711], то соотношение скоростей передачи в соответствии с выражением (8) будет иметь видIf a multi-speed asynchronous traction motor has pole-switched windings with the number of pole pairs, for example, p = 8, 4, 2, and 1 [Popov DA, Popov SD Three-phase pole switch winding. RF patent No. 20144711], then the ratio of transmission rates in accordance with expression (8) will have the form

Figure 00000013
Figure 00000013

Из этого выражения видно, что распределение числа пар полюсов (а значит, и частот вращения вала) асинхронного тягового двигателя соответствует требованию распределения ступеней скорости в «прозрачных» передачах мощности тяговых транспортных средств.It can be seen from this expression that the distribution of the number of pole pairs (and hence the shaft rotation frequencies) of an asynchronous traction motor complies with the requirement for the distribution of speed steps in transparent transmissions of power of traction vehicles.

Обмотка статора принятого для предлагаемой передачи мощности асинхронного тягового двигателя [Попов Д.А., Попов С.Д. Трехфазная полюсопереключаемая обмотка. Патент РФ №2014711] выполнена из 24 катушечных групп с выводами. Коммутационные аппараты (коммутаторы) соединяют катушечные группы так, что они образуют на расточке статора асинхронного тягового двигателя фазные зоны с целым числом катушек на зону. При подаче трехфазного напряжения на входные зажимы А, В и С обмотки последняя создает в воздушном зазоре магнитное поле, первая пространственная гармоника которого вращается в одном и том же направлении с частотой вращения, зависящей от числа пар полюсов. В зависимости от положения переключателей (коммутаторов) частота вращения поля (при частоте питающего напряжения 50 Гц) равна 375 об/мин при включении на 8 пар полюсов, 750 об/мин - при включении на 4 пары полюсов, 1500 об/мин - при включении на 2 пары полюсов и 3000 об/мин - при включении на одну пару полюсов. Трехфазная полюсопереключаемая обмотка на четыре числа пар полюсов двухслойная (трехзонная), соединенная в звезду с одной параллельной ветвью в каждой фазе при всех числах пар полюсов, состоящая из одинаковых равномерно распределенных катушек, входящих в катушечные группы по S рядом лежащих последовательно согласно расположению включенных катушек (S=1, 2, 3 …). Обмотка состоит из 24 катушечных групп, разделенных на 24 одинаковые части с номерами А1÷А8, В1÷В8, C1÷С8 так, что катушечные группы с номерами 1, 10, 4, 19, 7, 16, 22, 13 включены в части A1, А2, A3, А4, А5, А6, А7, А8 соответственно. Катушечные группы с номерами 17, 2, 20, 11, 23, 8, 14, 5 включены в части B1, В2, В3, В4, В5, В6, В7, В8 соответственно. Катушечные группы с номерами 9, 18, 12, 3, 15, 24, 6, 21 включены в части C1, С2, С3, С4, С5, С6, С7, С8 соответственно. Части обмотки соединены с 16 переключателями, из них первые два переключателя П1В и П1Н двухфазные, остальные четырнадцать переключателей П2В÷П8В, П2Н÷П8Н - трехфазные.The stator winding adopted for the proposed power transmission of the asynchronous traction motor [Popov DA, Popov SD Three-phase pole switch winding. RF Patent No. 20144711] is made of 24 coil groups with conclusions. Switching devices (switches) connect the coil groups so that they form phase zones on the stator bore of the asynchronous traction motor with an integer number of coils per zone. When a three-phase voltage is applied to the input terminals A, B and C of the winding, the latter creates a magnetic field in the air gap, the first spatial harmonic of which rotates in the same direction with a frequency of rotation depending on the number of pole pairs. Depending on the position of the switches (switches), the field rotation frequency (at a supply voltage frequency of 50 Hz) is 375 rpm when turned on for 8 pairs of poles, 750 rpm when turned on for 4 pairs of poles, 1500 rpm when turned on 2 pairs of poles and 3000 rpm - when switched on one pair of poles. A three-phase pole-switchable winding for four numbers of pole pairs is two-layer (three-zone), connected to a star with one parallel branch in each phase for all numbers of pole pairs, consisting of the same uniformly distributed coils that are part of the coil groups along S adjacent in series according to the location of the connected coils ( S = 1, 2, 3 ...). The winding consists of 24 coil groups, divided into 24 identical parts with numbers A1 ÷ A8, B1 ÷ B8, C1 ÷ C8 so that the coil groups with numbers 1, 10, 4, 19, 7, 16, 22, 13 are included in the parts A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, respectively. Coil groups with numbers 17, 2, 20, 11, 23, 8, 14, 5 are included in parts B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, respectively. Coil groups with numbers 9, 18, 12, 3, 15, 24, 6, 21 are included in parts C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, respectively. The winding parts are connected to 16 switches, of which the first two switches P1V and P1N are two-phase, the remaining fourteen switches P2V ÷ P8V, P2N ÷ P8N are three-phase.

В предлагаемой электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления функции переключателей выполняют тиристорные коммутаторы [Федоров Г.В. Тиристорный коммутатор. Патент РФ №2262188. Опубл. 2005.10.10], что является отличительной особенностью предлагаемой передачи и повышает ее надежность и уменьшает массу передачи. Это также делает возможным использовать в тиристорных коммутаторах в качестве управляющего ключа (контакта) слабомощные переключатели, в частности магнитоуправляемые герконовые управляющие контакты (герконы), имеющие повышенную надежность, долговечность и число безотказных срабатываний. Использование предлагаемого коммутатора позволяет увеличить число безотказных срабатываний с 104÷105 до 106÷107 [Коммутатор. Патент РФ №2116236. Опубл. 27.07.1998].In the proposed electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle with a microprocessor control system, the functions of the switches are performed by thyristor switches [G. Fedorov Thyristor switch. RF patent No. 2262188. Publ. 2005.10.10], which is a distinctive feature of the proposed transmission and increases its reliability and reduces the mass of the transmission. It also makes it possible to use low-power switches as a control key (contact) in thyristor switches, in particular magnetically controlled reed control contacts (reed switches), which have increased reliability, durability and a number of fault-free trips. Using the proposed switch allows you to increase the number of uptime from 10 4 ÷ 10 5 to 10 6 ÷ 10 7 [Switch. RF patent No. 2116236. Publ. July 27, 1998].

Предлагаемая электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления построена следующим образом (см. фиг.3. Принципиальная схема электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления). Вал теплового двигателя 1 соединен с валом трехфазного синхронного тягового генератора 2. Тепловой двигатель и синхронный тяговый генератор образуют энергетическую установку, к которой посредством тиристорных коммутаторов 3 подключаются статорные обмотки многоскоростного асинхронного тягового двигателя 4 с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с осью 5 движущей колесной пары 6. Частота вращения вала энергетической установки nДГ измеряется датчиком 7, а частота вращения вала асинхронного тягового двигателя 4 nАД измеряется датчиком 8. Напряжение синхронного тягового генератора 2U и его ток I измеряются соответственно датчиками 9 и 10, перемещение hP элементов (реек топливных насосов) органов топливоподачи теплового двигателя измеряется датчиком 11. Магнитный поток Ф асинхронного тягового двигателя измеряется датчиком 12. На фиг.3 позиции 13 соответствует орган управления тяговым транспортным средством. Датчики 7, 8, 9, 10, 11, 12 и орган управления 13 тяговым транспортным средством связаны с тепловым двигателем 1 и микропроцессорным контроллером 14. Микропроцессорный контроллер 14 подключен также к блоку тиристорных коммутаторов 3 и к возбудителю 15 синхронного тягового генератора 2.The proposed electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle with a microprocessor control system is constructed as follows (see Fig. 3. Schematic diagram of the electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system). The shaft of the heat engine 1 is connected to the shaft of the three-phase synchronous traction generator 2. The heat engine and the synchronous traction generator form a power plant to which the stator windings of the multi-speed asynchronous traction motor 4 with a short-circuited rotor are connected via the thyristor switches 3, the shaft of which is connected to the axis 5 of the driving wheel pair 6. The rotational speed of the shaft of the power plant n DG is measured by the sensor 7, and the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor 4 n HELL is measured yes by a 8. 8. The voltage of the synchronous traction generator 2U and its current I are measured respectively by sensors 9 and 10, the displacement h P of the elements (racks of fuel pumps) of the fuel supply elements of the heat engine is measured by the sensor 11. The magnetic flux F of the asynchronous traction motor is measured by the sensor 12. In FIG. 3 Position 13 corresponds to the control unit of the traction vehicle. The sensors 7, 8, 9, 10, 11, 12 and the control unit 13 of the traction vehicle are connected to the heat engine 1 and the microprocessor controller 14. The microprocessor controller 14 is also connected to the thyristor switch unit 3 and to the exciter 15 of the synchronous traction generator 2.

Тиристорный коммутатор (см. фиг.4. Принципиальная схема трехфазного тиристорного коммутатора) содержит девять диодов 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24, три силовых тиристора 25, 26, 27 и три силовых диода 28, 29, 30, стабилитрон 31, три резистора 32, 33 и 34 и управляющий ключ 35. В исходном состоянии управляющий ключ 35 замкнут. При размыкании управляющего ключа 35 коммутатор включается. Для отключения коммутатора управляющий ключ 20 замыкается. При этом управляющие переходы силовых тиристоров 25, 26 и 27 через диоды 22, 23 и 24 шунтируются, что приводит к их закрытию и отключению нагрузки от питающей сети. Управляющие ключи коммутаторов замыкаются и размыкаются под действием выходных сигналов микропроцессорного контроллера 14, подключенного к тиристорным коммутаторам, функции управляющих ключей в которых выполняют герконовые элементы. Микропроцессорный контроллер 14 подключен также к возбудителю синхронного тягового генератора.The thyristor switch (see figure 4. Schematic diagram of a three-phase thyristor switch) contains nine diodes 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 and 24, three power thyristors 25, 26, 27 and three power diodes 28, 29, 30, Zener diode 31, three resistors 32, 33 and 34 and a control key 35. In the initial state, the control key 35 is closed. When the control key 35 is opened, the switch is turned on. To turn off the switch, the control key 20 is closed. In this case, the control transitions of the power thyristors 25, 26 and 27 through the diodes 22, 23 and 24 are bypassed, which leads to their closure and disconnection of the load from the supply network. The control keys of the switches are closed and opened under the action of the output signals of the microprocessor controller 14 connected to the thyristor switches, the functions of the control keys in which are performed by reed switches. The microprocessor controller 14 is also connected to the pathogen of the synchronous traction generator.

При включенных датчиках 7÷12 микропроцессорный контроллер 14 в соответствии с заложенной программой обеспечивает включение и выключение соответствующего числа пар полюсов асинхронного тягового двигателя в зависимости от сигналов Пк и nАД. При этом переключения катушечных групп статорной обмотки асинхронного тягового двигателя производятся в соответствии с таблицей 1.When the sensors are switched on 7 ÷ 12, the microprocessor controller 14, in accordance with the laid-down program, provides switching on and off the corresponding number of pole pairs of the asynchronous traction motor, depending on the signals Pk and n HELL . In this case, the switching of the coil groups of the stator winding of the asynchronous traction motor is carried out in accordance with table 1.

Figure 00000014
Figure 00000014

В таблице 1 знак «+» означает включенное состояние коммутатора, а знак «-» означает выключенное состояние коммутатора.In table 1, the “+” sign means the switch is on, and the “-” sign means the switch is off.

Как видно из таблицы 1, для включения катушечных групп с р1=8 включаются переключатели П1В÷П8В. Для перевода двигателя с первой ступени частоты вращения (р2=8) на вторую ступень частоты вращения (p2=4) выключаются переключатели П5В÷П8В и включаются переключатели П1Н, П5Н÷П8Н; для перевода двигателя со второй ступени частоты вращения на третью ступень частоты вращения (р3=2) включаются переключатели П1В, П3В и включаются переключатели П2Н, П4Н÷П8Н; а для перевода двигателя с третьей ступени частоты вращения на четвертую ступень частоты вращения (р4=1) включаются переключатели П1Н÷П8Н.As can be seen from table 1, to turn on the coil groups with p 1 = 8, the switches P1V ÷ P8V are turned on. To transfer the engine from the first stage of the rotational speed (p 2 = 8) to the second stage of the rotational speed (p 2 = 4), the П5В ÷ П8В switches are turned off and the П1Н, П5Н ÷ П8Н switches are turned on; to transfer the engine from the second stage of the rotational speed to the third stage of the rotational speed (p 3 = 2), the switches P1V, P3V are turned on and the switches P2N, P4N ÷ P8N are turned on; and to transfer the engine from the third stage of the rotational speed to the fourth stage of the rotational speed (p 4 = 1), the switches П1Н ÷ П8Н are turned on.

На фиг.5 представлена принципиальная схема системы управления асинхронным тяговым двигателем путем переключения полюсов посредством коммутаторов П1В÷П8В и П1Н÷П8Н.Figure 5 presents a schematic diagram of a control system for an asynchronous traction motor by switching poles through the switches P1V ÷ P8V and P1N ÷ P8N.

Для образования требуемого числа пар полюсов асинхронного тягового двигателя катушечные группы его статорной обмотки соединяются последовательно в каждой фазе, в порядке, зависящем от числа пар полюсов. Это представлено в таблице 2.To form the required number of pole pairs of the induction traction motor, the coil groups of its stator winding are connected in series in each phase, in an order depending on the number of pole pairs. This is presented in table 2.

Figure 00000015
Figure 00000015

Как изменяется частота вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД при изменении положения рукоятки контроллера машиниста Пк и числа пар полюсов р, видно из таблицы 3. Из таблицы 3 видно, что при р1=8 максимальное значение синхронной частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД=375 об/мин достигается при Пк=XV. Дальнейшее увеличение синхронной частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и nАД до 750 об/мин может быть достигнуто путем отключения его от синхронного тягового генератора, перевода энергетической установки на Пк=VI, подключения асинхронного тягового двигателя к синхронному тяговому генератору при р2=4 и увеличения Пк до XV. Дальнейшее увеличение синхронной частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД до 1500 об/мин может быть достигнуто путем отключения его от синхронного тягового генератора, перевода энергетической установки на Пк=VI, подключения асинхронного тягового двигателя к синхронному тяговому генератору при p3=2 и увеличения Пк до XV. Дальнейшее увеличение синхронной частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД до максимального значения 3000 об/мин может быть достигнуто путем отключения его от синхронного тягового генератора, перевода энергетической установки на Пк=VI, подключения асинхронного тягового двигателя к синхронному тяговому генератору при р4=1 и увеличения Пк до XV.How the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor n HELL changes with a change in the position of the handle of the driver's controller Pk and the number of pole pairs p, can be seen from table 3. From table 3 it can be seen that when p 1 = 8 the maximum value of the synchronous speed of the shaft of the asynchronous traction motor n HELL = 375 rpm is achieved with Pk = XV. A further increase in the synchronous shaft speed of the induction traction motor and n AM to 750 rpm can be achieved by disconnecting it from the synchronous traction generator, transferring the power plant to Pc = VI, connecting the asynchronous traction motor to the synchronous traction generator at p 2 = 4 and increase PC to XV. A further increase in the synchronous shaft speed of the induction traction motor n HELL up to 1500 rpm can be achieved by disconnecting it from the synchronous traction generator, transferring the power plant to Pc = VI, connecting the asynchronous traction motor to the synchronous traction generator at p 3 = 2 and increasing PC to XV. A further increase in the synchronous shaft speed of the induction traction motor n HELL to a maximum value of 3000 rpm can be achieved by disconnecting it from the synchronous traction generator, transferring the power plant to Pc = VI, connecting the asynchronous traction motor to the synchronous traction generator at p 4 = 1 and increasing PC to XV.

Figure 00000016
Figure 00000016

Относительная мощность синхронного тягового генератора РГо изменяется примерно пропорционально частоте вращения вала энергетической установки nДГ, и в электрической передаче мощности переменного тока передача поддерживается автоматической системой регулирования частоты вращения вала и мощности энергетической установки на уровне, определяемом частотой вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД. Для энергетической установки тепловоза ТЭ25 зависимость относительной мощности от частоты вращения вала энергетической установки описывается выражениемThe relative power of the synchronous traction generator R Go varies approximately in proportion to the shaft speed of the power plant n DG , and in the electric transmission of AC power, the transmission is supported by an automatic system for controlling the shaft speed and power of the power plant at a level determined by the shaft speed of the asynchronous traction motor n HELL . For a power plant of a TE25 diesel locomotive, the dependence of relative power on the shaft speed of a power plant is described by the expression

Figure 00000017
Figure 00000017

В электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления в отличие от известных передач мощности переключение числа пар полюсов асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется при положениях рукоятки контроллера машиниста Пк: I, VI и XV. Подключение асинхронного тягового двигателя к трехфазному синхронному тяговому генератору осуществляется на Пк=I при р1=8, в результате чего за счет уменьшения скольжения s асинхронного тягового двигателя асинхронная частота вращения его вала nАД увеличивается от нуля до частоты, близкой к 112,5 об/мин. При этом происходит разгон тягового транспортного средства.In electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle with a microprocessor control system, in contrast to known power transmissions, the switching of the number of pole pairs of an asynchronous traction motor with a squirrel-cage rotor is carried out at the positions of the handle of the driver's controller Pk: I, VI and XV. The asynchronous traction motor is connected to a three-phase synchronous traction generator at Pk = I at p 1 = 8, as a result of which, by reducing the slip s of the asynchronous traction motor, its asynchronous shaft speed n HELL increases from zero to a frequency close to 112.5 rpm / min In this case, the traction vehicle is accelerated.

При любом Пк автоматическое поддержание заданной частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, то есть скорости движения тягового транспортного средства, в электрической передаче мощности переменного тока осуществляется за счет действия замкнутой автоматической системы регулирования частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя. Механические характеристики асинхронного тягового двигателя (крайние) в замкнутой автоматической системе регулирования частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя располагаются в зоне между двумя крайними характеристиками а 6 и б6 в разомкнутой системе (см. фиг.6. Характеристики: а 6, б6 - момент сопротивления нагрузки; в6, г6 - механические асинхронного тягового двигателя при номинальном Uном и минимальном Uмин напряжении соответственно; д6 - статическая замкнутой автоматической системы регулирования частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя). Характеристика а 6 подобна части характеристики сопротивления движению тягового транспортного средства при малых скоростях движения. Характеристика б6 подобна части характеристики сопротивления тягового транспортного средства при высоких скоростях движения, а характеристика д6 подобна части тяговой характеристики тягового транспортного средства в диапазоне частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя от nАД1 до nАД2. В замкнутой автоматической системе регулирования частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя он может работать на неустойчивой части его естественной механической характеристики. При этом обеспечивается плавное регулирование частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя в сравнительно широком диапазоне (в нашем случае в диапазоне 900÷1500 об/мин) [Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1986. С.374, 375].For any PC, the automatic maintenance of the specified shaft speed of the induction traction motor, that is, the speed of the traction vehicle, in the electric power transmission of alternating current is carried out due to the action of a closed automatic control system of the shaft speed of the asynchronous traction motor. The mechanical characteristics of the asynchronous traction motor (extreme) in a closed automatic system for controlling the shaft speed of the asynchronous traction motor are located in the zone between the two extreme characteristics a 6 and b 6 in an open system (see Fig. 6. Characteristics: a 6 , b 6 - moment load resistance; in 6 g of 6 - mechanical asynchronous traction motor at nominal U nom and the minimum voltage U min, respectively d 6 - static closed automatic frequency control system of the shaft rotation and Synchro traction motor). Characteristic a 6 is similar to part of the characteristic of resistance to movement of a traction vehicle at low speeds. Feature b 6 is similar to part of the drag characteristic of a traction vehicle at high speeds, and characteristic d 6 is similar to that of a traction characteristic of a traction vehicle in the speed range of the shaft of an asynchronous traction motor from n AD1 to n AD2 . In a closed automatic system for controlling the shaft speed of an induction traction motor, it can operate on an unstable part of its natural mechanical characteristics. This provides smooth control of the rotational speed of the shaft of the induction traction motor in a relatively wide range (in our case, in the range of 900 ÷ 1500 rpm) [Vinokurov V.A., Popov D.A. Electric railway vehicles. - M .: Transport, 1986. P.374, 375].

Как при переключениях обмоток асинхронного тягового двигателя изменяется частота напряжения синхронного тягового генератора f1, синхронная частота вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД, подводимая к нему мощность РАД, вращающий момент МАД, показано в таблице 4. Для разгона тягового транспортного средства рукоятка контроллера машиниста устанавливается в положение Пк=I.How when switching the windings of an asynchronous traction motor, the voltage frequency of the synchronous traction generator f 1 changes, the synchronous shaft speed of the asynchronous traction motor n HELL , the power P H supplied to it, the torque M H , is shown in table 4. To accelerate the traction vehicle, the controller handle the driver is set to the position Pk = I.

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Из таблицы 3 видно, что при р1=8, при Пк=I и при f1=15 Гц синхронная частота вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД увеличивается незначительно, всего на 0,0375 от номинального значения. При последующих изменениях Пк от I до XV и f1 до 50 Гц nАД изменяется при смене Пк на единицу каждый раз на 0,062 от номинального значения. При этом фактически реализуется частотное управление асинхронным тяговым двигателем путем ступенчатого изменения частоты питающего напряжения f1 от 15 до 50 Гц. Ступени частоты небольшие Δf1=2,5 Гц (то есть равны 5% от номинального значения). Однако в случае применения на тяговом транспортном средстве бесступенчатого контроллера машиниста (орган управления) частота питающего напряжения f1 также будет меняться бесступенчато (см. фиг.7. Зависимости частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и nАД (скорости движения тягового транспортного средства) (линия a 7 при р1=8, линия б7 при р2=4, линия в7 при р3=2, линия г7 при р4=1) и относительной мощности синхронного тягового генератора РГо (линия д7 при р1=8, линия е7 при р2=4, линия ж7 при р3=2, линия з7 при p4=1) от частоты вращения вала энергетической установки nДГ). При р1=8 и при изменении Пк от I до XV и nДГ от 300 до 1000 об/мин (линия д7 на фиг.4) синхронная частота nАД увеличивается от 112,5 до 375 об/мин (линия a 7 на фиг.4). При этом мощность асинхронного тягового двигателя РАД изменяется от 75 до 103 кВт (см. фиг.8. Зависимость мощности асинхронного тягового двигателя от частоты вращения его вала, участок А8B8), а вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателя МАД изменяется от 6367 до 2623 Нм при значении пускового вращающего момента МАДп=8000 Нм.From table 3 it can be seen that with p 1 = 8, with Pk = I and with f 1 = 15 Hz, the synchronous speed of the shaft of the induction traction motor n HELL increases slightly, only 0.0375 of the nominal value. With subsequent changes in Pc from I to XV and f 1 to 50 Hz, n BP changes when Pc changes by one each time by 0.062 of the nominal value. In this case, the frequency control of the asynchronous traction motor is actually implemented by stepwise changing the frequency of the supply voltage f 1 from 15 to 50 Hz. The frequency steps are small Δf 1 = 2.5 Hz (that is, equal to 5% of the nominal value). However, in the case of the use of a stepless controller of the driver (control element) on a traction vehicle, the frequency of the supply voltage f 1 will also change steplessly (see Fig. 7. Dependences of the shaft speed of the asynchronous traction motor and n HELL (speed of the traction vehicle) (line a 7 at p 1 = 8, line b 7 at p 2 = 4, line 7 at p 3 = 2, line g 7 at p 4 = 1) and the relative power of the synchronous traction generator P Go (line d 7 at p 1 = 8, 7 line e for p 2 = 4, the line 7 when x = 2 p 3, line 7 of 4 with p = 1) the frequency of rotation shaft power installation n DW). When p 1 = 8 and with a change in Pc from I to XV and n DG from 300 to 1000 rpm (line d 7 in figure 4), the synchronous frequency n HELL increases from 112.5 to 375 rpm (line a 7 figure 4). In this case, the power of the asynchronous traction motor P AD varies from 75 to 103 kW (see Fig. 8. The dependence of the power of the asynchronous traction motor on the speed of its shaft, section A 8 B 8 ), and the torque on the shaft of the asynchronous traction motor M AD changes from 6367 to 2623 Nm with a starting torque of M ADP = 8000 Nm.

Для дальнейшего увеличения частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД (скорости движения тягового транспортного средства) асинхронный тяговый двигатель отключается от синхронного тягового генератора, и рукоятка контроллера машиниста переводится в положение Пк=VI. В результате этого частота вращения вала энергетической установки nДГ уменьшается до 550 об/мин (а не до 300 об/мин, т.е. только на 45%, а не на 70-80%, как в известных передачах), а частота питающего напряжения f1 уменьшается до 27,5 Гц. Так как время переходного процесса в автоматической системе регулирования частоты вращения вала энергетической установки на 2 порядка меньше, чем постоянная времени поезда, характеризующая его инерционность [Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988. - С.37, 225], то переключение обмоток асинхронного тягового двигателя практически не влияет на тяговые свойства тягового транспортного средства с предлагаемой электрической передачей мощности переменного тока. Электрическая передача мощности переменного тока отличается от известных также более высоким кпд, большей надежностью и меньшей стоимостью, так как не содержит между синхронным тяговым генератором и асинхронным тяговым двигателем никаких преобразователей энергии (выпрямителей и инверторов).To further increase the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor n HELL (speed of the traction vehicle), the asynchronous traction motor is disconnected from the synchronous traction generator, and the handle of the controller of the driver is transferred to the position Пк = VI. As a result of this, the rotational speed of the shaft of the power plant n DG decreases to 550 rpm (and not to 300 rpm, i.e. only by 45%, and not by 70-80%, as in the known gears), and the frequency supply voltage f 1 decreases to 27.5 Hz. Since the transient time in the automatic control system of the rotational speed of the shaft of a power plant is 2 orders of magnitude less than the train time constant characterizing its inertia [N. Lukov Automation of diesel locomotives, gas turbines and diesel trains. - M .: Mashinostroenie, 1988. - P.37, 225], then switching the windings of an asynchronous traction motor practically does not affect the traction properties of the traction vehicle with the proposed electric transmission of AC power. Electric transmission of AC power differs from the known ones also in higher efficiency, greater reliability and lower cost, since it does not contain any energy converters (rectifiers and inverters) between the synchronous traction generator and the asynchronous traction motor.

При Пк=VI обмотка асинхронного тягового двигателя с р2=4 подключается к синхронному тяговому генератору. После чего рукоятка контроллера машиниста снова переводится в положение Пк=XV, частота питающего напряжения f1 увеличивается до 50 Гц, а частота nАД увеличивается до 750 об/мин (линия б7 на фиг.7). При этом фактически реализуется частотное управление асинхронным тяговым двигателем путем ступенчатого изменения частоты питающего напряжения f1 от 27,5 до 50 Гц. Ступени частоты небольшие Δf1=2,5 Гц (то есть равны 5%). При этом мощность асинхронного тягового двигателя РАД изменяется от 103 до 143 кВт (линия е7 на фиг.7; участок B8С8 на фиг.8), а вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателя МАД изменяется от 2623 до 1821 Нм.When Pk = VI, the winding of an asynchronous traction motor with p 2 = 4 is connected to a synchronous traction generator. After that, the handle of the controller of the driver is again transferred to the position Pk = XV, the frequency of the supply voltage f 1 increases to 50 Hz, and the frequency n HELL increases to 750 rpm (line b 7 in Fig.7). In this case, the frequency control of the asynchronous traction motor is actually implemented by stepwise changing the frequency of the supply voltage f 1 from 27.5 to 50 Hz. The frequency steps are small Δf 1 = 2.5 Hz (that is, equal to 5%). In this case, the power of the asynchronous traction motor Р АД varies from 103 to 143 kW (line e 7 in Fig. 7; section B 8 C 8 in Fig. 8), and the torque on the shaft of the asynchronous traction motor M АД changes from 2623 to 1821 Nm .

Для дальнейшего увеличения частоты nАД (скорости движения тягового транспортного средства) асинхронный тяговый двигатель отключается от синхронного тягового генератора и рукоятка контроллера машиниста переводится в положение Пк=VI. При этом частота вращения вала энергетической установки nДГ уменьшается до 550 об/мин (на 45%). При Пк=VI обмотка асинхронного тягового двигателя с р3=2 подключается к синхронному тяговому генератору. После чего рукоятка контроллера машиниста снова переводится в положение Пк=XV, частота питающего напряжения f1 увеличивается до 50 Гц, а частота nАД увеличивается до 1500 об/мин (линия б7 на фиг.7). При этом фактически реализуется частотное управление асинхронным тяговым двигателем путем ступенчатого изменения частоты питающего напряжения f1 от 27,5 до 50 Гц. Ступени частоты небольшие Δf1=2,5 Гц (то есть равны 5%). При этом мощность асинхронного тягового двигателя РАД изменяется от 143 до 223 кВт (линия ж7 на фиг.7, участок C8D8 на фиг.8), а вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателя МАД изменяется от 1821 до 1420 Нм.To further increase the frequency n HELL (speed of the traction vehicle), the asynchronous traction motor is disconnected from the synchronous traction generator and the handle of the controller of the driver is transferred to the position Пк = VI. In this case, the rotational speed of the shaft of the power plant n DG decreases to 550 rpm (by 45%). When Pk = VI, the winding of an induction traction motor with p 3 = 2 is connected to a synchronous traction generator. After that, the handle of the controller of the driver is again transferred to the position Pc = XV, the frequency of the supply voltage f 1 increases to 50 Hz, and the frequency n HELL increases to 1500 rpm (line b 7 in Fig.7). In this case, the frequency control of the asynchronous traction motor is actually implemented by stepwise changing the frequency of the supply voltage f 1 from 27.5 to 50 Hz. The frequency steps are small Δf 1 = 2.5 Hz (that is, equal to 5%). In this case, the power of the asynchronous traction motor R HELL varies from 143 to 223 kW (line w 7 in Fig. 7, section C 8 D 8 in Fig. 8), and the torque on the shaft of the asynchronous traction motor M HELL varies from 1821 to 1420 Nm .

Для дальнейшего увеличения частоты nАД (скорости движения ν тягового транспортного средства) асинхронный тяговый двигатель отключается от синхронного тягового генератора и рукоятка контроллера машиниста переводится в положение Пк=VI, в результате чего частота вращения вала энергетической установки nДГ уменьшается до 550 об/мин (на 45%). При Пк=VI обмотка асинхронного тягового двигателя с р4=1 подключается к синхронному тяговому генератору. После этого рукоятка контроллера машиниста снова переводится в положение Пк=XV, частота питающего напряжения f1 увеличивается до 50 Гц, а частота nАД увеличивается до 3000 об/мин (линия г7 на фиг.7). При этом фактически реализуется частотное управление асинхронным тяговым двигателем путем ступенчатого изменения частоты питающего напряжения f1 от 27,5 до 50 Гц. Ступени частоты небольшие Δf1=2,5 Гц (равны 5%). При этом мощность асинхронного тягового двигателя РАД изменяется от 223 до 383 кВт (линия з7 на фиг.7, участок D8E8 на фиг.8), а вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателя МАД изменяется от 1420 до 1219 Нм.To further increase the frequency n HELL (speed ν of the traction vehicle), the asynchronous traction motor is disconnected from the synchronous traction generator and the handle of the driver’s controller is put in the position Pk = VI, as a result of which the rotational speed of the shaft of the power plant n DG decreases to 550 rpm ( 45%). When Pk = VI, the winding of an asynchronous traction motor with p 4 = 1 is connected to a synchronous traction generator. After this, the handle of the controller of the driver is again transferred to the position Pk = XV, the frequency of the supply voltage f 1 increases to 50 Hz, and the frequency n HELL increases to 3000 rpm (line g 7 in Fig.7). In this case, the frequency control of the asynchronous traction motor is actually implemented by stepwise changing the frequency of the supply voltage f 1 from 27.5 to 50 Hz. Frequency steps are small Δf 1 = 2.5 Hz (equal to 5%). At the same time, the power of the asynchronous traction motor P AD varies from 223 to 383 kW (line 7 in Fig. 7, section D 8 E 8 in Fig. 8), and the torque on the shaft of the asynchronous traction motor M AD varies from 1420 to 1219 Nm .

Зависимости относительной мощности синхронного тягового генератора PГо (асинхронного тягового двигателя РАДо) (линии д7÷з7 на фиг.7) описываются выражениемThe dependences of the relative power of the synchronous traction generator P Go (asynchronous traction motor R ADO ) (lines d 7 ÷ 7 in Fig.7) are described by the expression

Figure 00000020
Figure 00000020

где коэффициент kp имеет значения 1,0·10-4 при р1=8; 2·10-4 при р2=4; 4,2·10-4 при р2=2; 8,4·10-4 при p4=1; АР=0,167.where the coefficient k p has a value of 1.0 · 10 -4 when p 1 = 8; 2 · 10 -4 at p 2 = 4; 4.2 · 10 -4 at p 2 = 2; 8.4 · 10 -4 at p 4 = 1; A P = 0.167.

Из таблицы 3 видно также, что в результате изменения частоты вращения вала энергетической установки nДГ в полном диапазоне (от 300 до 1000 об/мин) и изменения числа пар полюсов (от 8 до 1) изменяется синхронная частота вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД в широком диапазоне (от 112,5 до 3000 об/мин), то есть в 26,7 раза (см. фиг.9. Зависимости силы основного сопротивления движению Wо (линия а 9), вращающего момента на валу асинхронного тягового двигателя МАД (касательной силы тяги F1 тягового транспортного средства) (линия б9) и мощности асинхронного тягового двигателя РАД (линия в9) от частоты вращения его вала nАД (скорости движения ν тягового транспортного средства) (тяговые характеристики тягового транспортного средства)). При этом касательная сила тяги тягового транспортного средства при МАД=8000 Нм при Пк=I и МАД=1219 Нм при Пк=15 (при номинальной мощности) изменяется в 6,6 раза (8000 Нм/1219 Нм). У пассажирского тепловоза ТЭП70 скоростной диапазон равен 8 (160/20 км/ч), а сила тяги при этом изменяется в 5,5 раз [Пассажирский тепловоз ТЭП70. М.: Транспорт, 1976. Авт.: В.Г. Быков, Б.Н. Морошкин, Г.Е. Серделевич, Ю.В. Хлебников, В.М. Ширяев. Стр. 18]. Таким образом, предлагаемая электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления, имея большие диапазоны изменения скорости движения и касательной силы тяги, может быть успешно применена на тепловозе.From table 3 it is also seen that as a result of a change in the rotational speed of the shaft of the power plant n DG in the full range (from 300 to 1000 rpm) and a change in the number of pole pairs (from 8 to 1), the synchronous rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor n HELL in a wide range (from 112.5 to 3000 rpm), that is, 26.7 times (see Fig. 9. Dependences of the strength of the main resistance to movement W о (line a 9 ), the torque on the shaft of the induction traction motor M HELL (tangential traction force F 1 of the traction vehicle) (line b 9 ) and asynchronous power of the traction motor R AD (line 9 ) of the rotational speed of its shaft n AD (speed ν of the traction vehicle) (traction characteristics of the traction vehicle)). In this case, the tangential traction force of the traction vehicle at M HELL = 8000 Nm at Pk = I and M HELL = 1219 Nm at Pk = 15 (at rated power) changes 6.6 times (8000 Nm / 1219 Nm). In the passenger locomotive TEP70, the speed range is 8 (160/20 km / h), and the traction force changes 5.5 times [Passenger locomotive TEP70. M .: Transport, 1976. Aut.: V.G. Bykov, B.N. Moroshkin, G.E. Serdelevich, Yu.V. Khlebnikov, V.M. Shiryaev. Page eighteen]. Thus, the proposed electrical AC power transmission of a traction vehicle with a microprocessor control system, having large ranges of variation in speed and tangential traction force, can be successfully applied on a diesel locomotive.

Коэффициент усиления предлагаемой электрической передачи мощности переменного тока по частоте вращения вала kν=ΔnАД/ΔnДГ имеет разные значения при разных р. Так, при p1=8 kν1=ΔnАД/ΔnДГ=262,5/700=0,375; при р2=4 kν2=337,5/450=0,75; при р3=2 kν3=675/450=1,50; при р4=1 kν4=1350/450=3,0. Отношение максимального и минимального значений коэффициента усиления kν4/kν1 составляет 3,0/0,375=8.The gain of the proposed electrical transmission of AC power in terms of shaft speed k ν = Δn HELL / Δn DG has different values for different p. So, with p 1 = 8 k ν1 = Δn AD / Δn DG = 262.5 / 700 = 0.375; when p 2 = 4 k ν2 = 337.5 / 450 = 0.75; when p 3 = 2 k ν3 = 675/450 = 1.50; when p 4 = 1 k ν4 = 1350/450 = 3.0. The ratio of the maximum and minimum values of the gain k ν4 / k ν1 is 3.0 / 0.375 = 8.

Оптимальными при установившихся режимах системами управления асинхронными двигателями являются такие, которые обеспечивают минимальное значение полных потерь асинхронного тягового двигателя или максимальное значение произведения его кпд и коэффициента мощности. Максимальное значение кпд асинхронный тяговый двигатель имеет при некоторой частоте тока ротора (или абсолютного скольжения β=f2/f1ном). Оптимальное значение абсолютного скольжения βопт асинхронного тягового двигателя является функцией его нагрузки, и оно практически линейно зависит от тока и момента на валу асинхронного тягового двигателя (см. фиг.10. Зависимости абсолютного скольжения βопт асинхронного тягового двигателя от относительного тока нагрузки IАДо (линия а 10) и относительного вращающего момента на валу асинхронного двигателя МАДо (линия б10)) [Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1986. С.380]. При IАДо=2,5 βопт=18·10-3 (фиг.10) и при Пк=VII при f1=30 Гц и р2=4 абсолютное скольжение ротора двигателя составляет 0,9 Гц, частота вращения вала асинхронного тягового двигателя составляет 29,1 Гц.The optimal control systems for induction motors under steady-state conditions are those that provide the minimum value of the total losses of the asynchronous traction motor or the maximum value of the product of its efficiency and power factor. The asynchronous traction motor has a maximum value of efficiency at a certain frequency of the rotor current (or absolute slip β = f 2 / f 1nom ). The optimal absolute slip value β opt of an induction traction motor is a function of its load, and it almost linearly depends on the current and torque on the shaft of the induction traction motor (see Fig. 10. Dependences of absolute slip β opt of an asynchronous traction motor on the relative load current I ADo ( line a 10 ) and relative torque on the shaft of the induction motor M ADO (line b 10 )) [V. Vinokurov, D. A. Popov Electric railway vehicles. - M .: Transport, 1986. P.380]. When I ADo = 2.5 β opt = 18 · 10 -3 (figure 10) and when Pk = VII when f 1 = 30 Hz and p 2 = 4, the absolute slip of the motor rotor is 0.9 Hz, the shaft speed is asynchronous traction motor is 29.1 Hz.

При принятой последовательности подключения обмоток в режиме разгона увеличение скорости движения тягового транспортного средства с электрической передачей мощности переменного тока с микропроцессорной системой управлением при Пк=I осуществляется за счет уменьшения скольжения s асинхронного тягового двигателя до номинального значения.With the adopted sequence of connecting the windings in acceleration mode, an increase in the speed of the traction vehicle with electric power transmission of alternating current with a microprocessor control system at Pk = I is achieved by reducing the slip s of the asynchronous traction motor to the nominal value.

В соответствии с зависимостью (8) асинхронный тяговый двигатель должен развивать мощность, пропорциональную частоте вращения его вала или частоте питающего напряжения f1.In accordance with the dependence (8), an asynchronous traction motor must develop power proportional to the frequency of rotation of its shaft or the frequency of the supply voltage f 1 .

Взаимодействие элементов электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления видно из функциональных схем (см. фиг.11. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по первому каналу управления при U≡ν).The interaction of the elements of electric power transmission of alternating current of the traction vehicle with a microprocessor control system can be seen from the functional diagrams (see Fig. 11. Functional diagram of the control system of electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system through the first control channel at U≡ν) .

Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления работает следующим образом (фиг.3). Передача включается при Пк=0, а при переводе рукоятки контроллера машиниста 13 в положение Пк=1 в обмотку возбуждения синхронного тягового генератора 2 подается ток возбуждения IB от возбудителя 75. Напряжение генератора U, подведенное к обмоткам с р1=8 асинхронного тягового двигателя 4, включенного при Пк=1 посредством коммутаторов П1В÷П8В, начинает увеличиваться под воздействием сигналов nДГ(Пк) и тока IB по каналам (фиг.11): задающее устройство первое ЗУ1 (поз.36), сравнивающее устройство первое СУ1 (поз.37), устройство коррекции коэффициента усиления канала первое УК1 (поз.38), устройство выбора канала управления УВК (поз.39), возбудитель В (поз.15), синхронный тяговый генератор СТГ (поз.2) и датчик тока синхронного тягового генератора, выполняющий функции измерительного устройства первого ИУ1 (поз.10), далее СУ1, УК1, УВК, В, СТГ. Благодаря действию этих каналов ток синхронного тягового генератора I (выполняющего функции объекта регулирования тока (ОРТ) и объекта регулирования напряжения (ОРН)) и асинхронного тягового двигателя (первая регулируемая величина φ1) поддерживается постоянным, равным заданному значению IЗ, при этом выходной сигнал СУ1 ΔIСУ1=IЗ-IИУ1. Если ΔIСУ1<0, то ток возбуждения возбудителя IУВ уменьшается и уменьшается ток асинхронного тягового двигателя за счет уменьшения напряжения U синхронного тягового генератора. Если ΔIСУ1>0, то ток возбуждения возбудителя IУВ увеличивается и увеличивается ток асинхронного тягового двигателя за счет увеличения напряжения U синхронного тягового генератора. Функциональные элементы ИУ1, СУ1, УК1, УВК, В и СТГ (ОРТ) образуют замкнутый контур автоматической системы регулирования (стабилизации) тока синхронного тягового генератора и асинхронного тягового двигателя, устойчивость и показатели качества работы которой определяются значением коэффициента усиления этой системы в разомкнутом состоянии kPC1=kИУ1·kСУ1·kУК1·kУВК·kВ·kОРТ [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989. С.12, 13, 95-98]. Значение коэффициента передачи kPC1 изменяется в широких пределах при изменении режимов работы возбудителя и синхронного тягового генератора, так как их статические характеристики IВ(IУВ) и U(IВ) существенно нелинейны [Патент РФ №2290329. Опубл. 27.12.2006]. Для настройки этой системы регулирования путем стабилизации коэффициента усиления kPC1 применено устройство коррекции коэффициента усиления канала первое УК1. Его статическая характеристика выбирается такой, чтобы коэффициент усиления kPC1 имел постоянное значение при всех режимах работы системы [Теория автоматического управления. Ч.II. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления. Под ред. А.А. Воронова. - М.: Высш. школа, 1977. С.4, 5], [Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей. - М.: Машиностроение, 1995. С.152]. Выходной сигнал ЗУ1 IЗУ1 воздействует также через УВК на устройство управления коммутаторами УУК (поз.40 на фиг.11) и приводит к включению (на Пк=1) коммутаторов П1В÷П8В, которые подключают к синхронному тяговому генератору обмотку асинхронного тягового двигателя с числом пар полюсов 8. Постоянство вращающего момента на валу асинхронного тягового двигателя равносильно также условию I=const. В течение времени разгона тягового транспортного средства ток статора остается неизменным и обеспечивается условие F1/F2=1, то есть выполняется условие (3) U1/U212. Для сохранения условия I=const в процессе разгона тягового транспортного средства и обеспечения оптимальных показателей работы асинхронного тягового двигателя напряжение, приложенное к обмотке статора асинхронного тягового двигателя, повышается пропорционально скорости движения тягового транспортного средства: U≡ν. Таким образом, разгон тягового транспортного средства осуществляется при постоянстве касательной силы тяги, то есть при М=const.Electric power transmission of alternating current traction vehicle with a microprocessor control system operates as follows (figure 3). The transmission is switched on at Pk = 0, and when the handle of the driver controller 13 is turned to the Pc = 1 position, the excitation current I B of the synchronous traction generator 2 is supplied with the excitation current I B from the exciter 75. The voltage of the generator U, connected to the windings with p 1 = 8 of the asynchronous traction motor 4, switched on at Пк = 1 by means of switches П1В ÷ П8В, starts to increase under the influence of signals n ДГ (Пк) and current I B through the channels (Fig. 11): the master device is the first ЗУ1 (pos. 36), the comparing device is the first СУ1 ( Pos. 37), force coefficient correction device the first channel UK1 (pos. 38), a control device for selecting the UVK control channel (pos. 39), pathogen B (pos. 15), a synchronous traction generator STG (pos. 2), and a current sensor of a synchronous traction generator that serves as the measuring device of the first IU1 (pos. 10), then SU1, UK1, UVK, V, STG. Due to the action of these channels, the current of the synchronous traction generator I (acting as the object of current regulation (ORT) and the object of voltage regulation (ORN)) and the asynchronous traction motor (the first adjustable value φ 1 ) is kept constant equal to the specified value I З , while the output signal СУ1 ΔI СУ1 = I З -I ИУ1 . If ΔI SU1 <0, then the excitation current of the pathogen I HC decreases and the current of the induction traction motor decreases due to a decrease in the voltage U of the synchronous traction generator. If ΔI СУ1 > 0, then the excitation current of the pathogen I HC increases and the current of the asynchronous traction motor increases due to an increase in the voltage U of the synchronous traction generator. Functional elements ИУ1, СУ1, УК1, УВК, В and СТГ (ОРТ) form a closed loop of an automatic system for regulating (stabilizing) the current of a synchronous traction generator and an asynchronous traction motor, the stability and performance of which are determined by the value of the gain of this system in open state k PC1 = k · k IU1 SS1 UK1 · k · k · k TEC In · k ORT [Lukov NM Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989. S. 12, 13, 95-98]. The value of the transfer coefficient k PC1 varies widely when the operating modes of the pathogen and the synchronous traction generator change, since their static characteristics I B (I HC ) and U (I B ) are substantially non-linear [RF Patent No. 2290329. Publ. 12/27/2006]. To adjust this control system by stabilizing the gain k PC1 , a channel gain correction device, the first UK1, was applied. Its static characteristic is chosen so that the gain k PC1 has a constant value for all operating modes of the system [Automatic control theory. Part II. Theory of nonlinear and special automatic control systems. Ed. A.A. Voronova. - M .: Higher. School, 1977. S. 4, 5], [Lukov N.M. Automatic temperature control of engines. - M .: Mechanical Engineering, 1995. P.152]. The output signal ZU1 I ZU1 also acts through the UVK on the control device of the UUK switches (pos. 40 in Fig. 11) and turns on (on Pk = 1) switches P1V ÷ P8V, which connect the winding of the asynchronous traction motor with a number to the synchronous traction generator pairs of poles 8. The constancy of the torque on the shaft of the induction traction motor is also equivalent to the condition I = const. During the acceleration time of the traction vehicle, the stator current remains unchanged and the condition F 1 / F 2 = 1 is satisfied, that is, condition (3) U 1 / U 2 = ν 1 / ν 2 is satisfied. To maintain the condition I = const during acceleration of the traction vehicle and ensure optimal performance of the asynchronous traction motor, the voltage applied to the stator winding of the asynchronous traction motor increases in proportion to the speed of the traction vehicle: U≡ν. Thus, the acceleration of the traction vehicle is carried out at a constant tangential traction, that is, at M = const.

Скорость движения тягового транспортного средства ν увеличивается до значения, при котором начинает полностью использоваться мощность теплового двигателя, заданная на каждом положении рукоятки контроллера машиниста Пк. При этом выходной сигнал датчика перемещения элементов органов топливоподачи (измерительного устройства шестого ИУ6) IИУ6 препятствует перегрузке теплового двигателя (см. фиг.12. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по второму каналу управления при Р=const). На вход устройства умножения УУ (поз.41 на фиг.12) подаются выходные сигналы датчика перемещения элементов органов топливоподачи IИУ6, датчика частоты вращения вала энергетической установки (второй регулируемой величины φ2), выполняющего функции измерительного устройства второго ИУ2, IИУ2 и датчика частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, выполняющего функции измерительного устройства пятого ИУ5, IИУ5. Произведение сигналов IИУ6 и IИУ2 эквивалентно мощности теплового двигателя и, с учетом определенных условий, мощности синхронного тягового генератора и асинхронного тягового двигателя. Сигнал IИУ5 является третьим множителем и изменяет произведение сигналов IИУ5, IИУ6 и IИУ2 с учетом порядка подключения обмоток асинхронного тягового двигателя к синхронному тяговому генератору с условием, чтобы мощность асинхронного тягового двигателя всегда поддерживалась пропорциональной частоте вращения его вала nАД. В результате выходной сигнал устройства умножения УУ IУУ эквивалентен текущей мощности асинхронного тягового двигателя РАДт. Выходной сигнал задающего устройства второго ЗУ2 (поз.42 на фиг.12) IЗУ2 эквивалентен заданной мощности асинхронного тягового двигателя РАДз. Если РАДз-PАДт>0, то асинхронный тяговый двигатель недогружен и выходной сигнал сравнивающего устройства второго СУ2 (поз.43 на фиг.12) ΔIСУ2=-IЗУ2-IУУ>0, что приводит к увеличению напряжения U и мощности синхронного тягового генератора и асинхронного тягового двигателя [Луков Н.М., Стрекопытов В.В., Рудая К.И. Передачи мощности тепловозов / Под ред. Н.М. Лукова. - М.: транспорт, 1987, с.74-83]. На фиг.13 позиции 44 соответствует устройство коррекции коэффициента усиления канала второе.The speed of the traction vehicle ν increases to a value at which the power of the heat engine begins to be fully used, given at each position of the handle of the controller of the driver Pk. In this case, the output signal of the sensor for displacing elements of the fuel supply elements (measuring device of the sixth ИУ6) I ИУ6 prevents the heat engine from overloading (see Fig. 12. Functional diagram of the control system for electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle with a microprocessor control system via the second control channel at Р = const). The input signals of the UU multiplication device (pos. 41 in Fig. 12) are fed with the output signals of the sensor for displacing the elements of the fuel supply elements I ИУ6 , the rotational speed sensor of the shaft of the power plant (second adjustable value φ 2 ), which serves as the measuring device of the second ИУ2, I ИУ2 and the sensor the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor, which performs the functions of a measuring device of the fifth IU5, I IU5 . The product of signals I ИУ6 and I ИУ2 is equivalent to the power of a heat engine and, subject to certain conditions, the power of a synchronous traction generator and an asynchronous traction motor. Signal I ИУ5 is the third factor and changes the product of signals I ИУ5 , I ИУ6 and I ИУ2 taking into account the order of connecting the windings of the asynchronous traction motor to the synchronous traction generator with the condition that the power of the asynchronous traction motor is always maintained proportional to the rotational speed of its shaft n HELL . As a result, the output signal of the multiplication device UU I UU is equivalent to the current power of the asynchronous traction motor R ADt . The output signal of the driver of the second memory 2 (pos. 42 in FIG. 12) I memory 2 is equivalent to the specified power of the asynchronous traction motor R ADZ . If P -P ADz ADT> 0, then underloaded asynchronous traction motor and an output signal of the comparator of the second SS2 (poz.43 Figure 12) ΔI SS2 = -I -I ZU2 W> 0, which leads to an increase in voltage U and power synchronous traction generator and asynchronous traction motor [Lukov NM, Strekopytov VV, Rudaya KI Power Transmission Locomotives / Ed. N.M. Lukova. - M .: transport, 1987, p. 74-83]. In Fig. 13, position 44 corresponds to the second channel gain correction device.

После окончания разгона тягового транспортного средства (точка С9 на фиг.9) дальнейшее увеличение скорости движения тягового транспортного средства ν осуществляется путем отключения от синхронного тягового генератора обмотки асинхронного тягового двигателя с числом пар полюсов р1=8, уменьшения Пк до VI и подключения к синхронному тяговому генератору обмоток асинхронного тягового двигателя с числом пар полюсов р2=4.After the acceleration of the traction vehicle (point C 9 in Fig. 9), a further increase in the speed of the traction vehicle ν is carried out by disconnecting the winding of the asynchronous traction motor with the number of pole pairs p 1 = 8 from the synchronous traction generator, reducing Pc to VI and connecting to synchronized asynchronous traction alternator traction motor windings with a number of pole pairs p 2 = 4.

Работа асинхронного тягового двигателя при подключенных к синхронному тяговому генератору обмотках с числом пар полюсов 8, 4, 2 и 1 осуществляется при мощности синхронного тягового генератора и асинхронного тягового двигателя, пропорциональной частоте вращения вала асинхронного тягового двигателя при постоянстве мощности при каждом положении рукоятки контроллера машиниста Пк. Для обеспечения условия постоянства мощности асинхронного тягового двигателя автоматическая система регулирования напряжения тягового синхронного генератора должна изменять напряжение на его статорной обмотке пропорционально корню квадратному из его частоты f1, которая пропорциональна частоте вращения вала энергетической установки nДГ: U = f 1

Figure 00000021
. В результате данная автоматическая система регулирования напряжения тягового синхронного генератора относится к классу автоматических следящих систем, в которой регулируемая величина φ3 - напряжение U - поддерживается на уровне, определяемом значением частоты f1 [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989. С.12, 13, 95-98] (см. фиг.13. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления при реализации зависимости U f 1 )
Figure 00000022
. Зависимость U f 1
Figure 00000023
реализуется по каналам: ЗУ3 (поз.48 на фиг.13), УВК, В, СТГ (ОРН); ИУ2, устройство извлечения корня квадратного УИКК (поз.45 на фиг.13), сравнивающее устройство третье СУ3 (поз.46 на фиг.13), устройство коррекции коэффициента усиления канала третье УК3 (поз.47 на фиг.13), УВК, В, СТГ (ОРН); датчик напряжения синхронного тягового генератора, выполняющий функции измерительного устройства третьего ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН). При этом используются устройства УИКК и УК3, ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ. Устройство ЗУ3 обеспечивает действие каналов при включении и выключении соответствующих коммутаторов.The operation of an asynchronous traction motor with windings connected to a synchronous traction generator with a number of pole pairs 8, 4, 2 and 1 is carried out with the power of a synchronous traction generator and an asynchronous traction motor proportional to the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor with constant power at each position of the handle of the driver's controller PC . To ensure a constant power condition of the asynchronous traction motor, the automatic voltage control system of the traction synchronous generator must change the voltage on its stator winding in proportion to the square root of its frequency f 1 , which is proportional to the rotational speed of the power plant shaft n DG : U = f one
Figure 00000021
. As a result, this automatic system for regulating the voltage of a traction synchronous generator belongs to the class of automatic tracking systems in which the adjustable value φ 3 - voltage U - is maintained at a level determined by the value of the frequency f 1 [N. Lukov. Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989. P.12, 13, 95-98] (see Fig. 13. Functional diagram of a control system for electric power transmission of alternating current power of a traction vehicle with a microprocessor control system when implementing the dependency U f one )
Figure 00000022
. Dependence U f one
Figure 00000023
implemented through the channels: ZU3 (pos. 48 in Fig. 13), UVK, V, STG (ORN); ИУ2, a device for extracting the root of a square UIKK (pos. 45 in Fig. 13), a comparing device for the third СУ3 (pos. 46 in Fig. 13), a device for correcting the channel gain third УК3 (pos. 47 in Fig. 13), UVK, B, STG (ORN); voltage sensor of a synchronous traction generator, which performs the functions of a measuring device of the third ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН). In this case, UIKK and UK3, IU3, SU3, UK3, UVK, V, STG devices are used. The device ZU3 provides the action of the channels when turning on and off the corresponding switches.

Благодаря действию каналов ИУ2, УИКК, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН) и ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН), напряжение синхронного тягового генератора поддерживается пропорциональным значению сигнала IКК, то есть корню квадратному из частоты f 1

Figure 00000024
, при этом выходной сигнал СУ3 ΔIСУ3=IКК-IИУ3. Если ΔIСУ3<0, то напряжение синхронного тягового генератора U уменьшается за счет уменьшения тока возбуждения возбудителя IУВ. Если ΔIСУ3>0, то напряжение генератора синхронного тягового генератора U увеличивается за счет увеличения тока возбуждения возбудителя IУВ. Функциональные элементы ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В и СТГ образуют замкнутый контур автоматической следящей системы регулирования напряжения синхронного тягового генератора, устойчивость и показатели качества работы которой определяются значением ее коэффициента усиления в разомкнутом состоянии kPC2=kИУ3·kСУ3·kУК3·kУВК·kВ·kОРТ [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989. С.12, 13, 95-98].Due to the action of channels ИУ2, УИКК, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН) and ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В, СТГ (ОРН), the voltage of the synchronous traction generator is maintained proportional to the value of the signal I KK , i.e. the square root out of frequency f one
Figure 00000024
while the output signal SU3 ΔI SU3 = I KK -I IU3 . If ΔI СУ3 <0, then the voltage of the synchronous traction generator U decreases due to a decrease in the excitation current of the pathogen I HC . If ΔI СУ3 > 0, then the voltage of the generator of the synchronous traction generator U increases due to an increase in the excitation current of the pathogen I HC . Functional elements ИУ3, СУ3, УК3, УВК, В and СТГ form a closed loop of an automatic servo system for regulating the voltage of a synchronous traction generator, the stability and performance indicators of which are determined by the value of its gain in open state k PC2 = k ИУ3 · k СУ3 · k УК3 · K UVK · k B · k ORT [Lukov N.M. Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989. S. 12, 13, 95-98].

В режиме, когда электрическая передача мощности тягового транспортного средства работает при постоянной скорости движения тягового транспортного средства ν, для обеспечения постоянства скорости движения напряжение синхронного тягового генератора U необходимо изменять пропорционально корню квадратному из касательной силы тяги F или момента М: U M

Figure 00000025
. Этот закон управления в случае идеального асинхронного тягового двигателя с ненасыщенной магнитной системой обеспечивает постоянство перегрузочной способности асинхронного тягового двигателя (Mmax/М=const) и минимальные потери. Магнитный поток при этом не зависит от частоты f1 и зависит лишь от нагрузки Ф о т н = Ф / Ф н о м = М / М н о м
Figure 00000026
[Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1986. С.378]. Таким образом, выходной сигнал датчика магнитного потока ИУ4 I М П М
Figure 00000027
и управление асинхронным тяговым двигателем осуществляется по каналам: ЗУ4, УВК, В, СТГ (ОРН); ИУ4, СУ4, УК4, УВК, В, СТГ (ОРН) и ИУ4, СУ4, УК4, УВК, В, СТГ (ОРН) (см. фиг.14. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по каналу реализации зависимости U M )
Figure 00000028
. Благодаря действию этих каналов напряжение синхронного тягового генератора поддерживается пропорциональным значению сигнала IМП, то есть корню квадратному из вращающего момента М
Figure 00000029
, при этом выходной сигнал СУ4 ΔIСУ4=IМП-IИУ3. Если ΔIСУ4<0, то ток возбуждения возбудителя IУВ уменьшается за счет уменьшения напряжения синхронного тягового генератора U. Если ΔIСУ4>0, то ток возбуждения возбудителя IУВ увеличивается за счет увеличения напряжения синхронного тягового генератора U. Функциональные элементы ИУ3, СУ4, УК4, УВК, В и СТГ (ОРН) образуют замкнутый контур автоматической следящей системы регулирования напряжения синхронного тягового генератора, устойчивость и показатели качества работы которой определяются значением ее коэффициента передачи в разомкнутом состоянии kPC3=kИУ3·kСУ4·kУК4·kУВК·kВ·kОРТ [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989. С.12, 13, 95-98].In the mode when the electric power transmission of the traction vehicle is operating at a constant speed of the traction vehicle ν, to ensure the constancy of the speed of movement, the voltage of the synchronous traction generator U must be changed in proportion to the square root of the tangential traction force F or moment M: U M
Figure 00000025
. In the case of an ideal asynchronous traction motor with an unsaturated magnetic system, this control law ensures the constant overload capacity of the asynchronous traction motor (M max / M = const) and minimal losses. The magnetic flux does not depend on the frequency f 1 and depends only on the load F about t n = F / F n about m = M / M n about m
Figure 00000026
[Vinokurov V.A., Popov D.A. Electric railway vehicles. - M .: Transport, 1986. P.378]. Thus, the output signal of the magnetic flux sensor ИУ4 I M P M
Figure 00000027
and control of an asynchronous traction motor is carried out through the channels: ZU4, UVK, V, STG (ORN); ИУ4, СУ4, УК4, УВК, В, СТГ (ОРН) and ИУ4, СУ4, УК4, УВК, В, СТГ (ОРН) (see Fig. 14. Functional diagram of a control system for electric transmission of AC power of a traction vehicle with a microprocessor control system for dependency implementation channel U M )
Figure 00000028
. Due to the action of these channels, the voltage of the synchronous traction generator is maintained proportional to the value of the signal I MP , that is, the square root of the torque M
Figure 00000029
while the output signal SU4 ΔI SU4 = I MP -I IU3 . If ΔI СУ4 <0, then the excitation current of the pathogen I УУ decreases due to a decrease in the voltage of the synchronous traction generator U. If ΔI СУ4 > 0, then the excitation current of the pathogen I УУ increases due to an increase in the voltage of the synchronous traction generator U. Functional elements ИУ3, СУ4, UK4, UVK, V and STG (ORN) form a closed loop of an automatic servo voltage control system of a synchronous traction generator, the stability and performance indicators of which are determined by the value of its transmission coefficient in open source Toyan k PC3 = k · k IU3 SS4 UK4 · k · k · k TEC In · k ORT [Lukov NM Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989. S. 12, 13, 95-98].

Из функциональных схем, представленных на фиг.11÷14, образуется полная функциональная схема автоматической системы регулирования частоты вращения вала энергетической установки и электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления (см. фиг.15. Функциональная схема автоматической системы регулирования частоты вращения вала энергетической установки и электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления). Предлагаемая электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления содержит следующие функциональные элементы: тепловой двигатель и синхронный тяговый генератор, выполняющие функции объекта регулирования частоты вращения вала; возбудитель тягового синхронного генератора, коммутаторы ПВ1÷ПВ8 и ПН1÷ПН8, выполняющие функции исполнительно-регулирующего устройства; устройство управления контакторами, выполняющее функции управляющего органа, асинхронный тяговый двигатель, выполняющий функции исполнительного механизма; датчик перемещения элементов органов топливоподачи, датчик частоты вращения вала энергетической установки, датчик частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, датчик тока синхронного тягового генератора, датчик напряжения синхронного тягового генератора, датчик магнитного потока асинхронного тягового двигателя; орган управления тяговым транспортным средством и микропроцессорный контроллер. Микропроцессорный контроллер содержит следующие функциональные элементы: сравнивающие устройства СУ1÷СУ5, устройства коррекции коэффициентов усиления каналов управления УК1÷УК4, устройство умножения УУ, устройство извлечения квадратного корня УИКК, функциональный преобразователь ФП, устройство алгебраического суммирования УС и устройство выбора каналов управления УВК.From the functional diagrams presented in Figs. 11 to 14, a complete functional diagram of an automatic system for controlling the shaft speed of a power plant and electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system is formed (see Fig. 15. Functional diagram of an automatic frequency control system rotation of the shaft of a power plant and electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system laziness). The proposed electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system contains the following functional elements: a heat engine and a synchronous traction generator that perform the functions of an object for controlling the shaft speed; exciter of a traction synchronous generator, switches PV1 ÷ PV8 and PN1 ÷ PN8, performing the functions of an executive-regulating device; a contactor control device that performs the functions of a governing body, an asynchronous traction motor that acts as an actuator; a sensor for moving elements of fuel supply elements, a shaft speed sensor of a power plant, a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor, a current sensor of a synchronous traction generator, a voltage sensor of a synchronous traction generator, a magnetic flux sensor of an asynchronous traction motor; Traction vehicle control and microprocessor controller. The microprocessor controller contains the following functional elements: comparing devices СУ1 ÷ СУ5, correction devices for gain of control channels УК1 ÷ УК4, device for multiplying УУ, device for square root extraction УИКК, functional converter ФП, device for algebraic summation of equation of state and device for selecting control channels for УВК.

Выходной сигнал функционального преобразователя ФП IФП пропорционален току асинхронного тягового двигателя и соответствует заданному значению абсолютного скольжения βОПТ (фиг.10). В устройстве алгебраического суммирования УС суммируются выходные сигналы функционального преобразователя ФП IФП и измерительного устройства пятого ИУ5 IИУ5. Сигнал IИУ5 пропорционален асинхронной частоте вращения вала двигателя nАД. В результате выходной сигнал устройства алгебраического суммирования УС IУС пропорционален сумме частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и заданного абсолютного скольжения βОПТ. В сравнивающем устройстве СУ5 выходной сигнал устройства алгебраического суммирования УС IУС сравнивается с выходным сигналом устройства ИУ2 IИУ2, который соответствует текущему значению частоты питающего напряжения синхронного тягового генератора f1. Сигнал IИУ2 пропорционален синхронной частоте вращения вала асинхронного тягового двигателя nАДс. Если IУС-IИУ2=IСУ5>0, то под действием этого сигнала, подаваемого в устройства ЗУ1÷ЗУ4, входящие в орган управления, уменьшается частота вращения вала энергетической установки nДГ и частота питающего напряжения синхронного тягового генератора f1. Если IУС-IИУ2=IСУ5<0, то под действием этого сигнала, подаваемого в устройства ЗУ1÷ЗУ4, увеличивается частота вращения вала энергетической установки nДГ и частота питающего напряжения синхронного тягового генератора f1. В результате абсолютное скольжение двигателя β поддерживается равным заданному значению βОПТ (рис.9).The output signal of the functional converter FP I FP is proportional to the current of the asynchronous traction motor and corresponds to the specified value of the absolute slip β OPT (figure 10). In the device of algebraic summation, the US sums the output signals of the functional converter FP I FP and the measuring device of the fifth IU5 I IU5 . The signal I ИУ5 is proportional to the asynchronous frequency of rotation of the motor shaft n HELL . As a result, the output signal of the device for algebraic summation of the DC I I DC is proportional to the sum of the rotational speed of the shaft of the induction traction motor and the specified absolute slip β OPT . The comparator output signal SS5 algebraic summing device CSS CSS I is compared with the output of the device I and y2 and y2, which corresponds to the current value of the frequency of the supply voltage of the synchronous traction generator f 1. The signal I ИУ2 is proportional to the synchronous frequency of rotation of the shaft of the asynchronous traction motor n АДс . If I US- I ИУ2 = I СУ5 > 0, then under the influence of this signal supplied to the devices ЗУ1 ÷ ЗУ4 included in the control element, the rotation frequency of the shaft of the power plant n DG and the frequency of the supply voltage of the synchronous traction generator f 1 are reduced. If I US- I ИУ2 = I СУ5 <0, then under the influence of this signal supplied to the devices ЗУ1 ÷ ЗУ4, the shaft rotation frequency of the power plant n DG and the frequency of the supply voltage of the synchronous traction generator f 1 increase. As a result, the absolute slip of the engine β is maintained equal to the specified value β of the OPT (Fig. 9).

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретенияThe technical result that can be obtained by carrying out the invention.

Переключение полюсов асинхронного тягового двигателя в предлагаемой электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления не приводит в процессе переключения к броскам тока и вращающего момента на валу в начале и конце такого переключения. В электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления применена бесконтактная коммутационная аппаратура, которая имеет небольшой вес и высокую надежность. Для осуществления увеличения скорости движения тягового транспортного средства после переключения полюсов частота вращения вала энергетической установки уменьшается не до минимального значения (на 70-80% от ее номинального значения), а только на 45% от ее номинального значения. Таким образом, в электрической передаче мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления частота вращения вала энергетической установки изменяется не в полном диапазоне при каждом переключении числа полюсов полюсопереключаемых обмоток асинхронного тягового двигателя, а в два раза меньшем диапазоне. То есть при этом энергетическая установка в два раза меньше времени работает при переходных процессах. Таким образом, значительное уменьшение продолжительности переходных процессов повышает среднеэксплуатационный кпд энергетической установки тягового транспортного средства, повышает ее долговечность и надежность. Так как время переходного процесса в автоматической системе регулирования частоты вращения вала энергетической установки на 2 порядка меньше, чем постоянная времени поезда, характеризующая его инерционность, то переключение обмоток асинхронного тягового двигателя практически не влияет на тяговые свойства тягового транспортного средства с предлагаемой передачей. Предлагаемая электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления отличается от известных также более высоким кпд и меньшей стоимостью, так как не содержит между синхронным тяговым генератором и асинхронным тяговым двигателем никаких преобразователей энергии (выпрямителей и инверторов).Switching the poles of an asynchronous traction motor in the proposed electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system does not lead to current surges and torque on the shaft at the beginning and end of such switching during the switching process. In the electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system, non-contact switching equipment is used, which has a low weight and high reliability. To implement an increase in the speed of the traction vehicle after switching the poles, the shaft speed of the power plant is not reduced to the minimum value (by 70-80% of its nominal value), but only by 45% of its nominal value. Thus, in an electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system, the rotational speed of the shaft of a power plant does not change in the full range each time the number of poles of the pole-switched windings of the asynchronous traction motor is switched, but in a two times smaller range. That is, at the same time, the power plant works half the time during transients. Thus, a significant reduction in the duration of transients increases the average operational efficiency of the power plant of the traction vehicle, increases its durability and reliability. Since the transient time in the automatic control system of the shaft speed of a power plant is 2 orders of magnitude less than the train time constant characterizing its inertia, switching the windings of an asynchronous traction motor practically does not affect the traction properties of the traction vehicle with the proposed gear. The proposed electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system differs from the known ones by a higher efficiency and lower cost, since it does not contain any energy converters (rectifiers and inverters) between the synchronous traction generator and the asynchronous traction motor.

Технический результат достигается за счет того, что электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления, содержащая синхронный тяговый генератор, возбудитель синхронного тягового генератора, вал последнего соединен с валом теплового двигателя, автоматический регулятор частоты вращения вала теплового двигателя, тепловой двигатель с синхронным тяговым генератором образуют энергетическую установку, многоскоростной асинхронный тяговый двигатель с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с осью движущей колесной пары тягового транспортного средства, статорная полюсопереключаемая обмотка асинхронного тягового двигателя подключается к статорной обмотке синхронного тягового генератора посредством коммутаторов, датчик тока синхронного тягового генератора, датчик напряжения синхронного тягового генератора, датчик частоты вращения вала энергетической установки, датчик магнитного потока асинхронного тягового двигателя, датчик частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, датчик перемещения элементов органов топливоподачи теплового двигателя, орган управления тяговым транспортным средством, отличается тем, что орган управления тяговым транспортным средством содержит четыре задающих устройства, а в электрической передаче тягового транспортного средства дополнительно содержатся пять сравнивающих устройств, четыре устройства коррекции коэффициентов передачи каналов управления, устройство извлечения квадратного корня из частоты вращения вала энергетической установки, устройство умножения выходных сигналов датчика перемещения элементов органа топливоподачи теплового двигателя, датчика частоты вращения вала энергетической установки и датчика частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, функциональный преобразователь, устройство алгебраического суммирования, устройство выбора каналов управления, устройство управления коммутаторами, причем устройство выбора каналов управления связано с задающими устройствами первым, вторым, третьим и четвертым, с возбудителем синхронного тягового генератора, устройством управления коммутаторами, устройствами коррекции коэффициентов передачи каналов управления первым, вторым, третьим и четвертым; сравнивающее устройство первое связано с задающим устройством первым, датчиком тока синхронного тягового генератора и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления первым; сравнивающее устройство второе связано с задающим устройством вторым, устройством умножения выходных сигналов датчика перемещения элементов органа топливоподачи теплового двигателя, датчика частоты вращения вала энергетической установки и датчика частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления вторым; сравнивающее устройство третье связано с датчиком напряжения синхронного тягового генератора, устройством извлечения квадратного корня из частоты вращения вала энергетической установки и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления третьим; четвертое сравнивающее устройство связано с датчиком магнитного потока асинхронного тягового двигателя, датчиком напряжения синхронного тягового генератора и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления четвертым; сравнивающее устройство пятое связано с датчиком частоты вращения вала энергетической установки, устройством алгебраического суммирования и задающими устройствами первым, вторым, третьим и четвертым; устройство алгебраического суммирования связано с датчиком частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и функциональным преобразователем, функциональный преобразователь связан с датчиком тока синхронного тягового генератора; автоматический регулятор частоты вращения вала энергетической установки связан с задающим устройством третьим.The technical result is achieved due to the fact that the electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system, comprising a synchronous traction generator, a pathogen of a synchronous traction generator, the shaft of the latter is connected to the shaft of the heat engine, an automatic speed controller of the shaft of the heat engine, a heat engine with synchronous traction generator form a power plant, multi-speed asynchronous traction motor with squirrel-cage with a rotor, the shaft of which is connected to the axis of the driving wheel pair of the traction vehicle, the stator pole switchable winding of the asynchronous traction motor is connected to the stator winding of the synchronous traction generator through switches, the current sensor of the synchronous traction generator, the voltage sensor of the synchronous traction generator, the shaft speed sensor of the power plant, asynchronous traction motor magnetic flow sensor, asynchronous traction motor shaft speed sensor, sensor to moving elements of the fuel supply elements of the heat engine, the control unit of the traction vehicle is characterized in that the control unit of the traction vehicle contains four driving devices, and the electric transmission of the traction vehicle additionally contains five comparing devices, four devices for correcting transmission coefficient of control channels, a device extracting the square root of the rotational speed of the shaft of a power plant fishing sensor displacement elements of the fuel supply of the heat engine, the shaft speed sensor of the power plant and the shaft speed sensor of the asynchronous traction motor, a functional converter, an algebraic summation device, a device for selecting control channels, a device for controlling switches, and the device for selecting control channels is connected with the master devices first , second, third and fourth, with a pathogen of a synchronous traction generator, a control device com utatorami, device control channel transmitting the first correction coefficients, second, third and fourth; the comparator is first connected to the master device first, the current sensor of the synchronous traction generator and the device for correcting the transmission coefficient of the control channel first; a second comparison device is connected to a second setting device, a device for multiplying the output signals of a movement sensor of a fuel supply member of a heat engine, a shaft speed sensor of a power plant and a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor and a second channel correction factor correction device; a third comparison device is connected to a voltage sensor of a synchronous traction generator, a square root extraction device from a rotational speed of a power plant shaft, and a third channel transmission coefficient correction device; a fourth comparing device is connected to a magnetic flux sensor of an asynchronous traction motor, a voltage sensor of a synchronous traction generator and a correction factor of a transmission coefficient of a control channel of the fourth; a fifth comparison device is connected to a shaft speed sensor of a power plant, an algebraic summation device, and master devices of the first, second, third and fourth; an algebraic summation device is connected to a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor and a functional converter, a functional converter is connected to a current sensor of a synchronous traction generator; the automatic speed controller of the shaft of the power plant is connected with the master device third.

Перечень фигурList of figures

Фиг.1. Зависимость мощности тягового транспортного средства от скорости его движения, νA - скорость движения тягового транспортного средства при выходе на постоянную мощность, νK - конструкционная скорость тягового транспортного средства: линия а 1-F=const; линия б1-Р=const (F=P/ν); линия в1-ν=const.Figure 1. The dependence of the power of the traction vehicle on its speed, ν A is the speed of the traction vehicle when it reaches constant power, ν K is the design speed of the traction vehicle: line a 1 -F = const; line b 1 -P = const (F = P / ν); line in 1 -ν = const.

Фиг.2. Характеристика сопротивления движению тягового транспортного средства W(ν) (линия а 2) и механические характеристики асинхронного тягового двигателя при разгоне тягового транспортного средства: линия б2 - при частоте 30 Гц; линия в2 - 32,5 Гц; линия г2 - 35 Гц; линии д2÷ж2 - при переменных частоте и напряжении.Figure 2. The characteristic of the resistance to the movement of the traction vehicle W (ν) (line a 2 ) and the mechanical characteristics of the asynchronous traction motor during acceleration of the traction vehicle: line b 2 - at a frequency of 30 Hz; line at 2 - 32.5 Hz; line g 2 - 35 Hz; line d 2 ÷ w 2 - with variable frequency and voltage.

Фиг.3. Принципиальная схема электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления.Figure 3. Schematic diagram of the electric transmission of AC power of a traction vehicle with a microprocessor control system.

Фиг.4. Принципиальная схема трехфазного тиристорного коммутатора.Figure 4. Schematic diagram of a three-phase thyristor switch.

Фиг.5 Принципиальная схема системы управления двигателем путем переключения полюсов.Figure 5 Schematic diagram of the engine control system by switching poles.

Фиг.6. Характеристики: а 6, б6 - момент сопротивления нагрузки; в6, г6 - механические асинхронного тягового двигателя при номинальном Uном и минимальном Uмин напряжении соответственно; д6 - статическая замкнутой автоматической системы регулирования частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя.6. Characteristics: a 6 , b 6 - load resistance moment; 6 , g 6 - mechanical asynchronous traction motor at nominal U nom and minimum U min voltage, respectively; d 6 - static closed automatic system for controlling the shaft speed of an asynchronous traction motor.

Фиг.7. Зависимости частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя nАД (скорости движения тягового транспортного средства) (линия а 7 при р1=8, линия б7 при р2=4, линия в7 при р3=2, линия г7 при р4=1) и относительной мощности синхронного тягового генератора PГо (линия д7 при р1=8, линия e7 при р2=4, линия при р3=2, линия з7 при р4=1) от частоты вращения вала энергетической установки nДГ.7. Dependence of the rotational speed of the shaft of the asynchronous traction motor n HELL (speed of the traction vehicle) (line a 7 at p 1 = 8, line b 7 at p 2 = 4, line 7 at p 3 = 2, line g 7 at p 4 = 1) and the relative power of the synchronous traction generator P Go (line d 7 at p 1 = 8, line e 7 at p 2 = 4, line at p 3 = 2, line s 7 at p 4 = 1) of the shaft speed power plant n DG .

Фиг.8. Зависимость мощности асинхронного тягового двигателя от частоты вращения его вала.Fig. 8. The dependence of the power of an asynchronous traction motor on the frequency of rotation of its shaft.

Фиг.9. Зависимости силы основного сопротивления движению Wо (линия а 9), вращающего момента на валу асинхронного тягового двигателя МАД (силы тяги F1 тягового транспортного средства) (линия б9) и мощности асинхронного тягового двигателя РАД (линия в9) от частоты вращения его вала nАД (скорости движения ν тягового транспортного средства) (тяговые характеристики тягового транспортного средства).Fig.9. Dependences of the strength of the main resistance to movement W о (line a 9 ), the torque on the shaft of the asynchronous traction motor М АД (traction force F 1 of the traction vehicle) (line б 9 ) and the power of the asynchronous traction motor Р АД (line 9 ) from the frequency rotation of its shaft n HELL (speed ν of the traction vehicle) (traction characteristics of the traction vehicle).

Фиг.10. Зависимости абсолютного скольжения βопт асинхронного тягового двигателя от относительного тока нагрузки IАДо (линия a 10) и вращающего момента на валу асинхронного двигателя МАДо (линия б10).Figure 10. Dependences of the absolute slip β opt of an induction traction motor on the relative load current I АДо (line a 10 ) and the torque on the shaft of the induction motor М АДо (line b 10 ).

Фиг.11. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по первому каналу управления при U≡ν.11. Functional diagram of a control system for electric transmission of AC power of a traction vehicle with a microprocessor control system along the first control channel at U≡ν.

Фиг.12. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по второму каналу управления при Р=const.Fig. 12. Functional diagram of a control system for electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system via a second control channel at P = const.

Фиг.13. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления при реализации зависимости U f 1

Figure 00000030
.Fig.13. Functional diagram of a control system for electric transmission of AC power of a traction vehicle with a microprocessor control system when implementing the dependency U f one
Figure 00000030
.

Фиг.14. Функциональная схема системы управления электрической передачей мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по каналу реализации зависимости U М

Figure 00000031
.Fig.14. Functional diagram of a control system for electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system via a dependency channel U M
Figure 00000031
.

Фиг.15. Функциональная схема автоматической системы регулирования частоты вращения вала энергетической установки и электрической передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления.Fig.15. Functional diagram of an automatic system for controlling the shaft speed of a power plant and electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system.

Перечень позиций на фигурах и соответствующие им элементыThe list of positions in the figures and their corresponding elements

1 - тепловой двигатель1 - heat engine

2 - синхронный тяговый генератор2 - synchronous traction generator

3 - тиристорный коммутатор3 - thyristor switch

4 - асинхронный тяговый двигатель4 - asynchronous traction motor

5 - ось5 - axis

6 - движущая колесная пара6 - driving wheelset

7 - датчик частоты вращения вала энергетической установки, измерительное устройство второе7 - shaft speed sensor of a power plant, measuring device second

8 - датчик частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, измерительное устройство пятое8 - sensor shaft speed of the induction traction motor, measuring device fifth

9 - датчик напряжения синхронного тягового генератора, измерительное устройство третье9 - voltage sensor synchronous traction generator, measuring device third

10 - датчик тока синхронного тягового генератора, измерительное устройство первое10 - current sensor synchronous traction generator, a measuring device first

11 - датчик перемещения элементов органов топливоподачи, измерительное устройство шестое11 - sensor displacement of the elements of the fuel supply, measuring device sixth

12 - датчик магнитного потока асинхронного тягового двигателя, измерительное устройство четвертое12 - magnetic flux sensor of an asynchronous traction motor, measuring device fourth

13 - орган управления тяговым транспортным средством (бесступенчатый контроллер машиниста)13 - traction vehicle control (stepless controller of the driver)

14 - микропроцессорный контроллер14 - microprocessor controller

15 - возбудитель синхронного тягового генератора15 - pathogen synchronous traction generator

16÷24 - диоды16 ÷ 24 - diodes

25÷27 - силовые тиристоры25 ÷ 27 - power thyristors

28÷30 - силовые диоды28 ÷ 30 - power diodes

31 - стабилитрон31 - zener diode

32÷34 - резисторы32 ÷ 34 - resistors

35 - управляющий ключ35 - control key

36 - задающее устройство первое36 - setting device first

37 - сравнивающее устройство первое37 - first comparison device

38 - устройство коррекции коэффициента передачи канала первое38 - the first channel gain correction device

39 - устройство выбора канала управления39 - control channel selection device

40 - устройство управления коммутаторами40 - switch management device

41 - устройство умножения41 - multiplication device

42 - задающее устройство второе42 - second setting device

43 - сравнивающее устройство второе43 - the second comparison device

44 - устройство коррекции коэффициента усиления канала второе44 - second channel gain correction device

45 - устройство извлечения корня квадратного45 - square root extractor

46 - сравнивающее устройство третье46 - comparing device third

47 - устройство коррекции коэффициента усиления канала третье47 - third channel gain correction device

48 - задающее устройство третье48 - setting device the third

49 - задающее устройство четвертое49 - the fourth setting device

50 - сравнивающее устройство четвертое50 - a fourth comparison device

51 - устройство коррекции коэффициента усиления канала четвертое51 - fourth channel gain correction device

52 - сравнивающее устройство пятое52 - the fifth comparison device

53 - задающее устройство пятое53 - fifth setting device

54 - функциональный преобразователь54 - functional converter

55 - устройство алгебраического суммирования55 - algebraic summation device

Перечень условных сокращенийList of Conditional Abbreviations

АРЧВ - автоматический регулятор частоты вращения вала энергетической установкиARCHV - automatic shaft speed control of a power plant

АТД - асинхронный тяговый двигательATD - asynchronous traction motor

В - возбудитель синхронного тягового генератораB - exciter of a synchronous traction generator

ЗУ1 - задающее устройство первоеZU1 - master device first

ЗУ2 - задающее устройство второеZU2 - the second setting device

ЗУ3 - задающее устройство третьеZU3 - the third setting device

ЗУ4 - задающее устройство четвертоеZU4 - master device fourth

ЗУ5 - задающее устройство пятоеZU5 - the fifth setting device

ИУ1 - измерительное устройство первоеИУ1 - measuring device first

ИУ2 - измерительное устройство второеИУ2 - measuring device second

ИУ3 - измерительное устройство третьеIU3 - measuring device third

ИУ4 - измерительное устройство четвертоеИУ4 - fourth measuring device

ИУ5 - измерительное устройство пятоеIU5 - measuring device fifth

ИУ6 - измерительное устройство шестоеIU6 - measuring device sixth

ОРН - объект регулирования напряженияORN - voltage regulation object

ОРТ - объект регулирования токаORT - current regulation object

ОУ - орган управленияShelter - governing body

Пк - положение рукоятки контроллера машиниста тягового транспортного средстваPC - position of the handle of the controller of the driver of the traction vehicle

ТД - тепловой двигательTD - heat engine

СТГ - синхронный тяговый генераторSTG - synchronous traction generator

СУ1 - сравнивающее устройство первоеSU1 - the first comparing device

СУ2 - сравнивающее устройство второеSU2 - a second comparison device

СУ3 - сравнивающее устройство третьеSU3 - the third comparison device

СУ4 - сравнивающее устройство четвертоеСУ4 - the fourth comparison device

СУ5 - сравнивающее устройство пятоеSU5 - the fifth comparison device

УК1 - устройство коррекции коэффициента усиления канала первоеUK1 - first channel gain correction device

УК2 - устройство коррекции коэффициента усиления канала второеUK2 - second channel gain correction device

УК3 - устройство коррекции коэффициента усиления канала третьеUK3 - third channel gain correction device

УВК - устройство выбора канала управленияUVK - control channel selection device

УИКК - устройство извлечения корня квадратногоUIKK - square root extractor

УС - устройство алгебраического суммированияUS - device algebraic summation

УУК - устройство управления коммутаторамиUUK - switch management device

УУ - устройство умноженияUU - multiplication device

ФП - функциональный преобразовательFP - functional converter

Перечень обозначений основных физических величинList of designations of basic physical quantities

β - абсолютное скольжение асинхронного тягового двигателяβ - absolute slip of the induction traction motor

βопт - оптимальное значение абсолютного скольжения асинхронного тягового двигателяβ opt - the optimal value of the absolute slip of the induction traction motor

φ1 - первая регулируемая величинаφ 1 - the first adjustable value

φ2 - вторая регулируемая величинаφ 2 - the second adjustable value

φ3 - третья регулируемая величинаφ 3 - the third adjustable value

Ф - магнитный поток асинхронного тягового двигателяФ - magnetic flux of an induction traction motor

F1 - касательная сила тяги тягового транспортного средстваF 1 - tangential traction force of the traction vehicle

f1 - частота напряжения питания статорных обмоток асинхронного тягового двигателяf 1 - the frequency of the supply voltage of the stator windings of the asynchronous traction motor

f1ном - номинальная частота напряжения питания статорных обмоток асинхронного тягового двигателяf 1nom - the rated frequency of the supply voltage of the stator windings of the induction traction motor

f2 - частота тока обмотки ротора асинхронного тягового двигателя f 2 - current frequency of the rotor winding of an induction traction motor

f2опт - оптимальное значение частоты тока обмотки ротора асинхронного тягового двигателяf 2opt - the optimal value of the frequency of the current of the rotor winding of the induction traction motor

fк - критическая частота тока ротора асинхронного тягового двигателяf to - the critical frequency of the rotor current of the induction traction motor

hp - перемещение элементов органов топливоподачи теплового двигателяh p - the movement of the elements of the fuel supply of the heat engine

I - ток синхронного тягового генератораI - current synchronous traction generator

Imax - максимальный ток синхронного тягового генератораI max - maximum current synchronous traction generator

Imin - минимальный ток синхронного тягового генератораI min - minimum current synchronous traction generator

IАДо - относительный ток нагрузки асинхронного тягового двигателяI ADO - relative load current of an induction traction motor

IВГ - ток возбуждения синхронного тягового генератораI VG - excitation current of a synchronous traction generator

IЗ - заданное значение тока синхронного тягового генератораI З - set value of the current synchronous traction generator

I2 - ток ротора асинхронного тягового двигателя, приведенный к цепи статораI 2 - the rotor current of the induction traction motor, reduced to the stator circuit

IИУ1 - выходной сигнал измерительного устройства первогоI ИУ1 - the output signal of the measuring device of the first

IИУ2 - выходной сигнал измерительного устройства второгоI ИУ2 - the output signal of the measuring device of the second

IИУ3 - выходной сигнал измерительного устройства третьегоI ИУ3 - the output signal of the measuring device of the third

IИУ4 - выходной сигнал измерительного устройства четвертогоI ИУ4 - the output signal of the measuring device of the fourth

IИУ5 - выходной сигнал измерительного устройства пятогоI ИУ5 - the output signal of the measuring device of the fifth

IИУ6 - выходной сигнал измерительного устройства шестогоI ИУ6 - the output signal of the measuring device of the sixth

IУВ - ток возбуждения возбудителяI HC - exciter current

IВ - ток возбуждения синхронного тягового генератораI B - excitation current of a synchronous traction generator

IЗУ1 - выходной сигнал задающего устройства первогоI ZU1 - the output signal of the driver of the first

IЗУ2 - выходной сигнал задающего устройства второгоI ZU2 - the output signal of the driver of the second

IЗУ3 - выходной сигнал задающего устройства третьегоI ZU3 - the output signal of the driver of the third

IЗУ4 - выходной сигнал задающего устройства четвертогоI ZU4 - the output signal of the driver of the fourth

IЗУ5 - выходной сигнал задающего устройства пятогоI ZU5 - the output signal of the driver of the fifth

IУС - выходной сигнал устройства алгебраического суммированияI US - the output signal of the algebraic summation device

IФП - выходной сигнал функционального преобразователяI FP - the output signal of the functional Converter

ΔIСУ1 - выходной сигнал сравнивающего устройства первого ΔI SU1 - the output signal of the comparator of the first

ΔIСУ2 - выходной сигнал сравнивающего устройства второго ΔI SU2 - the output signal of the comparison device of the second

ΔIСУ3 - выходной сигнал сравнивающего устройства третьего ΔI SU3 - the output signal of the comparison device of the third

ΔIСУ4 - выходной сигнал сравнивающего устройства четвертого ΔI SU4 - the output signal of the comparison device of the fourth

ΔIСУ5 - выходной сигнал сравнивающего устройства пятого ΔI SU5 - the output signal of the comparator of the fifth

kРС1 - коэффициент усиления автоматической системы регулирования тока синхронного тягового генератора в разомкнутом состоянииk PC1 - gain of the automatic control system of the synchronous traction generator current in the open state

kν - коэффициент усиления электрической передачи мощности переменного тока по частоте вращения валаk ν is the gain of electric transmission of AC power by shaft speed

kИУ1 - коэффициент усиления измерительного устройства первогоk ИУ1 - gain of the measuring device of the first

kСУ1 - коэффициент усиления сравнивающего устройства первогоk SU1 - gain of the comparator of the first

kУВК - коэффициент усиления устройства выбора канала управленияk UVK - gain of the control channel selection device

kВ - коэффициент усиления возбудителяk In - the gain of the pathogen

kОРТ - коэффициент усиления объекта регулирования токаk ORT - gain of the object of current regulation

МАД - вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателяM HELL - torque on the shaft of the induction traction motor

МАДо - относительный вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателяM ADO - relative torque on the shaft of the asynchronous traction motor

МАДп - пусковой вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателяM ADP - starting torque on the shaft of an induction traction motor

Mmax - максимально допустимый вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателяM max - the maximum allowable torque on the shaft of the induction traction motor

Mnom - номинальный вращающий момент на валу асинхронного тягового двигателяM nom - rated torque on the shaft of the induction traction motor

nАД - частота вращения вала асинхронного тягового двигателяn HELL - shaft speed of the induction traction motor

nАДс - синхронная частота вращения вала асинхронного тягового двигателяn ADS - synchronous speed of the shaft of the induction traction motor

nАДз - заданное значение частоты вращения вала асинхронного тягового двигателяn ADz - the set value of the shaft speed of the induction traction motor

nАДопт - оптимальное значение частоты вращения вала асинхронного тягового двигателяn ADopt - the optimal value of the shaft speed of the induction traction motor

nАДном - номинальное значение частоты вращения вала асинхронного тягового двигателяn ADN is the nominal value of the shaft speed of the induction traction motor

nДГ - частота вращения вала энергетической установкиn DG - shaft speed of a power plant

Р - мощность тягового транспортного средстваP - power traction vehicle

РГ - мощность синхронного тягового генератораR G - power synchronous traction generator

PГо - относительная мощность синхронного тягового генератораP Go - the relative power of the synchronous traction generator

РАД - мощность, подводимая к асинхронному тяговому двигателюR HELL - power supplied to the asynchronous traction motor

s - скольжение асинхронного тягового двигателяs - slip induction traction motor

smax - максимальное реализуемое скольжение для асинхронного тягового двигателяs max - maximum realized slip for an asynchronous traction motor

S - число равномерно распределенных катушек, входящих в катушечные группы полюсопереключаемой обмотки асинхронного тягового двигателяS is the number of uniformly distributed coils included in the coil groups of the pole-switched winding of the induction traction motor

ν1 - скорость движения тягового транспортного средстваν 1 - the speed of the traction vehicle

U - напряжение питания статорных обмоток асинхронного тягового двигателя, напряжение синхронного тягового генератораU is the supply voltage of the stator windings of the asynchronous traction motor, the voltage of the synchronous traction generator

Umax - максимальное напряжение питания статорных обмоток асинхронного тягового двигателя, напряжение синхронного тягового генератораU max - the maximum supply voltage of the stator windings of the induction traction motor, the voltage of the synchronous traction generator

W - сопротивление движению тягового транспортного средстваW - resistance to the movement of the traction vehicle

Wо - основное сопротивление движению тягового транспортного средстваW about - the main resistance to the movement of the traction vehicle

Claims (1)

Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления, содержащая синхронный тяговый генератор, возбудитель синхронного тягового генератора, вал последнего соединен с валом теплового двигателя, автоматический регулятор частоты вращения вала теплового двигателя, тепловой двигатель с синхронным тяговым генератором образуют энергетическую установку, многоскоростной асинхронный тяговый двигатель с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с осью движущей колесной пары тягового транспортного средства, статорная полюсопереключаемая обмотка асинхронного тягового двигателя подключается к статорной обмотке синхронного тягового генератора посредством коммутаторов, датчик тока синхронного тягового генератора, датчик напряжения синхронного тягового генератора, датчик частоты вращения вала энергетической установки, датчик магнитного потока асинхронного тягового двигателя, датчик частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, датчик перемещения элементов органов топливоподачи теплового двигателя, орган управления тяговым транспортным средством, отличающаяся тем, что орган управления тяговым транспортным средством содержит четыре задающих устройства, а в электрической передаче тягового транспортного средства дополнительно содержатся пять сравнивающих устройств, четыре устройства коррекции коэффициентов передачи каналов управления, устройство извлечения квадратного корня из частоты вращения вала энергетической установки, устройство умножения выходных сигналов датчика перемещения элементов органа топливоподачи теплового двигателя, датчика частоты вращения вала энергетической установки и датчика частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя, функциональный преобразователь, устройство алгебраического суммирования, устройство выбора каналов управления, устройство управления коммутаторами, причем устройство выбора каналов управления связано с задающими устройствами первым, вторым, третьим и четвертым, с возбудителем синхронного тягового генератора, устройством управления коммутаторами, устройствами коррекции коэффициентов передачи каналов управления первым, вторым, третьим и четвертым; сравнивающее устройство первое связано с задающим устройством первым, датчиком тока синхронного тягового генератора и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления первым; сравнивающее устройство второе связано с задающим устройством вторым, устройством умножения выходных сигналов датчика перемещения элементов органа топливоподачи теплового двигателя, датчика частоты вращения вала энергетической установки и датчика частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления вторым; сравнивающее устройство третье связано с датчиком напряжения синхронного тягового генератора, устройством извлечения квадратного корня из частоты вращения вала энергетической установки и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления третьим; четвертое сравнивающее устройство связано с датчиком магнитного потока асинхронного тягового двигателя, датчиком напряжения синхронного тягового генератора и устройством коррекции коэффициента передачи канала управления четвертым; сравнивающее устройство пятое связано с датчиком частоты вращения вала энергетической установки, устройством алгебраического суммирования и задающими устройствами первым, вторым, третьим и четвертым; устройство алгебраического суммирования связано с датчиком частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и функциональным преобразователем, функциональный преобразователь связан с датчиком тока синхронного тягового генератора; автоматический регулятор частоты вращения вала энергетической установки связан с задающим устройством третьим. An electric power transmission of alternating current of a traction vehicle with a microprocessor control system comprising a synchronous traction generator, a pathogen of a synchronous traction generator, a shaft of the latter connected to a shaft of a heat engine, an automatic speed controller of a shaft of a heat engine, a heat engine with a synchronous traction generator form a multi-speed power plant asynchronous squirrel-cage traction motor, the shaft of which is connected to the axis of the driving wheel a pair of a traction vehicle, a stator pole switchable winding of an asynchronous traction motor is connected to the stator winding of a synchronous traction generator by means of switches, a current sensor of a synchronous traction generator, a voltage sensor of a synchronous traction generator, a shaft speed sensor of a power plant, a magnetic flux sensor of an asynchronous traction motor, a frequency sensor shaft rotation of the asynchronous traction motor, the sensor for moving the elements of the fuel supply elements is warm a new engine, a control vehicle for a traction vehicle, characterized in that the control device for a traction vehicle contains four driving devices, and the electric transmission of the traction vehicle additionally contains five comparing devices, four devices for correcting transmission coefficients of control channels, a device for extracting the square root from the frequency rotation of the shaft of a power plant, a device for multiplying the output signals of a sensor for displacing elements of an organ of a fuel supply of a heat engine, a shaft speed sensor of a power plant and a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor, a functional converter, an algebraic summation device, a control channel selector device, a switch control device, the control channel selector device being connected to the driving devices first, second, third and fourth, with the exciter of the synchronous traction generator, switch control device, coefficient correction devices transmitting control channels first, second, third and fourth; the comparator is first connected to the master device first, the current sensor of the synchronous traction generator and the device for correcting the transmission coefficient of the control channel first; a second comparison device is connected to a second setting device, a device for multiplying the output signals of a movement sensor of a fuel supply member of a heat engine, a shaft speed sensor of a power plant and a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor and a second channel correction factor correction device; a third comparison device is connected to a voltage sensor of a synchronous traction generator, a square root extraction device from a rotational speed of a power plant shaft, and a third channel transmission coefficient correction device; a fourth comparing device is connected to a magnetic flux sensor of an asynchronous traction motor, a voltage sensor of a synchronous traction generator and a correction factor of a transmission coefficient of a control channel of the fourth; a fifth comparison device is connected to a shaft speed sensor of a power plant, an algebraic summation device, and master devices of the first, second, third and fourth; an algebraic summation device is connected to a shaft speed sensor of an asynchronous traction motor and a functional converter, a functional converter is connected to a current sensor of a synchronous traction generator; the automatic speed controller of the shaft of the power plant is connected with the master device third.
RU2013149958/11A 2013-11-08 2013-11-08 Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system RU2554911C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149958/11A RU2554911C2 (en) 2013-11-08 2013-11-08 Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149958/11A RU2554911C2 (en) 2013-11-08 2013-11-08 Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013149958A RU2013149958A (en) 2015-05-20
RU2554911C2 true RU2554911C2 (en) 2015-06-27

Family

ID=53283709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013149958/11A RU2554911C2 (en) 2013-11-08 2013-11-08 Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2554911C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204970U1 (en) * 2020-12-28 2021-06-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" SINGLE SHAFT ELECTRIC PROPELLER DRIVE MODULE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1067070A (en) * 1964-09-18 1967-05-03 Nat Res Dev Improvements in or relating to traction systems
RU2256285C1 (en) * 2003-10-14 2005-07-10 Закрытое акционерное общество "Электротекс" Method for smooth control of asynchronous electric motor with short-circuited rotor
RU2290329C1 (en) * 2005-05-24 2006-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения" (РГОТУПС) Automatic microprocessor system to control voltege of traction generator of traction vehicle
RU2475379C1 (en) * 2011-08-30 2013-02-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Microprocessor system for diesel locomotive traction generator voltage adjustment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1067070A (en) * 1964-09-18 1967-05-03 Nat Res Dev Improvements in or relating to traction systems
RU2256285C1 (en) * 2003-10-14 2005-07-10 Закрытое акционерное общество "Электротекс" Method for smooth control of asynchronous electric motor with short-circuited rotor
RU2290329C1 (en) * 2005-05-24 2006-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения" (РГОТУПС) Automatic microprocessor system to control voltege of traction generator of traction vehicle
RU2475379C1 (en) * 2011-08-30 2013-02-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Microprocessor system for diesel locomotive traction generator voltage adjustment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204970U1 (en) * 2020-12-28 2021-06-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" SINGLE SHAFT ELECTRIC PROPELLER DRIVE MODULE

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013149958A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4246531A (en) Constant frequency variable rpm generator
Sun et al. Performance improvement of a switched reluctance machine with segmental rotors for hybrid electric vehicles
KR20030009484A (en) Method of operating a wind power station and wind power station
US9573539B2 (en) Electric system architecture for more-electric engine accessories
CN1242883A (en) Electrical system for turbin/alternator on common shaft
Sharma et al. Dynamic stability study of an isolated wind-diesel hybrid power system with wind power generation using IG, PMIG and PMSG: A comparison
CN105264266A (en) Method for operating a drive train, and drive train
Mi et al. Modeling and control of a variable-speed constant-frequency synchronous generator with brushless exciter
CN101621276A (en) High-power brushless double-fed motor variable frequency speed control system and starting method thereof
US9166510B1 (en) Systems utilizing a controllable voltage AC generator system
RU2554911C2 (en) Ac power transmission system for traction vehicle with microprocessor control system
JP2010520415A (en) Servo load device for fuel engine and optimum efficiency control method thereof
CN108258880B (en) Electrical system for an electromechanical power transmission chain
RU2402865C1 (en) Method for optimal frequency control of asynchronous motor
Mishin et al. Analogs and characteristics of compensated asynchronous machines with different numbers of phases
RU168788U1 (en) Stable AC voltage generating device
EP2880749B1 (en) Electrical machine
RU150254U1 (en) DC POWER SUPPLY OF AUTONOMOUS VEHICLE VEHICLE
RU186110U1 (en) Wind generator
RU2283247C1 (en) Traction vehicle ac electric power transmission
Rachev et al. Evaluation of the influence of changing the parameters of a high-voltage induction motor and the loads on the behaviour of a aggregate driven-centrifugal pump
RU2268392C2 (en) Device for control of starter-generator
Shogenov On Equivalent Circuits of Low-Power High-Frequency Induction Motors Powered by Transistor Frequency Converters
Iorgulescu et al. Applications of the Asynchronous Motor in the Anchoring Installation-Simulation and Advantages
RU2624772C2 (en) Turbogenerator unit of three-phase currents of two different frequencies

Legal Events

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

Effective date: 20151109