RU2732306C1

RU2732306C1 - Valve-inductor electromechanical converter

Info

Publication number: RU2732306C1
Application number: RU2019124603A
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Поверенов; Александр Дмитриевич Петрушин; Владимир Кириллович Санин
Original assignee: Александр Дмитриевич Петрушин; Владимир Кириллович Санин
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-09-15

Abstract

FIELD: rail vehicles.SUBSTANCE: invention relates to railway transport and serves to convert kinetic energy of car wagons separation on sorting hills into electric energy. Valve-inductor electromechanical converter contains salient-pole stator with single-phase concentrated winding wound on it. Supply of power to the coil is carried out from a semiconductor converter operating on signals from a wheel position sensor. Stator does not bear additional windings of the magnetising field.EFFECT: simplified design of braking device and increased ratio of brake torque to weight of device.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям энергии и может использоваться в транспортных системах, например, в области железнодорожного транспорта для преобразования кинетической энергии отцепа вагонов на сортировочных горках в электрическую энергию.The invention relates to electromechanical energy converters and can be used in transport systems, for example, in the field of railway transport for converting the kinetic energy of the detachment of cars on marshalling humps into electrical energy.

Известна конструкция устройства (RU 2060187, B61K 7/12, 20.05.1996), которая содержит последовательно расположенные вдоль железнодорожного пути электромагниты, каждый из которых представляет собой соленоидальную сверхпроводящую катушку, помещенную в криостат, расположенный между полюсами, выполненными в виде рельсовых вставок, после немагнитных участков рельсов. Обмотки электромагнитов подключены к источнику питания, в качестве которого используется сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, через параллельно и последовательно включенные им сверхпроводящие ключи.The known design of the device (RU 2060187, B61K 7/12, 05/20/1996), which contains sequentially located along the railway track electromagnets, each of which is a solenoidal superconducting coil placed in a cryostat located between the poles made in the form of rail inserts, after non-magnetic rail sections. The windings of the electromagnets are connected to a power source, which is a superconducting inductive energy storage device, through superconducting switches connected in parallel and in series.

Устройство, выполненное по такой схеме, требует значительного изменения инфраструктуры имеющихся рельсовых путей.A device made according to this scheme requires a significant change in the infrastructure of the existing railways.

Кроме того, использование сверхпроводящих материалов существенно увеличивает стоимость конечного изделия.In addition, the use of superconducting materials significantly increases the cost of the final product.

Также известна конструкция устройства (RU 2080269, B61K 7/12, 27.05.1997), которая содержит два U-образных магнитопровода из ферромагнитного материала, охватывающих рельсы с нижней и с боковых сторон, катушки из проводникового материала, насаженные на стержни каждого магнитопровода, подвижные балки, размещенные в верхней части магнитопроводов с прикрепленными к ним тормозными шинами и кронштейны с амортизаторами. Каждый из стержней выполнен в виде трех расположенных параллельно элементов, причем катушки насажены на средние элементы стержней, а на крайние элементы стержней, составляющих с установленными и закрепленными в верхней их части немагнитными вставками высоту, равную высоте средних элементов упомянутых стержней, закреплены кронштейны с установленными на них амортизаторами.Also known is the design of the device (RU 2080269, B61K 7/12, 05/27/1997), which contains two U-shaped magnetic cores of ferromagnetic material, covering the rails from the bottom and from the sides, coils of conductive material, mounted on the rods of each magnetic core, movable beams located in the upper part of the magnetic circuits with brake tires attached to them and brackets with shock absorbers. Each of the rods is made in the form of three parallel elements, and the coils are mounted on the middle elements of the rods, and on the extreme elements of the rods, which, with non-magnetic inserts installed and fixed in their upper part, make up a height equal to the height of the middle elements of the said rods, brackets with installed on them with shock absorbers.

Устройство, выполненное по такой схеме, требует участие оператора, который осуществляет включение замедлителя, основываясь на массе и скорости отцепа. Кроме того, осуществляется фрикционное воздействие посредством тормозных шин, что приводит к механическому износу самого устройства и безвозвратные потери на выделение тепла.A device made according to this scheme requires the participation of an operator who engages the retarder based on the mass and speed of the cut. In addition, frictional action is carried out by means of brake tires, which leads to mechanical wear of the device itself and irreversible losses for heat generation.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция тормозного устройства (RU 2611474, B61K 7/12, 2015.11.10), которая содержит два U-образных магнитопровода из ферромагнитного материала, каждый из которых охватывает ходовые рельсы с нижней и с боковых сторон, электрические обмотки из проводникового материала, расположенные на каждом магнитопроводе, подключенные к источнику электропитания, электрические обмотки выполнены по схеме, распределенной по длине U-образного магнитопровода трехфазной обмотки и уложены в вертикальных пазах, которые выполнены на внутренних боковых сторонах магнитопроводов, причем управляющий вход источника электропитания соединен с первым выходом датчика движения, второй выход которого соединен с входом дополнительного источника электропитания, выходы которого соединены с обмоткой подмагничивающего поля, расположенной на горизонтальной части U-образных магнитопроводов.The closest to the claimed design is the design of the braking device (RU 2611474, B61K 7/12, 2015.11.10), which contains two U-shaped magnetic cores made of ferromagnetic material, each of which covers the running rails from the bottom and from the sides, electric windings from conductor material located on each magnetic core, connected to a power source, electrical windings are made according to a scheme distributed along the length of a U-shaped magnetic core of a three-phase winding and laid in vertical slots that are made on the inner lateral sides of the magnetic cores, and the control input of the power supply is connected to the first output motion sensor, the second output of which is connected to the input of an additional power supply, the outputs of which are connected to the bias field winding located on the horizontal part of the U-shaped magnetic circuits.

Устройства, выполненные по такой схеме, в процессе своей установки требуют дополнительных трудоемких работ по изменению имеющейся инфраструктуры верхнего строения пути. Использование U-образного магнитопровода, который охватывает ходовые рельсы с нижней и с боковых сторон, значительно увеличивает длину магнитной цепи и, соответственно, магнитное сопротивление магнитопровода. Это снижает соотношение тормозного усилия к массе устройства.Devices made according to this scheme, in the process of their installation, require additional labor-intensive work to change the existing infrastructure of the upper track structure. The use of a U-shaped magnetic circuit, which covers the running rails from the bottom and from the sides, significantly increases the length of the magnetic circuit and, accordingly, the magnetic resistance of the magnetic circuit. This reduces the braking force-to-weight ratio of the device.

Изобретением решается задача упрощения конструкции тормозного устройства, увеличения соотношения тормозного момента к массе устройства.The invention solves the problem of simplifying the design of the braking device, increasing the ratio of the braking torque to the mass of the device.

Поставленная задача решается за счет того, что вентильно-индукторный электромеханический преобразователь, содержащий статор с намотанной на него обмоткой, питаемой от полупроводникового преобразователя, работающего по сигналам от датчика положения колеса согласно изобретению отличается тем, что статор расположен с одной стороны ходового рельса, имеет явнополюсную структуру и не несет на себе дополнительные обмотки подмагничивающего поля, а расположенная на статоре катушка из проводящего материала выполнена сосредоточенной и однофазной.The problem is solved due to the fact that a valve-inductor electromechanical converter containing a stator with a winding wound around it, powered by a semiconductor converter operating on signals from a wheel position sensor according to the invention, is characterized in that the stator is located on one side of the running rail, has a salient pole structure and does not bear on itself additional windings of the bias field, and the coil located on the stator is made of a conductive material and is made concentrated and single-phase.

Изобретение поясняется графически. На фиг. 1 изображена схема вентильно-индукторного электромеханического преобразователя, выполняющего роль тормозного устройства, расположенного с одной стороны колеса отцепа, который содержит статор 1 с намотанной на него катушкой 2, питаемой от полупроводникового преобразователя 3, работающего по сигналу датчика положения 4, который определяет положение колеса 5 относительно оси тормозного устройства.The invention is illustrated graphically. FIG. 1 shows a diagram of a valve-inductor electromechanical converter acting as a braking device located on one side of the cut wheel, which contains a stator 1 with a coil 2 wound on it, powered by a semiconductor converter 3, operating on a signal from a position sensor 4, which determines the position of a wheel 5 relative to the axis of the braking device.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Для реализации тормозного усилия, в момент времени, когда совпадут оси колеса вагона 5 и статора 1 на обмотку 2 подается питание от полупроводникового преобразователя 3. В этот момент времени индуктивность магнитной цепи, в которую входит статор и колесо, максимальна. Протекающий по обмотке ток создаст магнитный поток, которой замыкается по следующей цепи: статор -воздушный зазор - колесо - воздушный зазор - статор. При дальнейшем движении колеса относительно тормозного устройства индуктивность магнитной цепи уменьшается и создается тормозной момент. В этот период времени вентильно-индукторный электромеханический преобразователь работает в генераторном режиме, колесо вагона выполняет роль ротора, который перемещается в магнитном поле, создаваемом обмоткой статора. В магнитной цепи накапливается энергия, которая после выхода колеса из магнитной цепи, либо гасится на активном сопротивлении, который входит в состав преобразователя, либо накапливается в накопителе, например, в суперконденсаторе, для последующего использования. Переключения осуществляются преобразователем по сигналам датчика положения колеса 4 относительно оси тормозного устройства. Для увеличения тормозного усилия и исключения одностороннего притяжения колеса и тормозного устройства, необходимо расположение тормозных устройств попарно симметрично с внешней стороны обоих ходовых рельсов (фиг. 2). При таком расположении тормозных устройств отсутствует необходимость вносить какие-либо изменение в верхнее строение пути, между рельсами не располагаются конструктивные элементы тормозного устройства, которые могут мешать движению, а меньшая длина и, соответственно, меньшее сопротивление магнитной цепи увеличивает соотношение электромагнитного момента к массе тормозного устройства относительно прототипа.The device operates as follows. To implement the braking force, at the moment when the axes of the wheel of the car 5 and the stator 1 coincide, the winding 2 is supplied with power from the semiconductor converter 3. At this moment, the inductance of the magnetic circuit, which includes the stator and the wheel, is maximum. The current flowing through the winding will create a magnetic flux, which closes in the following circuit: stator - air gap - wheel - air gap - stator. With the further movement of the wheel relative to the braking device, the inductance of the magnetic circuit decreases and a braking torque is created. During this period of time, the valve-inductor electromechanical converter operates in a generator mode, the car wheel plays the role of a rotor, which moves in a magnetic field created by the stator winding. Energy is accumulated in the magnetic circuit, which, after the wheel leaves the magnetic circuit, is either extinguished by the active resistance, which is part of the converter, or is accumulated in a storage device, for example, in a supercapacitor, for subsequent use. Switching is carried out by the converter according to the signals of the wheel position sensor 4 relative to the axis of the brake device. To increase the braking force and eliminate the one-sided attraction of the wheel and the braking device, it is necessary to arrange the braking devices in pairs symmetrically on the outer side of both running rails (Fig. 2). With such an arrangement of the braking devices, there is no need to make any changes to the upper structure of the track, there are no structural elements of the braking device between the rails that can interfere with movement, and the shorter length and, accordingly, the lower resistance of the magnetic circuit increases the ratio of the electromagnetic moment to the mass of the braking device regarding the prototype.

Claims

A valve-inductor electromechanical converter containing a stator with a winding wound around it, powered by a semiconductor converter operating on signals from a wheel position sensor, characterized in that the stator is located on one side of the running rail, has a salient-pole structure and does not bear additional windings of the bias fields, and the coil of a conductive material located on the stator is made concentrated and single-phase.