RU2729767C1 - Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system - Google Patents

Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system Download PDF

Info

Publication number
RU2729767C1
RU2729767C1 RU2019105584A RU2019105584A RU2729767C1 RU 2729767 C1 RU2729767 C1 RU 2729767C1 RU 2019105584 A RU2019105584 A RU 2019105584A RU 2019105584 A RU2019105584 A RU 2019105584A RU 2729767 C1 RU2729767 C1 RU 2729767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
traction
synchronous generator
unit
electric transmission
shaft
Prior art date
Application number
RU2019105584A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Михайлович Луков
Оксана Николаевна Ромашкова
Андрей Сергеевич Космодамианский
Владимир Иванович Воробьев
Александр Анатольевич Пугачев
Михаил Юрьевич Капустин
Николай Николаевич Стрекалов
Александр Васильевич Самотканов
Дмитрий Николаевич Шевченко
Сергей Юрьевич Шичков
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 RU2019105584A priority Critical patent/RU2729767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2729767C1 publication Critical patent/RU2729767C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in electrical equipment of traction transport rolling stock, for example, in thermal del-trains, cars, and so forth. Electric transmission of traction vehicle alternating current with microprocessor control system additionally includes: electric transmission control algorithm selection unit; unit for measuring (calculation) of main resistance to movement of traction vehicle; unit implementing electric transmission control algorithm (traction vehicle movement by reserve or with empty train with simple track profile); unit, which realizes electric transmission control algorithm 2 (movement of traction vehicle with laden composition); unit implementing electric transmission control algorithm (traction vehicle movement with large weight composition at complex track profile); unit for setting input signals for excitation unit of traction synchronous generator and control unit of driven inverter. Microprocessor control system of electric transmission of traction vehicle sets frequency of supply voltage of asynchronous motors with specified excess over frequency corresponding to rotation frequency of their common shaft, input control actions for asynchronous motors are voltage of traction synchronous generator and angle of advance of opening of valves of driven inverter. Regulation of rotation speed of common shaft of asynchronous motors and, accordingly, axis of moving wheels is performed by addition of additional electromotive force to circuit of rectified voltage of stator winding of the second asynchronous motor. Value of additional EMF determined by mean value of voltage of driven inverter is controlled by action on advance angle of opening of valves of driven inverter by means of control unit of driven inverter. Change of advance angle of opening of valves of driven inverter can be carried out with uniform (algorithm 1), non-uniform (algorithm 2) distribution on traction positions of the second controller of the driver of difference of this angle between adjacent values and, accordingly, uniform or non-uniform step change of frequency of traction synchronous generator voltage or its stepless change (algorithm 3).EFFECT: technical result is a change in a wide range of speed and tangential traction force traction vehicle at constant values of rotation speed of the shaft of the diesel engine, its power and torque on the shaft of the diesel engine.1 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию тягового транспортного подвижного состава, т.е. таких тяговых транспортных средств, как тепловозы (автономные локомотивы), дизель-поезда, автомобили и т.д., у которых передачи мощности с вала теплового двигателя (дизеля) к осям движущих колес выполнены на переменном токе с подключением асинхронных тяговых двигателей к тяговому синхронному генератору.The proposed invention relates to electrical equipment for traction vehicles, i.e. traction vehicles such as diesel locomotives (autonomous locomotives), diesel trains, cars, etc., in which the power transmission from the shaft of the heat engine (diesel) to the axles of the driving wheels is made on alternating current with the connection of asynchronous traction motors to the traction synchronous generator.

Уровень техникиState of the art

1. Известны электрические передачи мощности переменного тока тяговых транспортных средств, не содержащие промежуточных преобразователей между синхронным тяговым генератором и асинхронными тяговыми двигателями, частота вращения валов которых изменяется ступенями при изменении числа пар полюсов электрических машин [Патент Великобритании 1064772, Кл. Н2А, 1964. Патент Великобритании 1067070, Кл. Н2А, 1974.]. Эти электрические передачи мощности переменного тока имеют сложную многоприводную систему, что усложняет передачи, снижает их надежность и ухудшает тяговые свойства тяговых транспортных средств.1. Known electrical power transmission of alternating current traction vehicles that do not contain intermediate converters between a synchronous traction generator and asynchronous traction motors, the rotational speed of the shafts of which changes in steps when the number of pole pairs of electric machines changes [UK Patent 1064772, Cl. H2A, 1964. UK patent 1067070, Cl. H2A, 1974.]. These electrical AC power transmissions have a complex multi-drive system that complicates transmissions, reduces their reliability and degrades the traction properties of traction vehicles.

Известна также электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства, содержащая синхронный тяговый генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение транспортным двигателем, и асинхронные тяговые двигатели, подключенные к синхронному тяговому генератору[Рудаков Б.В., Семенов Н.П., Сушков Б.А. Двухчастотный синхронный генератор и многоскоростной асинхронный двигатель для передвижных установок. - Энергетика, 1967, 5.]. Частота вращения валов асинхронных тяговых двигателей изменяется путем изменения частоты вращения вала транспортного двигателя и изменения числа пар полюсов синхронного тягового генератора.Also known electric power transmission of alternating current traction vehicle, containing a synchronous traction generator with several m-phase stator windings, driven in rotation by a transport motor, and asynchronous traction motors connected to a synchronous traction generator [Rudakov B.V., Semenov N.P. ., Sushkov B.A. Dual frequency synchronous generator and multi-speed induction motor for mobile units. - Energy, 1967, 5.]. The rotational speed of the shafts of asynchronous traction motors changes by changing the rotational speed of the transport motor shaft and changing the number of pole pairs of the synchronous traction generator.

Известна электрическая передача мощности тягового транспортного средства, содержащая синхронный тяговый генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение от транспортного двигателя, и асинхронные тяговые двигатели, подключенные к синхронному тяговому генератору, у которого соседние обмотки статора взаимно смещены по окружности его расточки [А.с. 691320, МКл2 B60L 11/08, 1979, БИ 38.].Known electric power transmission traction vehicle, containing a synchronous traction generator with several m-phase stator windings, driven in rotation from a transport engine, and asynchronous traction motors connected to a synchronous traction generator, in which the adjacent stator windings are mutually offset along the circumference of its bore [ A.S. 691320, MKl 2 B60L 11/08, 1979, BI 38.].

Недостатком указанных электрических передач мощности является то, что скоростной диапазон не может быть широким, т.к. число переключений полюсов не превосходит 1-2 из-за чрезмерного возрастания веса коммутационной аппаратуры и самих электрических машин. Переключение полюсов электрических машин связано с коммутацией силовой цепи статора синхронного тягового генератора, передающей мощность от синхронного тягового генератора к асинхронным тяговым двигателям, что приводит к исчезновению или значительному уменьшению силы тяги тягового транспортного средства в процессе переключения, к броскам тока и вращающего момента в начале и конце такого переключения и к ухудшению тяговых свойств тягового транспортного средства, снижению надежности и экономичности электрической передачи мощности.The disadvantage of these electric power transmissions is that the speed range cannot be wide, because the number of pole changes does not exceed 1-2 due to an excessive increase in the weight of the switching equipment and the electrical machines themselves. Switching the poles of electrical machines is associated with the switching of the stator power circuit of the synchronous traction generator, transmitting power from the synchronous traction generator to asynchronous traction motors, which leads to the disappearance or significant decrease in the traction force of the traction vehicle during the switching process, to surges of current and torque at the beginning and the end of such a switch and to a deterioration in the traction properties of a traction vehicle, a decrease in the reliability and economy of electric power transmission.

2. Известна электрическая тягового транспортного средства (аналог), совокупность признаков которой сходна с совокупностью существенных признаков предполагаемого изобретения, содержащая тяговый синхронный генератор, приводимый от теплового двигателя, блок возбуждения тягового синхронного генератора, асинхронные тяговые двигатели и блок управления передачей. В ней статорные обмотки тягового синхронного генератора подключены к статорным обмоткам двух одинаковых асинхронных тяговых двигателей, роторные обмотки которых соединены последовательно и подключены посредством выпрямителя к электродвигателю постоянного тока, вал которого соединен с валом теплового двигателя, а обмотка возбуждения подключена ко второму блоку возбуждения. Валы асинхронных тяговых двигателей соединены между собой и с осями движущих колес тягового транспортного средства. Статор одного из асинхронных тяговых двигателей выполнен поворотным и соединен с механизмом поворота. Блок управления передачей подключен к тепловому двигателю, блокам возбуждения тягового синхронногогенератора и электродвигателя постоянного тока и к механизму поворота статора асинхронного тягового двигателя [Патент РФ 2207701. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства / Луков Н.М., Космодамианский А.С., Аксаков А.Р. Опубл. 27.06.2003, Бюл. №18.]. В этой электрической передаче тягового транспортного средства энергия скольжения роторов асинхронных тяговых двигателей передается в тяговый синхронный генератор посредством выпрямителя и электродвигателя постоянного тока. Недостатками этой известной электрической передачи тягового транспортного средства являются потери энергии скольжения в выпрямителе и электродвигателе постоянного тока, применение которых в электрической передаче увеличивает ее стоимость, габаритные размеры и массу, ухудшает показатели надежности и увеличивает эксплуатационные расходы. Применение в электрической передаче одного из асинхронных тяговых двигателей с поворотным статором также снижает достоинства передачи мощности.2. Known electric traction vehicle (analog), the set of features which is similar to the set of essential features of the proposed invention, containing a traction synchronous generator driven by a heat engine, a traction synchronous generator excitation unit, asynchronous traction motors and a transmission control unit. In it, the stator windings of a traction synchronous generator are connected to the stator windings of two identical asynchronous traction motors, the rotor windings of which are connected in series and connected by means of a rectifier to a DC motor, the shaft of which is connected to the shaft of the heat engine, and the excitation winding is connected to the second excitation unit. The shafts of asynchronous traction motors are connected to each other and to the axles of the driving wheels of the traction vehicle. The stator of one of the asynchronous traction motors is rotary and connected to the rotation mechanism. The transmission control unit is connected to a heat engine, excitation units of a traction synchronous generator and a direct current electric motor and to the stator turning mechanism of an asynchronous traction motor [RF Patent 2207701. Electric power transmission of a traction vehicle / Lukov N.M., Kosmodamiansky A.S., Aksakov A .R. Publ. June 27, 2003, Bul. No. 18.]. In this electrical transmission of the traction vehicle, the sliding energy of the rotors of the induction traction motors is transmitted to the traction synchronous generator by means of a rectifier and a DC motor. The disadvantages of this known electric transmission of a traction vehicle are the losses of sliding energy in the rectifier and the DC motor, the use of which in the electric transmission increases its cost, overall dimensions and weight, worsens reliability and increases operating costs. The use of one of the asynchronous traction motors with a rotary stator in an electric transmission also reduces the advantages of power transmission.

3. Аналогом предполагаемого изобретения, наиболее близким к нему по совокупности признаков (прототипом), является электрическая передача, содержащая тяговый генератор переменного тока, приводимый во вращение от транспортного двигателя, и асинхронные тяговые двигатели. Тяговый генератор выполнен асинхронным, статорная обмотка которого подключена непосредственно к асинхронным тяговым 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 транспортного двигателя, обмотка возбуждения возбудителя подключена к регулятору напряжения асинхронного тягового генератора, соединенному с контроллером управления [Патент РФ 2225301 Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства / Н.М. Луков, А.С. Космодамианский, Е.В.Николаев. - Опубл. в Б.И., 2004, №7.].3. An analogue of the proposed invention, the closest to it in terms of the totality of features (prototype), is an electric transmission containing a traction alternator driven by a transport engine, and asynchronous traction motors. The traction generator is made asynchronous, the stator winding of which is connected directly to asynchronous traction motors, and the winding of the phase rotor 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 in rotation from the transport engine, the excitation winding of the exciter is connected to the voltage regulator of the asynchronous traction generator connected to the control controller [RF Patent 2225301 alternating current traction vehicle / N.М. Lukov, A.S. Kosmodamiansky, E. V. Nikolaev. - Publ. in BI, 2004, No. 7.].

Данная электрическая передача позволяет получить изменение касательной силы тяги, а также скорости движения транспортного средства без применения промежуточных преобразователей и устройств переключения между тяговым генератором и тяговыми двигателями, обеспечивает расширение диапазона изменения скорости, а также улучшение тяговых свойств транспортного средства. Однако, в этой электрической передаче отсутствует связь сигналов управляющих воздействий с массой груженого состава и профилем пути, что в сложных условиях движения неизбежно приведет к неудовлетворительной продольной динамике в поезде.This electric transmission makes it possible to obtain a change in the tangential traction force, as well as the speed of the vehicle without the use of intermediate converters and devices for switching between the traction generator and traction motors, provides an expansion of the range of speed variation, as well as an improvement in the traction properties of the vehicle. However, in this electric transmission there is no connection between the control signals with the mass of the loaded train and the track profile, which in difficult driving conditions will inevitably lead to unsatisfactory longitudinal dynamics in the train.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Предлагаемая электрическая передача тягового транспортного средства, принципиальная блок-схема которой представлена на фиг. 1, содержит следующие элементы: 1 - тяговый синхронный генератор; 2 - блок возбуждения тягового синхронного генератора; 3 - дизель; 4 - асинхронный двигатель 1АД; 5 - асинхронный двигатель 2АД (на фиг. 1, поз. 6 - роторная обмотка асинхронного двигателя 1АД, поз. 7 - роторная обмотка асинхронного двигателя 2АД, 8 - общий вал асинхронных двигателей 1АД и 2АД); 9 - тяговый редуктор и ось движущих колес; 10 - неуправляемый выпрямитель; 11 - ведомый инвертор; 12 - блок управления ведомым инвертором; 13 - датчик частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора (частота вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора - ω1); 14 - датчик частоты вращения общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД (частота вращения общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД - ω); 15 - датчик напряжения тягового синхронного генератора (напряжение тягового синхронного генератора - UГ); 16 - датчик тока тягового синхронного генератора (ток тягового синхронного генератора - IГ); 17 - контроллер машиниста Пк1, 18 - контроллер машиниста Пк2; 19 - микропроцессорный контроллер. Два одинаковых асинхронных двигателя 1АД и 2АД выполнены с фазными роторами и образуют тяговый агрегат. Асинхронные двигатели 1АД и 2АД имеют общий корпус, валы их жестко соединены между собой, что позволяет осуществлять непосредственное соединение их роторных обмоток (поз. 6 и 7) без использования контактных колец и щеточного аппарата. Роторные обмотки асинхронных двигателей 1АД и 2АД соединены между собой электрически с обратной последовательностью следования фаз так, что магнитные поля, создаваемые токами этих обмоток, вращаются в противоположных направлениях. Общий вал асинхронных двигателей 1АД и 2АД соединен механически с тяговым редуктором и осью движущих колес.The proposed electric transmission of a traction vehicle, a schematic block diagram of which is shown in FIG. 1, contains the following elements: 1 - traction synchronous generator; 2 - excitation unit of a traction synchronous generator; 3 - diesel; 4 - asynchronous motor 1AD; 5 - asynchronous motor 2AD (in Fig. 1, pos. 6 - rotor winding of asynchronous motor 1AD, pos. 7 - rotor winding of asynchronous motor 2AD, 8 - common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD); 9 - traction reducer and axle of driving wheels; 10 - uncontrolled rectifier; 11 - slave inverter; 12 - slave inverter control unit; 13 - sensor of the rotational speed of the shaft of the diesel engine and the traction synchronous generator (the rotational speed of the shaft of the diesel engine and the traction synchronous generator - ω 1 ); 14 - speed sensor of the common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD (speed of the common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD - ω); 15 - voltage sensor of the traction synchronous generator (voltage of the traction synchronous generator - U G ); 16 - current sensor of the traction synchronous generator (current of the traction synchronous generator - I G ); 17 - driver's controller Pk1, 18 - driver's controller Pk2; 19 - microprocessor controller. Two identical asynchronous motors 1AD and 2AD are made with phase rotors and form a traction unit. Asynchronous motors 1AD and 2AD have a common housing, their shafts are rigidly connected to each other, which allows direct connection of their rotor windings (pos. 6 and 7) without using slip rings and a brush apparatus. The rotor windings of asynchronous motors 1AD and 2AD are electrically connected to each other with a reverse phase sequence so that the magnetic fields generated by the currents of these windings rotate in opposite directions. The common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD is mechanically connected to the traction gearbox and the axis of the driving wheels.

Обмотка статора асинхронного двигателя 1АД питается от тягового синхронного генератора. Обмотка статора асинхронного двигателя 2АД присоединена к тиристорному преобразователю с явно выраженным звеном постоянного тока, состоящему из неуправляемого выпрямителя 10 и ведомого инвертора 11. Энергия от тягового синхронного генератора поступает в обмотку статора асинхронного двигателя 1АД, затем через его ротор передается асинхронному двигателю 2АД. При указанном соединении роторных обмоток асинхронных двигателей 1АД и 2АД одна часть энергии тягового синхронного генератора превращается в механическую энергию, и оба асинхронных двигателя развивают положительные вращающие моменты, а другая часть энергии тягового синхронного генератора, пропорциональная скольжению, возвращается из статора асинхронного двигателя 2АД через тиристорный преобразователь на шины тягового синхронного генератора.Регулирование частоты вращения ω общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД тягового агрегата производится введением добавочной ЭДС в цепь выпрямленного напряжения статора асинхронного двигателя 2АД. Величина добавочной ЭДС, определяемой средним значением напряжения ведомого инвертора 11, регулируется углом β опережения открывания его вентилей при помощи блока управления 12.The stator winding of an asynchronous motor 1AD is powered by a traction synchronous generator. The stator winding of an asynchronous motor 2AD is connected to a thyristor converter with a pronounced direct current link, consisting of an uncontrolled rectifier 10 and a slave inverter 11. Energy from a traction synchronous generator enters the stator winding of an asynchronous motor 1AD, then through its rotor is transmitted to an asynchronous motor 2AD. With the specified connection of the rotor windings of asynchronous motors 1AD and 2AD, one part of the energy of the traction synchronous generator is converted into mechanical energy, and both induction motors develop positive torques, and the other part of the energy of the traction synchronous generator, proportional to slip, returns from the stator of the asynchronous motor 2AD through a thyristor converter on the tires of the traction synchronous generator. Regulation of the frequency of rotation ω of the common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD of the traction unit is carried out by introducing an additional EMF into the rectified voltage circuit of the stator of the asynchronous motor 2AD. The value of the additional EMF, determined by the average voltage value of the slave inverter 11, is regulated by the angle β of the advance of the opening of its valves using the control unit 12.

Датчик частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора (поз. 13), датчик частоты вращения общего вала асинхронных двигателей (поз. 14), датчик напряжения тягового синхронного генератора (поз. 15) и датчик тока тягового синхронного генератора (поз. 16) вместе с блоком возбуждения тягового синхронного генератора (поз. 2) образуют автоматические регуляторы напряжения тягового синхронного генератора по отклонению напряжения и по току тягового синхронного генератора.The shaft speed sensor of the diesel engine and the traction synchronous generator (item 13), the speed sensor of the common shaft of asynchronous motors (item 14), the voltage sensor of the traction synchronous generator (item 15) and the current sensor of the traction synchronous generator (item 16) together with the excitation unit of the traction synchronous generator (pos. 2) form automatic voltage regulators of the traction synchronous generator according to the voltage deviation and current of the traction synchronous generator.

Выходные сигналы датчика частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора (поз. 13), датчика частоты вращения общего вала асинхронных двигателей (поз. 14), датчика напряжения тягового синхронного генератора (поз. 15), датчика тока тягового синхронного генератора (поз. 16) и контроллеров машиниста Пк1, Пк2 подаются в микропроцессорный контроллер 19, выходы которого подключены к блоку управления ведомым инвертором (поз. 12) и к блоку возбуждения тягового синхронного генератора (поз. 2).The output signals of the diesel engine shaft speed sensor and the traction synchronous generator (item 13), the common shaft speed sensor of asynchronous motors (item 14), the voltage sensor of the traction synchronous generator (item 15), the current sensor of the traction synchronous generator (item 16 ) and the driver's controllers Pk1, Pk2 are fed to the microprocessor controller 19, the outputs of which are connected to the slave inverter control unit (pos. 12) and to the excitation unit of the traction synchronous generator (pos. 2).

На фиг. 2 представлены зависимости мощности NД дизеля (линия 20) и вращающего момента МД на валу дизеля (линия 21) от частоты вращения его вала ω1. Дизель при заданной частоте вращения вала может развивать только определенную заданную мощность. Мощность дизеля NД приблизительно пропорциональна частоте вращения вала ω1, а вращающий момент на его валу МД почти не зависит от ω1 [Луков Н.М., Стрекопытов В.В., Рудая К.И. Передачи мощности тепловозов. - М: Транспорт, 1987, с. 84; Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988, с. 15; Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989, с. 143].FIG. 2 shows the dependences of the power N D of the diesel (line 20) and the torque M D on the shaft of the diesel (line 21) on the frequency of rotation of its shaft ω 1 . A diesel engine at a given shaft speed can only develop a certain given power. The power of the diesel engine N D is approximately proportional to the frequency of rotation of the shaft ω 1 , and the torque on its shaft M D almost does not depend on ω 1 [Lukov NM, Strekopytov VV, Rudaya KI Locomotive power transmission. - M: Transport, 1987, p. 84; Lukov N.M. Automation of diesel locomotives, gas turbine locomotives and diesel trains. - M .: mechanical engineering, 1988, p. 15; Lukov N.M. Basics of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989, p. 143].

На фиг. 3 приведены зависимости касательной силы тяги FК от скорости движения υ тягового транспортного средства - тяговые характеристики тягового транспортного средства (линии 22, 23, 24 и 25, соответствующие различным значениям ω1) и характеристики агрегата сопротивления движению тягового транспортного средства (линия 26 - на площадке, линия 27 - на подъеме). Тяговые характеристики тягового транспортного средства имеют три характерных участка: АВ, ВС и CD.FIG. 3 shows the dependences of the tangential traction force F K on the speed of movement υ of the traction vehicle - traction characteristics of the traction vehicle (lines 22, 23, 24 and 25, corresponding to different values of ω 1 ) and the characteristics of the unit of resistance to the movement of the traction vehicle (line 26 - on site, line 27 - on the rise). The traction characteristics of a traction vehicle have three characteristic sections: AB, BC and CD.

Участок АВ обусловлен наличием ограничения максимальной касательной силы тяги FК условиями сцепления движущих колес с рельсами при трогании и разгоне тягового транспортного средства. На этом участке тяговое транспортное средство работает непродолжительное время. [Регулирование частоты вращения и мощности дизель-генераторов тепловозов. - М.: Транспорт, 1976, 112 с. Авт.: Струнге Б. Н., Канило П. М.,Невелев И.М., Рузов В.А. Стр. 6, 7]. При этом режиме тяговые электрические машины, несмотря на большой пусковой ток, не успевают сильно нагреться.Section AB is due to the presence of a limitation of the maximum tangential traction force F K by the conditions of adhesion of the driving wheels to the rails when starting and accelerating the traction vehicle. In this section, the traction vehicle works for a short time. [Regulation of the speed and power of diesel generators of locomotives. - M .: Transport, 1976, 112 p. Author: B.N.Strunge, P.M. Kanilo, I.M. Nevelev, V.A. P. 6, 7]. In this mode, traction electric machines, despite the high starting current, do not have time to get very hot.

Участок ВС обусловлен наличием ограничения постоянной мощностью дизеля при заданной частоте вращения его вала.The aircraft section is due to the presence of a constant power limitation of the diesel engine at a given rotational speed of its shaft.

Участок CD обусловлен наличием ограничения максимальной скорости υmax движения тягового транспортного средства.Section CD is due to the presence of a limitation of the maximum speed υ max of the traction vehicle.

Управление электрической передачей мощности должно быть различным при скоростях движения тягового транспортного средства, соответствующих участкам тяговых характеристик АВ, ВС и CD.The control of the electric power transmission should be different at the speeds of the traction vehicle corresponding to the sections of the traction characteristics AB, BC and CD.

При работе тягового транспортного средства в режиме, соответствующем участку АВ тяговых характеристик, касательная сила тяги FK мало изменяется при изменении скорости движения тягового транспортного средства от нуля до минимальной υmin. Следовательно, в этом режиме работы тягового транспортного средства осуществляется принцип управления электрической передачей, соответствующий выполнению условий: υ=var (переменная величина) при FK=const. При этом мощность на выходном валу электрической передачи увеличивается пропорционально скорости движения v и достигает максимального значения при скорости движения υmin.When the traction vehicle operates in the mode corresponding to the section AB of the traction characteristics, the tangential traction force F K changes little when the traction vehicle speed changes from zero to the minimum υ min . Consequently, in this operating mode of the traction vehicle, the principle of electric transmission control is implemented, corresponding to the fulfillment of the conditions: υ = v ar (variable) at F K = const. In this case, the power on the output shaft of the electric transmission increases in proportion to the speed of movement v and reaches its maximum value at the speed of movement υ min .

При работе тягового транспортного средства в режиме, соответствующем участку ВС тяговых характеристик, касательная сила тяги FК тягового транспортного средства изменяется обратно пропорционально скорости движения υ при изменении ее значений от υmin до υmax. При этом мощность на выходном валу электрической передачи остается практически постоянной.When the traction vehicle is operating in the mode corresponding to the section of the aircraft traction characteristics, the tangential thrust force F K of the traction vehicle changes inversely proportional to the speed of movement υ when its values change from υ min to υ max . At the same time, the power on the output shaft of the electric transmission remains practically constant.

При работе тягового транспортного средства в режиме, соответствующем участку CD тяговых характеристик, касательная сила тяги FК тягового транспортного средства должна изменяться таким образом, чтобы скорость его движения оставалась приблизительно постоянной и близкой значению υmax. Следовательно, в этом режиме работы электрической передачи должен осуществляться принцип управления, соответствующий выполнению условий: FК=var (переменная величина) при υ=const. При этом мощность на выходном валу электрической передачи уменьшается пропорционально скорости движения тягового транспортного средства и достигает нулевого значения при скорости его движения υmax. При работе тягового транспортного средства в режиме тяги скорость его движения возрастает, если касательная сила тяги FК больше силы основного сопротивления движению Wo. Скорость движения тягового транспортного средства уменьшается, если FК<Wo, и остается постоянной, если FК=Wo (см. фиг. 3). Тяговое транспортное средство вместе с агрегатом сопротивления движению представляет собой устойчивый объект управления, способный самопроизвольно приходить к новому установившемуся состоянию (равновесной скорости движения v) после изменения касательной силы тяги FК или силы основного сопротивления движению Wo [Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988, с. 225, 226].When the traction vehicle is operating in the mode corresponding to the section CD of the traction characteristics, the tangential traction force F K of the traction vehicle must change so that its speed remains approximately constant and close to the value of υ max . Therefore, in this mode of operation of the electric transmission, the control principle must be implemented, corresponding to the fulfillment of the conditions: F K = v ar (variable value) at υ = const. In this case, the power on the output shaft of the electric transmission decreases in proportion to the speed of the traction vehicle and reaches zero at the speed of its movement υ max . When a traction vehicle operates in a traction mode, its speed of movement increases if the tangential traction force F K is greater than the main resistance force Wo. The speed of the traction vehicle decreases if F K <Wo, and remains constant if F K = Wo (see Fig. 3). A traction vehicle together with a movement resistance unit is a stable control object capable of spontaneously arriving at a new steady state (equilibrium speed v) after a change in the tangential traction force F K or the force of the main resistance to movement Wo [Lukov N.M. Automation of diesel locomotives, gas turbine locomotives and diesel trains. - M .: mechanical engineering, 1988, p. 225, 226].

Предлагаемая электрическая передача предназначена для того, чтобы при постоянных значениях частоты вращения вала дизеля оси, его мощности NД и вращающего момента МД на валу дизеля скорость движения тягового транспортного средства υ и касательная сила тяги FК тягового транспортного средства могли изменяться в широком диапазоне в соответствии с требуемыми тяговыми характеристиками. К входному валу электрической передачи подводится так называемая свободная мощность дизеля, то есть такая мощность, которая при заданной частоте вращения вала ω1 меньше мощности дизеля на величину мощности, затрачиваемой на привод вспомогательных агрегатов (насосов, компрессоров, вентиляторов, вспомогательных генераторов и др.).The proposed electric transmission is designed so that at constant values of the rotational speed of the axle diesel shaft, its power N D and torque M D on the diesel shaft, the speed of the traction vehicle υ and the tangential traction force F K of the traction vehicle can vary over a wide range in according to the required traction characteristics. The so-called free power of the diesel engine is supplied to the input shaft of the electric transmission, that is, the power that, at a given shaft speed ω 1, is less than the power of the diesel engine by the amount of power consumed to drive auxiliary units (pumps, compressors, fans, auxiliary generators, etc.) ...

В электрической передаче тягового транспортного средства свободная мощность дизеля передается на вал тягового синхронного генератора. Если свободная мощность дизеля постоянна, то и мощность на выходе тягового синхронного генератора РГ тоже постоянна. Требуемые статические характеристики комбинированной автоматической системы регулирования напряжения тягового синхронного генератора UГ (IГ, ω1), представленные на фиг. 4 (линии 28-31), - зависимости напряжения UГ тягового синхронного генератора от тока IГ тягового синхронного генератора при различных значениях частоты вращения вала дизеля можно получить, изменяя ток возбуждения IВГ тягового синхронного генератора, а значит, изменяя магнитный поток и магнитодвижущую силу тягового синхронного генератора в зависимости от отклонения его напряжения от заданного значения, тока тягового синхронного генератора и частоты вращения его вала. Для автоматического регулирования напряжения тягового синхронного генератора применяются автоматические комбинированные системы регулирования, которые кроме тягового синхронного генератора (объекта регулирования напряжения) содержат три регулятора напряжения: регулятора по отклонению напряжения от заданного значения, регулятора по частоте вращения вала и регулятора по току тягового синхронного генератора. Регуляторы напряжения тягового синхронного генератора получают сигналы от датчика напряжения тягового синхронного генератора, датчика тока тягового синхронного генератора и датчика частоты вращения вала дизеля. Выходной сигнал датчика частоты вращения вала дизеля является одновременно сигналом частоты ƒГ напряжения тягового синхронного генератора. Датчик частоты вращения вала дизеля и блок возбуждения тягового синхронного генератора образуют регулятор напряжения тягового синхронного генератора по частоте вращения вала дизеля.In the electric transmission of a traction vehicle, the free power of the diesel is transmitted to the shaft of the traction synchronous generator. If the free capacity of the diesel engine is constant, and the output power of the traction synchronous generator P G is also constant. The required static characteristics of the combined automatic voltage regulation system of the traction synchronous generator U G (I G , ω 1 ), presented in Fig. 4 (lines 28-31), - the dependence of the voltage U G of the traction synchronous generator on the current I G of the traction synchronous generator at different values of the rotational speed of the diesel engine shaft can be obtained by changing the excitation current I VG of the traction synchronous generator, and therefore, changing the magnetic flux and magnetomotive the force of the traction synchronous generator, depending on the deviation of its voltage from the set value, the current of the traction synchronous generator and the speed of its shaft. To automatically regulate the voltage of the traction synchronous generator, automatic combined control systems are used, which, in addition to the traction synchronous generator (voltage regulation object), contain three voltage regulators: a regulator for voltage deviation from the set value, a regulator for the shaft rotation frequency and a current regulator for a traction synchronous generator. The voltage regulators of the traction synchronous generator receive signals from the voltage sensor of the traction synchronous generator, the current sensor of the traction synchronous generator and the diesel engine shaft speed sensor. The output signal of the diesel engine shaft speed sensor is simultaneously the signal of the frequency ƒ Г of the voltage of the traction synchronous generator. The diesel engine shaft speed sensor and the traction synchronous generator excitation unit form a voltage regulator of the traction synchronous generator according to the diesel engine shaft speed.

Применение в комбинированных автоматических системах регулирования напряжения тягового синхронного генератора трех регуляторов напряжения дает возможность построения автоматических систем регулирования с требуемой положительной, нулевой или даже с отрицательной неравномерностью, то есть строить системы практически с любыми статическими характеристиками. The use of three voltage regulators in combined automatic voltage control systems of a traction synchronous generator makes it possible to build automatic control systems with the required positive, zero or even negative unevenness, that is, to build systems with almost any static characteristics.

Статические характеристики автоматической комбинированной системы регулирования напряжения тягового синхронного генератора так же, как и тяговые характеристики тягового транспортного средства, имеют три характерных участка (см. фиг. 4): А1В1, В1С1 и C1D1 [Луков Н.М., Стрекопытов В.В., Рудая К.И. Передачи мощности тепловозов. - М.: Транспорт, 1987, с. 65-71; Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988, с. 76-78; Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989, с. 159-160].The static characteristics of the automatic combined voltage regulation system of the traction synchronous generator, as well as the traction characteristics of the traction vehicle, have three characteristic sections (see Fig. 4): A 1 B 1 , B 1 C 1 and C 1 D 1 [Lukov N M., Strekopytov V.V., Rudaya K.I. Locomotive power transmission. - M .: Transport, 1987, p. 65-71; Lukov N.M. Automation of diesel locomotives, gas turbine locomotives and diesel trains. - M .: mechanical engineering, 1988, p. 76-78; Lukov N.M. Basics of automation and automation of diesel locomotives. - M .: Transport, 1989, p. 159-160].

На участках А1В1 имеется ограничение по максимальному току IГmax тягового синхронного генератора. На этих участках действуют два регулятора напряжения: по частоте вращения вала дизеля и по току тягового синхронного генератора. При этом ток тягового синхронного генератора остается приблизительно постоянным при изменении напряжения тягового синхронного генератора от нуля до минимального значения UГmin. При таком способе регулирования напряжения тягового синхронного генератора его мощность РГ изменяется пропорционально току тягового синхронного генератора. Это видно из фиг. 5, на которой представлены зависимости мощности РГ тягового синхронного генератора от его тока при автоматическом регулировании напряжения тягового синхронного генератора при различных значениях частоты вращения вала дизеля.On sections А 1 В 1 there is a limitation on the maximum current I Гmax of the traction synchronous generator. In these areas, there are two voltage regulators: for the rotational speed of the diesel engine shaft and for the current of the traction synchronous generator. In this case, the current of the traction synchronous generator remains approximately constant when the voltage of the traction synchronous generator changes from zero to the minimum value U Гmin . With this method of voltage regulation of the traction synchronous generator, its power R G changes in proportion to the current of the traction synchronous generator. This can be seen from FIG. 5, which shows plots of traction power P T of the synchronous generator from its current for automatic voltage regulation of the synchronous generator traction at different values of rotational speed of a diesel engine.

На участках В1С1 имеется ограничение по мощности дизеля. На этих участках ток и напряжение тягового синхронного генератора изменяются в обратно пропорциональной зависимости друг от друга при изменении напряжения тягового синхронного генератора от UГmin до значения UГmax, а тока тягового синхронного генератора от IГmax до IГmin. При этом статические характеристики автоматической комбинированной системы регулирования напряжения тягового синхронного генератора, также как и тяговые характеристики тягового транспортного средства имеют гиперболический характер. На этих участках действуют три регулятора напряжения: по отклонению напряжения от заданного значения, по частоте вращения вала дизеля и по току тягового синхронного генератора. На этих участках мощность РГ тягового синхронного генератора остается приблизительно постоянной при изменении его напряжения от UГmin до Uгmax (см. фиг. 5).On sections В 1 С 1 there is a limitation on diesel power. In these sections, the current and voltage of the traction synchronous generator change in inverse proportion to each other when the voltage of the traction synchronous generator changes from U Гmin to U Гmax , and the current of the traction synchronous generator changes from I Гmax to I Гmin . In this case, the static characteristics of the automatic combined voltage regulation system of the traction synchronous generator, as well as the traction characteristics of the traction vehicle, have a hyperbolic character. Three voltage regulators operate in these areas: according to the voltage deviation from the set value, according to the rotational speed of the diesel engine shaft and according to the current of the traction synchronous generator. In these sections, the power R G of the traction synchronous generator remains approximately constant when its voltage changes from U Gmin to Ug max (see Fig. 5).

На участках C1D1 имеется ограничение по максимальному напряжению тягового синхронного генератора. На этих участках напряжение тягового синхронного генератора остается приблизительно постоянным при изменении тока тягового синхронного генератора от IГmax до нуля и действуют два регулятора напряжения: по отклонению напряжения от заданного значения и по частоте вращения вала дизеля. При таком способе регулирования напряжения тягового синхронного генератора его мощность изменяется пропорционально току тягового синхронного генератора (см. фиг. 5. линии 32÷35).On sections C 1 D 1 there is a limitation on the maximum voltage of the traction synchronous generator. In these areas, the voltage of the traction synchronous generator remains approximately constant when the current of the traction synchronous generator changes from I Гmax to zero, and two voltage regulators operate: according to the voltage deviation from the set value and according to the rotational speed of the diesel engine shaft. With this method of voltage regulation of the traction synchronous generator, its power varies in proportion to the current of the traction synchronous generator (see Fig. 5. lines 32 ÷ 35).

Предлагаемая электрическая передача тягового транспортного средства работает следующим образом.The proposed electric transmission of a traction vehicle works as follows.

Регулирование частоты вращения общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД (тягового агрегата) и, соответственно, оси движущих колес, производится введением добавочной ЭДС в цепь выпрямленного напряжения статорных обмоток двигателя 2АД. Величина добавочной ЭДС, определяемой средним значением напряжения ведомого инвертора, регулируется путем воздействия на угол β опережения открывания вентилей ведомого инвертора с помощью блока управления ведомым инвертором, подключенного к микропроцессорному контроллеру. На фиг. 6 представлены экспериментальные механические характеристики тягового агрегата, содержащего асинхронные двигатели с фазными роторами серии АК-52-6, при разных значениях угла β (линии 36÷42), т.е. зависимости вращающего момента на валу тягового агрегата от частоты вращения его вала: линия 36-90°; линия 37-85°; линия 38-78°; линия 39-66°; линия 40-55°; линия 41-35° и тяговая характеристика тягового транспортного средства при работе дизеля на первой позиции контроллера машиниста - линия 42. Эти механические характеристики значительно отличаются от механических характеристик асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором [Каримов X.Г. Бесконтактный регулируемый электропривод. - Ташкент: Фан, 1982, 144 с, с. 90, 91].The frequency of rotation of the common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD (traction unit) and, accordingly, the axis of the driving wheels is controlled by introducing an additional EMF into the rectified voltage circuit of the stator windings of the 2AD motor. The magnitude of the additional EMF, determined by the average voltage value of the slave inverter, is regulated by influencing the angle β of the opening advance of the slave inverter valves using the slave inverter control unit connected to the microprocessor controller. FIG. 6 shows the experimental mechanical characteristics of a traction unit containing asynchronous motors with phase rotors of the AK-52-6 series, at different values of the angle β (lines 36 ÷ 42), i.e. the dependence of the torque on the shaft of the traction unit on the frequency of rotation of its shaft: line 36-90 °; line 37-85 °; line 38-78 °; line 39-66 °; line 40-55 °; line 41-35 ° and the traction characteristic of the traction vehicle when the diesel engine is operating in the first position of the driver's controller - line 42. These mechanical characteristics differ significantly from the mechanical characteristics of an induction motor with a squirrel-cage rotor [Karimov Kh.G. Non-contact adjustable electric drive. - Tashkent: Fan, 1982, 144 s, p. 90, 91].

При трогании и разгоне тягового транспортного средства ток тягового синхронного генератора будет максимальным, но он ограничивается автоматической комбинированной системой регулирования напряжения тягового синхронного генератора и не превышает значения IГmax. При этом значение скольжения S тягового агрегата будет наибольшим и наибольшими будут токи в статорных и роторных обмотках асинхронных двигателей, и тяговый агрегат развивает наибольший вращающий момент на валу.When starting and accelerating a traction vehicle, the current of the traction synchronous generator will be maximum, but it is limited by the automatic combined voltage regulation system of the traction synchronous generator and does not exceed the value of I Гmax . In this case, the slip value S of the traction unit will be the largest and the currents in the stator and rotor windings of asynchronous motors will be the largest, and the traction unit develops the highest torque on the shaft.

При номинальной частоте вращения вала тягового агрегата он работает при закороченном ведомом инверторе на естественной характеристике при β=90° с замкнутой накоротко обмоткой статора асинхронного двигателя 2АД. То есть, так работает тяговый агрегат в рабочей зоне, за которую принята зона значений частоты вращения вала тягового агрегата от неподвижного состояния до синхронной частоты вращения. При изменении угла β в диапазоне 90°÷4° частота вращения вала тягового агрегата изменяется в широких пределах (500÷30 мин-1) [Каримов X.Г. Бесконтактный регулируемый электропривод. - Ташкент: Фан, 1982, 144 с, с. 90].At the nominal rotational speed of the traction unit shaft, it operates with a short-circuited slave inverter on a natural characteristic at β = 90 ° with a short-circuited stator winding of a 2AD induction motor. That is, this is how the traction unit works in the working area, for which the zone of values of the rotation frequency of the traction unit shaft from a stationary state to the synchronous rotation frequency is taken. When the angle β changes in the range 90 ° ÷ 4 °, the frequency of rotation of the shaft of the traction unit changes over a wide range (500 ÷ 30 min -1 ) [Karimov Kh.G. Non-contact adjustable electric drive. - Tashkent: Fan, 1982, 144 s, p. 90].

Управление электрической передачей может осуществляться вручную с помощью контроллера машиниста Пк1 путем изменения тяговых позиций с Iо XV. При запуске дизеля и нулевом положении рукоятки контроллера машиниста Пк1 частота вращения вала дизеля изменяется от 0 до ω1min, при этом угол β=0. На тепловозах обычно частота вращения вала дизеля на холостом ходу (при выключенном блоке возбуждения тягового генератора) ω1min=300÷400 мин-1.The electric transmission can be controlled manually using the driver's controller Pk1 by changing the traction positions from Io XV. When starting the diesel engine and the zero position of the handle of the driver's controller Pk1, the rotational speed of the diesel engine's shaft changes from 0 to ω 1min , while the angle β = 0. On diesel locomotives, the speed of rotation of the diesel engine shaft at idle speed (with the excitation unit of the traction generator turned off) is usually ω 1min = 300 ÷ 400 min -1 .

Управление электрической передачей тягового транспортного средства может осуществляться автоматически с помощью контроллера машиниста Пк2. Частота вращения вала дизеля остается постоянной, равной ω1 nom, частота напряжения тягового синхронного генератора ƒГ=50 Гц. При этом угол β изменяется от 0 до βmax, и частота вращения вала тягового агрегата со изменяется от 0 до ωmin. Изменение угла β может осуществляться при равномерном (β1) или неравномерном (β2) распределении по тяговым позициям I÷XV контроллера машиниста Пк2 разности угла β между соседними значениями. Как видно из таблицы, при равномерном распределении по тяговым позициям разность угла β между соседними значениями составляет 6°. При неравномерном распределении по тяговым позициям разность угла β между соседними значениями составляет 4° при положениях I÷V рукоятки контроллера машиниста Пк2, 6° - при положениях V÷X и 8° - при положениях X÷XV.The electric transmission of a traction vehicle can be controlled automatically using the Pk2 driver's controller. The diesel engine shaft rotation frequency remains constant, equal to ω1 nom , the voltage frequency of the traction synchronous generator ƒ Г = 50 Hz. In this case, the angle β changes from 0 to β max , and the frequency of rotation of the shaft of the traction unit с changes from 0 to ω min . The change in the angle β can be carried out with a uniform (β 1 ) or non-uniform (β 2 ) distribution over the traction positions I ÷ XV of the driver's controller Pk2 of the angle difference β between adjacent values. As can be seen from the table, with a uniform distribution over the traction positions, the difference in the angle β between adjacent values is 6 °. With an uneven distribution over the traction positions, the difference in the angle β between adjacent values is 4 ° at positions I ÷ V of the handle of the Pk2 driver's controller, 6 ° at positions V ÷ X and 8 ° at positions X ÷ XV.

Figure 00000001
Figure 00000001

Использование при неравномерном распределении угла β меньших, чем при равномерном распределении, ступеней изменения угла β (4° вместо 6° при положениях I÷V рукоятки контроллера машиниста Пк2) обеспечивает меньшие броски тока тягового агрегата и касательной силы тяги и более плавное увеличение скорости движения тягового транспортного средства. Равномерное распределение угла β целесообразно использовать при движении тягового транспортного средства резервом, т.е. без состава, или при движении с порожним составом и несложном профиле пути, неравномерное распределение угла β - при движении тягового транспортного средства с груженым составом.Using, with an uneven distribution of the angle β, smaller than with a uniform distribution, the steps of changing the angle β (4 ° instead of 6 ° at the positions I ÷ V of the handle of the driver's controller Pk2) provides smaller current surges of the traction unit and tangential traction force and a smoother increase in the speed of the traction vehicle. It is advisable to use the uniform distribution of the angle β when the traction vehicle is moving in reserve, i.e. without a train, or when driving with an empty train and a simple track profile, an uneven distribution of the angle β - when a traction vehicle with a loaded train moves.

Расчетные тяговые характеристики тягового транспортного средства при равномерном распределении угла β по тяговым позициям I÷XV контроллера машиниста Пк2 представлены на фиг. 7. Благодаря действию автоматической комбинированной системы регулирования напряжения тягового синхронного генератора (см. фиг. 4 и 5) обеспечивается постоянство мощности тягового синхронного генератора на каждой тяговой позиции контроллера машиниста Пк2, и тяговые характеристики (линии 43÷57 на фиг. 7) тягового транспортного средства имеют вид гиперболы. На фиг. 7 показаны также расчетные характеристики агрегата сопротивления движению тягового транспортного средства, т.е. характеристики силы основного сопротивления движению тягового транспортного средства Wo (линия 58 - на площадке, линия 59 - на подъеме).The calculated traction characteristics of a traction vehicle with a uniform distribution of the angle β over traction positions I ÷ XV of the driver's controller Pk2 are shown in Fig. 7. Thanks to the action of the automatic combined voltage regulation system of the traction synchronous generator (see Figs. 4 and 5), the constancy of the traction synchronous generator power at each traction position of the driver's controller Pk2 is ensured, and the traction characteristics (lines 43 ÷ 57 in Fig. 7) of the traction transport the means look like a hyperbole. FIG. 7 also shows the calculated characteristics of the unit of resistance to movement of the traction vehicle, i.e. characteristics of the force of the main resistance to the movement of the traction vehicle Wo (line 58 - on the site, line 59 - on the rise).

После трогания тягового транспортного средства по мере уменьшения скольжения тягового агрегата, увеличения частоты вращения его вала и, соответственно, увеличения скорости движения тягового транспортного средства, уменьшается ток тягового синхронного генератора и увеличивается его напряжение под действием автоматической комбинированной системы регулирования напряжения.After starting off the traction vehicle, as the slip of the traction unit decreases, the rotation frequency of its shaft increases and, accordingly, the speed of the traction vehicle increases, the current of the traction synchronous generator decreases and its voltage increases under the action of the automatic combined voltage regulation system.

Возможность реализации энергии скольжения тягового агрегата обеспечивает сохранение достаточно высоких значений коэффициента полезного действия электрической передачи тягового транспортного средства при изменении частоты вращения вала тягового агрегата в широком диапазоне.The possibility of realizing the sliding energy of the traction unit ensures the preservation of sufficiently high values of the efficiency of the electric transmission of the traction vehicle when changing the rotational speed of the traction unit shaft in a wide range.

При переводе рукоятки контроллера машиниста Пк2 с тяговой позиции I на тяговую позицию II угол β изменяется от 0° до 6°, то есть на 6,67% возможного диапазона его изменения, частота напряжения тягового синхронного генератора также изменяется на 6,67% - от 0 Гц до 3,34 Гц. Частота вращения вала тягового агрегата увеличивается незначительно, всего на 6,67% от номинального значения. При последующих последовательных изменениях тяговых позиций контроллера машиниста Пк2 на одну с II до XV и частоты напряжения тягового синхронного генератора до 50 Гц, частота вращения вала тягового агрегата изменяется каждый раз на 6,67% от ее номинального значения. При этом фактически реализуется частотное управление тяговым агрегатом путем ступенчатого изменения частоты питающего напряжения от 0 Гц до 50 Гц со ступенями 3,34 Гц.When the handle of the Pk2 driver's controller is moved from traction position I to traction position II, the angle β changes from 0 ° to 6 °, that is, by 6.67% of the possible range of its variation, the voltage frequency of the traction synchronous generator also changes by 6.67% - from 0 Hz to 3.34 Hz. The shaft rotation frequency of the traction unit increases insignificantly, by only 6.67% of the nominal value. With subsequent successive changes in the traction positions of the driver's controller Pk2 by one from II to XV and the voltage frequency of the traction synchronous generator up to 50 Hz, the rotational speed of the traction unit shaft changes each time by 6.67% of its nominal value. In this case, the frequency control of the traction unit is actually implemented by stepwise changing the frequency of the supply voltage from 0 Hz to 50 Hz with 3.34 Hz steps.

Управление электрической передачей тягового транспортного средства осуществляется автоматически с помощью микропроцессорного контроллера в соответствии с заложенным в него алгоритмом работы, при этом частота напряжения тягового синхронного генератора будет меняться бесступенчато, что улучшит продольную динамику в поезде при ведении груженого состава большой массы.The electric transmission of the traction vehicle is controlled automatically by means of a microprocessor controller in accordance with the operation algorithm laid down in it, while the voltage frequency of the traction synchronous generator will change steplessly, which will improve the longitudinal dynamics in the train when driving a loaded train of large mass.

Микропроцессорная система управления электрической передачей тягового транспортного средства задает частоту напряжения питания тягового агрегата с заданным превышением над частотой, соответствующей частоте вращения вала тягового агрегата. Таким образом, входными управляющими воздействиями для тягового агрегата остаются лишь два: напряжение тягового синхронного генератора и угол р.The microprocessor control system for the electric transmission of the traction vehicle sets the frequency of the supply voltage of the traction unit with a predetermined excess over the frequency corresponding to the rotational speed of the traction unit shaft. Thus, there are only two input control actions for the traction unit: the voltage of the traction synchronous generator and the angle p.

На фиг. 8 представлена зависимость частоты вращения вала тягового агрегата от угла β.FIG. 8 shows the dependence of the traction unit shaft rotation frequency on the angle β.

На фиг. 9 приведена блок-схема микропроцессорной системы управления электрической передачей тягового транспортного средства. Здесь позициям 60÷65 соответствуют следующие блоки: блок выбора алгоритма управления электрической передачей (поз. 60); блок измерения (расчета) основного сопротивления движению тягового транспортного средства (поз. 61); блок, реализующий алгоритм 1 управления электрической передачей и обеспечивающий равномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты - при движении тягового транспортного средства резервом или ведении порожнего состава и несложном профиле пути (поз. 62); блок, реализующий алгоритм 2 управления электрической передачей и обеспечивающий неравномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты - при движении тягового транспортного средства с груженым составом (поз. 63); блок, реализующий алгоритм 3 управления электрической передачей и обеспечивающий плавное бесступенчатое изменение частоты напряжения тягового синхронного генератора - при движении тягового транспортного средства с составом большой массы и сложном профиле пути (поз. 64); блок задания входных сигналов для блока возбуждения тягового синхронного генератора и блока управления ведомым инвертором (поз. 65). На фиг. 9 пунктирная линия, соединяющая блоки 60 и 65, соответствует ручному управлению электрической передачей тягового транспортного средства с помощью контроллера машиниста Пк1.FIG. 9 shows a block diagram of a microprocessor-based control system for electric transmission of a traction vehicle. Here positions 60 ÷ 65 correspond to the following blocks: block for selecting the algorithm for controlling the electric transmission (pos. 60); a unit for measuring (calculating) the main resistance to movement of a traction vehicle (pos. 61); a block that implements the algorithm 1 for controlling the electric transmission and ensures uniform distribution of the voltage frequency of the traction synchronous generator over the traction positions of the second driver controller with a step change in frequency - when the traction vehicle is moving in reserve or when an empty train is being driven and a simple track profile (pos. 62); a block that implements the algorithm 2 for controlling the electric transmission and provides an uneven distribution over the traction positions of the second driver controller of the voltage frequency of the traction synchronous generator with a step change in frequency - when the traction vehicle is moving with a laden train (pos. 63); a block that implements the algorithm 3 for controlling the electric transmission and provides a smooth stepless change in the voltage frequency of the traction synchronous generator - when a traction vehicle with a large mass composition and a complex track profile is moving (pos. 64); block for setting the input signals for the excitation unit of the traction synchronous generator and the slave inverter control unit (pos. 65). FIG. 9, the dashed line connecting blocks 60 and 65 corresponds to manual control of the electric transmission of the traction vehicle using the driver's controller Pk1.

Предлагаемая электрическая передача тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления по своим энергетическим и массогабаритным показателям может быть конкурентноспособна с приводом тяговый преобразователь частоты - асинхронный тяговый двигатель с короткозамкнутым ротором, если учесть завышение установленной мощности асинхронного тягового двигателя с коротко замкнутым ротором на 15% в частотном приводе из-за влияния перенапряжений и потерь от высших гармоник, а также большие габариты и массу самого тягового преобразователя частоты [Каримов X.Г. Бесконтактный регулируемый электропривод. - Ташкент: Фан, 1982, с. 18]. Эта электрическая передача может отличаться от известных также более высоким КПД, большей надежностью и меньшей стоимостью.The proposed electric transmission of a traction vehicle with a microprocessor control system in its energy and weight and dimensions can be competitive with a traction frequency converter drive - an asynchronous traction motor with a squirrel-cage rotor, if we take into account the overestimation of the installed power of an asynchronous traction motor with a squirrel-cage rotor by 15% in a frequency drive due to the influence of overvoltages and losses from higher harmonics, as well as the large dimensions and weight of the traction frequency converter itself [Karimov Kh.G. Non-contact adjustable electric drive. - Tashkent: Fan, 1982, p. 18]. This electrical transmission may differ from the known ones also by higher efficiency, greater reliability and lower cost.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в том, что в предлагаемой электрической передаче обеспечивается изменение в широком диапазоне скорости движения и касательной силы тяги тягового транспортного средства при постоянных значениях частоты вращения вала дизеля, его мощности и вращающего момента на валу дизеля, благодаря наличию связи сигналов управляющих воздействий с массой груженого состава и профилем пути, осуществляемой посредством блока измерения (расчета) основного сопротивления движению тягового транспортного средства, что улучшит продольную динамику в поезде при ведении груженого состава большой массы и сложном профиле пути.The technical result that can be obtained by implementing the invention is that the proposed electric transmission provides a change in a wide range of speed and tangential traction force of the traction vehicle at constant values of the rotational speed of the diesel engine shaft, its power and torque on the shaft diesel engine, due to the connection of control signals with the mass of the loaded train and the track profile, carried out by means of the unit for measuring (calculating) the main resistance to the movement of the traction vehicle, which will improve the longitudinal dynamics in the train when driving a loaded train of large mass and a complex track profile.

Перечень чертежейList of drawings

Фиг. 1. Принципиальная блок-схема электрической передачи переменного тока тягового транспортного средстваFIG. 1. A schematic block diagram of an alternating current electrical transmission of a traction vehicle

Фиг. 2. Зависимости мощности и вращающего момента дизеля тягового транспортного средства от частоты вращения вала дизеляFIG. 2. Dependences of the power and torque of the diesel engine of the traction vehicle on the rotational speed of the diesel engine

Фиг. 3. Тяговые характеристики тягового транспортного средства при различных значениях частоты вращения вала дизеля и характеристики агрегата сопротивления движению тягового транспортного средстваFIG. 3. Traction characteristics of a traction vehicle at different values of the rotational speed of the diesel engine shaft and characteristics of the unit of resistance to movement of the traction vehicle

Фиг. 4. Зависимости напряжения тягового синхронного генератора от тока тягового синхронного генератора при различных значениях частоты вращения вала дизеляFIG. 4. Dependences of the voltage of the traction synchronous generator on the current of the traction synchronous generator at various values of the rotational speed of the diesel engine shaft

Фиг. 5. Зависимости мощности тягового синхронного генератора от тока тягового синхронного генератора при автоматическом регулировании его напряжения и различных значениях частоты вращения его вала дизеля.FIG. 5. Dependences of the power of the traction synchronous generator on the current of the traction synchronous generator with automatic regulation of its voltage and various values of the rotational speed of its diesel engine shaft.

Фиг. 6. Экспериментальные механические характеристики тягового агрегата, содержащего асинхронные двигатели с фазными роторами серии АК-52-6, при разных значениях угла β (зависимости вращающего момента на валу тягового агрегата от частоты вращения его вала) и тяговая характеристика тягового транспортного средства при работе дизеля на первой тяговой позиции контроллера машиниста.FIG. 6. Experimental mechanical characteristics of a traction unit containing asynchronous motors with phase rotors of the AK-52-6 series, at different values of the angle β (dependence of the torque on the traction unit shaft on the rotation frequency of its shaft) and the traction characteristic of the traction vehicle when the diesel engine is running on the first traction position of the driver's controller.

Фиг. 7. Расчетные тяговые характеристики тягового транспортного средства при равномерном распределении угла β по тяговым позициям I÷XV контроллера машиниста Пк2 и расчетные характеристики агрегата сопротивления движению тягового транспортного средства (характеристики силы основного сопротивления движению тягового транспортного средства Wo).FIG. 7. Calculated traction characteristics of a traction vehicle with a uniform distribution of angle β over traction positions I ÷ XV of the driver's controller Pk2 and calculated characteristics of the unit of resistance to the movement of a traction vehicle (characteristics of the main resistance force to the movement of a traction vehicle Wo).

Фиг. 8. Зависимость частоты вращения вала тягового агрегата от угла β.FIG. 8. Dependence of the traction unit shaft rotation frequency on the angle β.

Фиг. 9. Блок-схема микропроцессорной системы управления электрической передачей тягового транспортного средства.FIG. 9. Block diagram of a microprocessor control system for electric transmission of a traction vehicle.

Перечень позиций на фигурах и соответствующие им элементыList of positions on figures and their corresponding elements

1 - тяговый синхронный генератор1 - traction synchronous generator

2 - блок возбуждения тягового синхронного генератора2 - excitation unit of traction synchronous generator

3 - дизель3 - diesel

4 - асинхронный двигатель 1АД4 - asynchronous motor 1AD

5 - асинхронный двигатель 2АД5 - asynchronous motor 2AD

6 - роторная обмотка асинхронного двигателя 1АД6 - rotor winding of an asynchronous motor 1AD

7 - роторная обмотка асинхронного двигателя 2АД7 - rotor winding of an asynchronous motor 2AD

8 - общий вал асинхронных двигателей 1АД и 2АД8 - common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD

9 - тяговый редуктор и ось движущих колес9 - traction reducer and axle of driving wheels

10 - неуправляемый выпрямитель10 - uncontrolled rectifier

11 - ведомый инвертор11 - slave inverter

12 - блок управления ведомым инвертором12 - slave inverter control unit

13 - датчик частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора13 - sensor of the rotational speed of the diesel engine and traction synchronous generator

14 - датчик частоты вращения общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД14 - speed sensor of the common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD

15 - датчик напряжения тягового синхронного генератора15 - voltage sensor of traction synchronous generator

16 - датчик тока тягового синхронного генератора 17- контроллер машиниста Пк116 - current sensor of traction synchronous generator 17- driver's controller Pk1

18 - контроллер машиниста Пк218 - driver's controller Pk2

19 - микропроцессорный контроллер19 - microprocessor controller

20 - зависимость мощности дизеля от частоты вращения его вала20 - the dependence of the diesel engine power on the speed of its shaft

21 - зависимость вращающего момента на валу дизеля от частоты вращения его вала21 - the dependence of the torque on the shaft of the diesel engine on the frequency of rotation of its shaft

22÷25 - тяговые характеристики тягового транспортного средства при различных значениях частоты вращения вала дизеля22 ÷ 25 - traction characteristics of a traction vehicle at different values of the diesel engine shaft speed

26 - характеристика агрегата сопротивления движению тягового транспортного средства на площадке26 - characteristic of the unit of resistance to movement of the traction vehicle on the site

27 - характеристика агрегата сопротивления движению тягового транспортного средства на подъеме27 - characteristic of the unit of resistance to the movement of the traction vehicle on the rise

28÷31 - зависимости напряжения тягового синхронного генератора от его тока28 ÷ 31 - dependence of the voltage of the traction synchronous generator on its current

32÷35 - зависимости мощности тягового синхронного генератора от его тока32 ÷ 35 - dependence of the power of the traction synchronous generator on its current

36÷41 - зависимости вращающего момента на валу тягового агрегата от частоты вращения его вала36 ÷ 41 - dependence of the torque on the shaft of the traction unit on the speed of its shaft

42 - тяговая характеристика тягового транспортного средства при работе дизеля на первой позиции контроллера машиниста Пк242 - traction characteristic of a traction vehicle when the diesel engine is operating in the first position of the driver's controller Pk2

43÷57 - тяговые характеристики тягового транспортного средства при равномерном распределении угла β по тяговым позициям I ÷XV контроллера машиниста Пк243 ÷ 57 - traction characteristics of a traction vehicle with a uniform distribution of angle β over traction positions I ÷ XV of the driver's controller Pk2

58 - характеристика силы основного сопротивления движению тягового транспортного средства Wo на площадке58 - characteristic of the force of the main resistance to the movement of the traction vehicle Wo on the site

59 - характеристика силы основного сопротивления движению тягового транспортного средства Wo на подъеме59 - characteristic of the force of the main resistance to the movement of the traction vehicle Wo on the rise

60 - блок выбора алгоритма управления электрической передачей60 - block for selecting an algorithm for controlling electric transmission

61 - блок измерения (расчета) основного сопротивления движению тягового транспортного средства61 - unit for measuring (calculating) the main resistance to movement of a traction vehicle

62 - блок, реализующий алгоритм 1 управления электрической передачей и обеспечивающий равномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты - при движении тягового транспортного средства резервом или ведении порожнего состава и несложном профиле пути62 - a block that implements the algorithm 1 for controlling the electric transmission and ensures uniform distribution of the voltage frequency of the traction synchronous generator over the traction positions of the second controller of the driver when the frequency is stepped - when the traction vehicle is moving in reserve or when an empty train is being driven and a simple track profile

63 - блок, реализующий алгоритм 2 управления электрической передачей и обеспечивающий неравномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты - при движении тягового транспортного средства с груженым составом63 - block that implements the algorithm 2 for controlling the electric transmission and provides uneven distribution of the voltage frequency of the traction synchronous generator over the traction positions of the second controller of the driver when the frequency is stepped - when the traction vehicle is moving with a laden train

64 - блок, реализующий алгоритм 3 управления электрической передачей и обеспечивающий плавное бесступенчатое изменение частоты напряжения тягового синхронного генератора - при движении тягового транспортного средства с составом большой массы и сложном профиле пути64 - block that implements the algorithm 3 for controlling the electric transmission and provides a smooth stepless change in the voltage frequency of the traction synchronous generator - when a traction vehicle is moving with a large mass composition and a complex track profile

65 - блок задания входных сигналов для блока возбуждения тягового синхронного генератора и блока управления ведомым инвертором65 - block for setting input signals for the excitation unit of the traction synchronous generator and the control unit for the slave inverter

Перечень обозначений физических величинList of physical quantities

ω - частота вращения вала тягового агрегата (общего вала асинхронных двигателей 1АД и 2АД)ω - rotational speed of the traction unit shaft (common shaft of asynchronous motors 1AD and 2AD)

ωmin - минимальная частота вращения вала тягового агрегатаω min - minimum speed of the traction unit shaft

ω1 - частота вращения вала дизеля и тягового синхронного генератораω 1 - rotational speed of the diesel engine and traction synchronous generator

ω1 min - минимальная частота вращения вала дизеля и тягового синхронного генератораω 1 min - minimum shaft speed of diesel engine and traction synchronous generator

ω1nom - номинальная частота вращения вала дизеля и тягового синхронного генератораω 1nom - rated speed of diesel engine and traction synchronous generator

UГ - напряжение тягового синхронного генератораU G - voltage of the traction synchronous generator

UГ min - минимальное напряжение тягового синхронного генератораU G min - the minimum voltage of the traction synchronous generator

UГ max - максимальное напряжение тягового синхронного генератораU G max - maximum voltage of the traction synchronous generator

IГ - ток тягового синхронного генератораI G - current traction synchronous generator

IГmin - минимальный ток тягового синхронного генератораI Гmin - minimum current of traction synchronous generator

IГmax - максимальный ток тягового синхронного генератораI Гmax - maximum current of the traction synchronous generator

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

РГ - мощность на выходе тягового синхронного генератораR G - power at the output of the traction synchronous generator

NД - мощность дизеляN D - diesel power

МД - вращающий момент на валу дизеляМ Д - torque on the diesel shaft

FК - касательная сила тяги тягового транспортного средстваF K - the tangential traction force of the traction vehicle

υ - скорость движения тягового транспортного средстваυ is the speed of the traction vehicle

υmax - максимальная скорость движения тягового транспортного средстваυ max - maximum speed of the traction vehicle

υmin - минимальная скорость движения тягового транспортного средстваυ min - the minimum speed of the traction vehicle

Wo - сила основного сопротивления движению тягового транспортного средстваWo is the force of the main resistance to the movement of the traction vehicle

β - угол опережения открывания вентилей ведомого инвертораβ - the angle of advancing the opening of the slave inverter valves

ƒГ - частота напряжения тягового синхронного генератораƒ Г - voltage frequency of traction synchronous generator

S - скольжение тягового агрегатаS - sliding of the traction unit

Claims (1)

Электрическая передача переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления, содержащая: тяговый синхронный генератор; блок возбуждения тягового синхронного генератора; дизель, вал которого соединен механически с валом тягового синхронного генератора; два асинхронных двигателя с фазными роторами, причем оба асинхронных двигателя имеют общий вал, соединенный механически с тяговым редуктором и осью движущих колес тягового транспортного средства, роторные обмотки асинхронных двигателей соединены между собой электрически с обратной последовательностью следования фаз так, что магнитные поля, создаваемые токами этих обмоток, вращаются в противоположных направлениях; ведомый инвертор с блоком управления; неуправляемый выпрямитель, подключенный к ведомому инвертору и статорной обмотке второго асинхронного двигателя, обмотка статора первого асинхронного двигателя питается от тягового синхронного генератора и также подключена к ведомому инвертору; датчик частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора; датчик частоты вращения общего вала асинхронных двигателей; датчик напряжения тягового синхронного генератора; датчик тока тягового синхронного генератора; первый контроллер машиниста, при помощи которого осуществляется ручное управление электрической передачей; второй контроллер машиниста, при помощи которого осуществляется автоматическое управление электрической передачей; микропроцессорный контроллер; причем датчик частоты вращения вала дизеля и тягового синхронного генератора, датчик частоты вращения общего вала асинхронных двигателей, датчик напряжения тягового синхронного генератора, датчик тока тягового синхронного генератора и оба контроллера машиниста подключены к микропроцессорному контроллеру, который в свою очередь подключен к блоку управления ведомым инвертором и блоку возбуждения тягового синхронного генератора, отличающаяся тем, что микропроцессорный контроллер, выполняющий функции микропроцессорной системы управления тяговым транспортным средством, содержит: блок выбора алгоритма управления электрической передачей; блок измерения (расчета) основного сопротивления движению тягового транспортного средства; блок, реализующий алгоритм 1 управления электрической передачей и обеспечивающий равномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты; блок, реализующий алгоритм 2 управления электрической передачей и обеспечивающий неравномерное распределение по тяговым позициям второго контроллера машиниста частоты напряжения тягового синхронного генератора при ступенчатом изменении частоты; блок, реализующий алгоритм 3 управления электрической передачей и обеспечивающий плавное бесступенчатое изменение частоты напряжения тягового синхронного генератора; блок задания входных сигналов для блока возбуждения тягового синхронного генератора и блока управления ведомым инвертором; регулирование частоты вращения общего вала асинхронных двигателей и, соответственно, оси движущих колес производит введением добавочной ЭДС в цепь выпрямленного напряжения статорной обмотки второго асинхронного двигателя; регулирует величину добавочной ЭДС, определяемой средним значением напряжения ведомого инвертора, путем воздействия на угол опережения открывания вентилей ведомого инвертора с помощью блока управления ведомым инвертором; в зависимости от результатов измерения (расчета) основного сопротивления движению тягового транспортного средства реализует алгоритмы 1, 2 или 3 с целью обеспечения меньших бросков тока асинхронных двигателей и, соответственно, касательной силы тяги и более плавного изменения скорости движения тягового транспортного средства.AC electric transmission of a traction vehicle with a microprocessor control system, comprising: traction synchronous generator; excitation unit of a traction synchronous generator; diesel, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of a traction synchronous generator; two asynchronous motors with phase rotors, both asynchronous motors have a common shaft, mechanically connected to the traction gearbox and the axle of the driving wheels of the traction vehicle, the rotor windings of the induction motors are electrically connected to each other with a reverse phase sequence so that the magnetic fields created by the currents of these windings rotate in opposite directions; slave inverter with control unit; an uncontrolled rectifier connected to the slave inverter and the stator winding of the second asynchronous motor, the stator winding of the first asynchronous motor is powered by a traction synchronous generator and is also connected to the slave inverter; shaft speed sensor for diesel engine and traction synchronous generator; common shaft speed sensor for induction motors; voltage sensor of traction synchronous generator; traction synchronous generator current sensor; the first controller of the driver, with the help of which manual control of the electric transmission is carried out; the second driver's controller, with the help of which automatic control of the electric transmission is carried out; microprocessor controller; moreover, the speed sensor of the shaft of the diesel engine and the traction synchronous generator, the speed sensor of the common shaft of asynchronous motors, the voltage sensor of the traction synchronous generator, the current sensor of the traction synchronous generator and both driver controllers are connected to a microprocessor controller, which in turn is connected to the control unit of the slave inverter and an excitation unit of a traction synchronous generator, characterized in that a microprocessor controller performing the functions of a microprocessor control system for a traction vehicle comprises: a unit for selecting an algorithm for controlling an electric transmission; a unit for measuring (calculating) the main resistance to movement of a traction vehicle; a block that implements the algorithm 1 for controlling the electric transmission and provides a uniform distribution over the traction positions of the second driver controller of the voltage frequency of the traction synchronous generator with a step change in frequency; a block that implements the algorithm 2 for controlling the electric transmission and provides an uneven distribution over the traction positions of the second driver controller of the voltage frequency of the traction synchronous generator when the frequency is stepped; a block that implements the algorithm 3 for controlling the electric transmission and provides a smooth stepless change in the voltage frequency of the traction synchronous generator; a unit for setting the input signals for the excitation unit of the traction synchronous generator and the slave inverter control unit; regulation of the rotational speed of the common shaft of asynchronous motors and, accordingly, the axis of the driving wheels is performed by introducing an additional EMF into the rectified voltage circuit of the stator winding of the second asynchronous motor; regulates the magnitude of the additional EMF, determined by the average voltage value of the slave inverter, by influencing the opening advance angle of the slave inverter valves using the slave inverter control unit; depending on the results of measurement (calculation) of the main resistance to movement of the traction vehicle, it implements algorithms 1, 2 or 3 in order to ensure smaller inrush currents of induction motors and, accordingly, the tangential traction force and a smoother change in the speed of the traction vehicle.
RU2019105584A 2019-02-27 2019-02-27 Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system RU2729767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105584A RU2729767C1 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105584A RU2729767C1 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729767C1 true RU2729767C1 (en) 2020-08-12

Family

ID=72086183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105584A RU2729767C1 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2729767C1 (en)

Citations (8)

* 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
DE1950222A1 (en) * 1968-10-07 1970-04-16 Grace W R & Co Coating compositions in the form of organosols or plastisols
JPS5497911A (en) * 1977-12-27 1979-08-02 Gen Electric System for electrically driving tractor mounted with power source
US5402046A (en) * 1992-07-01 1995-03-28 Smh Management Services Ag Vehicle drive system
EP0649769A1 (en) * 1993-10-20 1995-04-26 J.M. Voith GmbH Traction device for transportation means
RU2207701C1 (en) * 2002-09-04 2003-06-27 Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Electric power transmission device of traction vehicle
RU2225301C2 (en) * 2002-04-08 2004-03-10 Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Traction vehicle ac power transmission
RU2283247C1 (en) * 2005-02-17 2006-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (РГОТУПС) Traction vehicle ac electric power transmission

Patent Citations (8)

* 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
DE1950222A1 (en) * 1968-10-07 1970-04-16 Grace W R & Co Coating compositions in the form of organosols or plastisols
JPS5497911A (en) * 1977-12-27 1979-08-02 Gen Electric System for electrically driving tractor mounted with power source
US5402046A (en) * 1992-07-01 1995-03-28 Smh Management Services Ag Vehicle drive system
EP0649769A1 (en) * 1993-10-20 1995-04-26 J.M. Voith GmbH Traction device for transportation means
RU2225301C2 (en) * 2002-04-08 2004-03-10 Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Traction vehicle ac power transmission
RU2207701C1 (en) * 2002-09-04 2003-06-27 Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Electric power transmission device of traction vehicle
RU2283247C1 (en) * 2005-02-17 2006-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (РГОТУПС) Traction vehicle ac electric power transmission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106941333B (en) Hybrid device with segmented waveform converter
RU2297090C1 (en) Traction vehicle electric power transmission gear
JPH07131994A (en) Drive controller for a plurality of motors
RU2729767C1 (en) Traction vehicle alternating current electric transmission with microprocessor control system
US2629075A (en) Electrical generator with variable frequency and power transmission systems
RU88326U1 (en) Shunting diesel locomotive with electric drive of auxiliary loads
RU2402865C1 (en) Method for optimal frequency control of asynchronous motor
Lingaitis et al. Electric drives of traction rolling stocks with AC motors
RU2520837C1 (en) Method for electrical transmission regulation for diesel-electric locomotive
JP5851867B2 (en) Induction motor drive device
RU2438886C2 (en) Method of adjusting diesel locomotive electric power transmission
RU2451389C1 (en) Method to control induction propulsion engine
Hesla Electrification of a major steel mill part 5: Scherbius and kraemer drives [history]
RU2241837C2 (en) Vehicle power plant temperature regulator
RU2283247C1 (en) Traction vehicle ac electric power transmission
RU2225301C2 (en) Traction vehicle ac power transmission
RU2344949C1 (en) Electromagnetic torque control method for direct-current railway motors on electric rolling stock
RU2700101C1 (en) Method of controlling electric transmission of diesel locomotives
JPS602094A (en) Field controller of shaft generating motor
RU2789235C1 (en) System for controlling traction motors of a locomotive with axial tractive force control and compliance with the motor cooling efficiency
RU2423252C1 (en) Method of adjusting diesel locomotive electric transmission
RU2252150C2 (en) Traction vehicle ac power transmission
RU2751372C1 (en) Traction electric drive
RU2130389C1 (en) Diesel locomotive electrical transmission control method
US587340A (en) Operating alternating motors

Legal Events

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

Effective date: 20210228