RU2779874C1 - Dc traction drive - Google Patents

Dc traction drive Download PDF

Info

Publication number
RU2779874C1
RU2779874C1 RU2022102544A RU2022102544A RU2779874C1 RU 2779874 C1 RU2779874 C1 RU 2779874C1 RU 2022102544 A RU2022102544 A RU 2022102544A RU 2022102544 A RU2022102544 A RU 2022102544A RU 2779874 C1 RU2779874 C1 RU 2779874C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
converter
diode
series
terminal
Prior art date
Application number
RU2022102544A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Михайлович Старцев
Алексей Анатольевич Ковалев
Владимир Сергеевич Копырин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779874C1 publication Critical patent/RU2779874C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used for DC traction electric drive. DC traction electric drive contains a series-excited DC motor connected in anti-parallel with the first diode and in series with the first DC voltage converter to a common point of the circuit, a battery connected in series with the second DC converter, a second diode, the anode of which is connected to the positive to the battery terminal and to the positive terminal of the second DC/DC converter, to the negative terminal of which the cathode of the second diode and the cathode of the third diode are connected, the anode of which is connected to the contact network through the current collector, the third DC/DC converter. The positive terminal of the third DC/DC converter is connected to the anode of the second diode. The storage battery is made in the form of first and second sections connected in series, the common terminal of which is connected to the negative terminal of the third DC/DC converter. The negative terminal of the battery is connected to the common point of the circuit.
EFFECT: improvement of energy and control parameters of DC traction electric drive.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для регулирования двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to devices for regulating DC motors of series excitation.

Известен тяговый электропривод постоянного тока [Болдов Н.А., Степанов А.Д. Теплоэлектрический подвижной состав. - М.: Транспорт, 1968, с. 342, рис. 245], содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения и два ключевых элемента, первые выводы которых соединены, причем второй вывод первого ключевого элемента подключен через токосъемник к контактной сети.Known DC traction drive [Boldov N.A., Stepanov A.D. Thermal electric rolling stock. - M.: Transport, 1968, p. 342, fig. 245], containing a DC motor with series excitation, connected in anti-parallel with the first diode and in series with the first DC converter to a common point of the circuit, a battery connected in series with the second DC converter and two key elements, the first conclusions of which are connected, moreover, the second output of the first key element is connected through the current collector to the contact network.

Недостатками известного тягового электропривода постоянного тока является низкая надежность его работы при исчезновении или снижении уровня напряжения в контактной сети ниже уровня напряжения аккумуляторной батареи и при коротком замыкании в питающей сети, а также повышенные потери электроэнергии и низкое качество напряжения, подводимое к электродвигателю постоянного тока с последовательным возбуждением.The disadvantages of the known DC traction drive are the low reliability of its operation in the event of a loss or decrease in the voltage level in the contact network below the battery voltage level and in the event of a short circuit in the supply network, as well as increased power losses and poor quality of the voltage supplied to the DC motor with a series arousal.

В качестве прототипа выбран известный тяговый электропривод постоянного тока [SU 1534728 Al, Н02Р 5/06, опубл. 07.01.1990. Бюл. №1], содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения, второй диод, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода и катод третьего диода, анод которого через токосъемник подключен к контактной сети, а отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключена к общей точке схемы.As a prototype, the well-known DC traction drive [SU 1534728 Al, H02R 5/06, publ. 01/07/1990. Bull. No. 1], containing a DC motor with series excitation, connected in anti-parallel with the first diode and in series with the first DC converter to a common point of the circuit, a battery connected in series with the second DC converter, a second diode, the anode of which is connected to the positive the battery terminal and the positive terminal of the second DC/DC converter, to the negative terminal of which the cathode of the second diode and the cathode of the third diode are connected, the anode of which is connected to the contact network through the current collector, and the negative terminal of the battery is connected to the common point of the circuit.

Недостатками данного тягового электропривода постоянного тока являются низкие энергетические и регулировочные показатели при исчезновении или отклонении уровня напряжения в контактной сети ниже уровня напряжения аккумуляторной батареи из-за значительных пульсаций напряжения, подводимого к электродвигателю постоянного тока с последовательным возбуждением.The disadvantages of this DC traction drive are low energy and control performance when the voltage level in the contact network disappears or deviates below the battery voltage level due to significant voltage ripples supplied to the DC motor with series excitation.

Технической задачей предложенного изобретения является повышение качества напряжения, подводимого к двигателю постоянного тока с последовательным возбуждением при его питании от аккумуляторной батареи.The technical objective of the proposed invention is to improve the quality of the voltage supplied to the DC motor with series excitation when it is powered by a battery.

Технический результат - улучшение энергетических и регулировочных показателей тягового электропривода постоянного тока.EFFECT: improvement of energy and control parameters of DC traction electric drive.

Поставленная задача решается тем, что в тяговый электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения, второй диод, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и к положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода и катод третьего диода, анод которого через токосъемник подключен к контактной сети, а отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключена к общей точке схемы, согласно изобретению, введен третий преобразователь постоянного напряжения, положительный вывод которого подключен к аноду второго диода, а аккумуляторная батарея выполнена в виде последовательно соединенных первой и второй секций, общая клемма которых подключена к отрицательному выводу третьего преобразователя постоянного напряжения.The problem is solved by the fact that in a DC traction drive containing a DC motor with series excitation, connected in anti-parallel with the first diode and in series with the first DC voltage converter to a common point of the circuit, a battery connected in series with the second DC converter, the second diode, the anode of which is connected to the positive terminal of the battery and to the positive terminal of the second DC voltage converter, to the negative terminal of which the cathode of the second diode and the cathode of the third diode are connected, the anode of which is connected to the contact network through the current collector, and the negative terminal of the battery is connected to the common point of the circuit, according to the invention, a third DC voltage converter is introduced, the positive output of which is connected to the anode of the second diode, and the battery is made in the form of the first and in series connected in series. the second section, the common terminal of which is connected to the negative terminal of the third DC/DC converter.

Далее сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью фигуры, на которой показана блок-схема тягового электропривода постоянного тока.Further, the essence of the invention is explained with the help of a figure, which shows a block diagram of a DC traction drive.

Тяговый электропривод постоянного тока содержит электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением 1, подключенный встречно-параллельно с первым диодом 2 и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения 3 к общей точке схемы 4, аккумуляторную батарею 5, выполненную в виде последовательно соединенных первой 6 и второй 7 секций, снабженных общей клеммой 8, и включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения 9, второй диод 10, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи 5 и к положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения 9, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода 10 и катод третьего диода 11, анод которого через токосъемник 12 подключен к контактной сети 13, третий преобразователь постоянного напряжения 14, положительный вывод которого подключен к аноду второго диода 10, а отрицательный вывод третьего преобразователя постоянного напряжения 14 подключен к общей клемме 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5. Отрицательная клемма аккумуляторной батареи 5 подключена к общей точке схемы 4.SUBSTANCE: DC traction drive contains a DC electric motor with series excitation 1, connected in anti-parallel with the first diode 2 and in series with the first DC voltage converter 3 to the common point of the circuit 4, the battery 5, made in the form of the first 6 and second 7 sections connected in series , equipped with a common terminal 8, and connected in series with the second DC voltage converter 9, the second diode 10, the anode of which is connected to the positive terminal of the battery 5 and to the positive terminal of the second DC voltage converter 9, to the negative terminal of which the cathode of the second diode 10 and the cathode are connected the third diode 11, the anode of which is connected to the contact network 13 through the current collector 12, the third DC voltage converter 14, the positive terminal of which is connected to the anode of the second diode 10, and the negative terminal of the third DC voltage converter 14 is connected to the common to terminal 8 of the first 6 and second 7 sections of the battery 5. The negative terminal of the battery 5 is connected to the common point of the circuit 4.

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

При наличии напряжения в контактной сети 13, близкого по величине к номинальному значению, электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением 1 получает питание по цепи: контактная сеть 13 → токосъемник 12 → третий диод 11 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → общая точка схемы 4.In the presence of voltage in the contact network 13, close in magnitude to the nominal value, the DC motor with series excitation 1 receives power through the circuit: contact network 13 → current collector 12 → third diode 11 → armature circuit of the DC motor with series excitation 1 → first converter DC voltage 3 → common point of circuit 4.

Тяговый режим при установившейся скорости и при ее регулировании тягового электропривода постоянного тока производится широтно-импульсным способом регулирования (ШИР) первым преобразователем постоянного напряжения 3 путем изменения напряжения, подводимого к якорной цепи электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1.The traction mode at a steady speed and with its regulation of the DC traction electric drive is performed by the pulse-width control method (PWR) by the first DC voltage converter 3 by changing the voltage supplied to the armature circuit of the DC motor with series excitation 1.

Если в тяговом режиме напряжение на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5 оказывается меньше заданного напряжения, происходит подзаряд аккумуляторной батареи 5 от контактной сети 13 по цепи: контактная сеть 13 → токосъемник 12 → третий диод 11 → второй преобразователь постоянного напряжения 9 → аккумуляторная батарея 5 → общая точка схемы 4. Величина тока подзаряда аккумуляторной батареи 5 регулируется вторым преобразователем постоянного напряжения 9 способом ШИР.If in traction mode the voltage at the output terminals of the battery 5 is less than the specified voltage, the battery 5 is recharged from the contact network 13 through the circuit: contact network 13 → current collector 12 → third diode 11 → second DC/DC converter 9 → battery 5 → common point of the circuit 4. The value of the recharge current of the storage battery 5 is regulated by the second DC/DC converter 9 in the WIR method.

При потере напряжения в контактной сети 13 или его снижении до величины, меньшей величины напряжения на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5, третий диод 11 запирается. В этом режиме питание электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 осуществляется от аккумуляторной батареи 5 поочередно по двум цепям за цикл TC, который включает первый t1 и второй t2 интервалы времени (TC=t1+t2). В течение первого интервала времени t1 источником электроэнергии является вся аккумуляторная батарея 5 и ток протекает по цепи: положительная клемма аккумуляторной батареи 5 (положительная клемма первой секции 6 аккумуляторной батареи 5) → второй диод 10 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → отрицательная клемма второй секции 7 аккумуляторной батареи 5. К электродвигателю 1 прикладывается полное выходное напряжение аккумуляторной батареи 5. В течение второго интервала времени t2 источником электроэнергии является только вторая секция 7 аккумуляторной батареи 5 (ее аккумуляторы подключены между общей точкой схемы 4 и общей клеммой 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5). Во втором интервале цикла ток будет протекать по цепи: общая клемма 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5 → третий преобразователь постоянного напряжения 14 → второй диод 10 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → отрицательная клемма аккумуляторной батареи 5 (отрицательная клемма второй секций 7 аккумуляторной батареи 5). В этом интервале напряжение, подводимое к электродвигателю 1, будет меньше напряжения на всей аккумуляторной батарее 5. Следовательно, в течение цикла напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 будет иметь 2 две ступени, равные полному напряжению на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5 и неполному напряжению между отрицательной клеммой аккумуляторной батареи 5 и общей клеммой 8 (первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5). Поэтому напряжение, подводимое к якорной цепи, станет пульсирующим, а не прерывистым, как в известных схемах тягового электропривода постоянного тока и, следовательно, более качественным. Управление тяговым электроприводом постоянного тока, включая регулирование скорости, производится третьим преобразователем постоянного напряжения 14 широтно-импульсным способом регулирования.In the event of a voltage loss in the contact network 13 or its decrease to a value less than the voltage at the output terminals of the battery 5, the third diode 11 is locked. In this mode, the DC motor with series excitation 1 is powered from the storage battery 5 alternately in two circuits per cycle T C , which includes the first t 1 and second t 2 time intervals (T C =t 1 +t 2 ). During the first time interval t 1 , the source of electricity is the entire battery 5 and the current flows through the circuit: positive terminal of the battery 5 (positive terminal of the first section 6 of the battery 5) → second diode 10 → armature circuit of the DC motor with series excitation 1 → the first DC/DC converter 3 → the negative terminal of the second section 7 of the battery 5. The full output voltage of the battery 5 is applied to the electric motor 1. During the second time interval t 2 , only the second section 7 of the battery 5 is the source of electricity (its batteries are connected between the common point scheme 4 and common terminal 8 of the first 6 and second 7 sections of the battery 5). In the second interval of the cycle, the current will flow through the circuit: common terminal 8 of the first 6 and second 7 sections of the battery 5 → the third DC converter 14 → the second diode 10 → the armature circuit of the DC motor with series excitation 1 → the first DC converter 3 → negative battery terminal 5 (negative terminal of the second section 7 of battery 5). In this interval, the voltage supplied to the electric motor 1 will be less than the voltage on the entire battery 5. Therefore, during the cycle, the voltage supplied to the armature circuit of the DC electric motor with series excitation 1 will have 2 steps equal to the full voltage at the output terminals of the battery battery 5 and incomplete voltage between the negative terminal of the battery 5 and the common terminal 8 (first 6 and second 7 sections of the battery 5). Therefore, the voltage supplied to the armature circuit will become pulsating, and not intermittent, as in the known circuits of the DC traction electric drive and, therefore, of better quality. The control of the DC traction drive, including speed control, is performed by the third DC/DC converter 14 by the pulse-width control method.

В результате заявленного технического решения тяговый электропривод постоянного тока при аварийных режимах в контактной сети, вызывающих потерю или посадку напряжения, будет иметь более высокие энергетические и регулировочные показатели, уменьшатся колебания скорости и момента, улучшится электромагнитная совместимость электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением с аккумуляторной батареей.As a result of the claimed technical solution, the DC traction electric drive in emergency conditions in the contact network, causing a loss or voltage drop, will have higher energy and adjustment indicators, speed and torque fluctuations will decrease, and the electromagnetic compatibility of the DC motor with series excitation with the storage battery will improve.

Claims (1)

Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения, второй диод, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и к положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода и катод третьего диода, анод которого через токосъемник подключен к контактной сети, а отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключена к общей точке схемы, отличающийся тем, что введен третий преобразователь постоянного напряжения, положительный вывод которого подключен к аноду второго диода, а аккумуляторная батарея выполнена в виде последовательно соединенных первой и второй секций, общая клемма которых подключена к отрицательному выводу третьего преобразователя постоянного напряжения.DC traction drive, containing a DC motor with series excitation, connected in anti-parallel with the first diode and in series with the first DC converter to a common point of the circuit, a battery connected in series with the second DC converter, a second diode, the anode of which is connected to to the positive terminal of the battery and to the positive terminal of the second DC/DC converter, to the negative terminal of which the cathode of the second diode and the cathode of the third diode are connected, the anode of which is connected to the contact network through the current collector, and the negative terminal of the battery is connected to the common point of the circuit, characterized in that a third DC voltage converter is introduced, the positive output of which is connected to the anode of the second diode, and the battery is made in the form of first and second sections connected in series, the common terminal of which is connected connected to the negative terminal of the third DC/DC converter.
RU2022102544A 2022-02-02 Dc traction drive RU2779874C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779874C1 true RU2779874C1 (en) 2022-09-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU532542A1 (en) * 1975-08-13 1976-10-25 Ленинградский Ордена Ленина Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Академика В.Н.Образцова Traction drive
SU1422350A1 (en) * 1987-03-20 1988-09-07 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта D.c. electric drive
SU1534728A1 (en) * 1988-03-28 1990-01-07 Криворожский горнорудный институт Dc traction electric drive
RU2006171C1 (en) * 1992-06-08 1994-01-15 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Traction motor drive
JP2002369568A (en) * 2001-06-06 2002-12-20 Switched Reluctance Drives Ltd Excitation of switched reluctance motor
RU149078U1 (en) * 2014-05-08 2014-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) TRACTION ELECTRIC DRIVE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU532542A1 (en) * 1975-08-13 1976-10-25 Ленинградский Ордена Ленина Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Академика В.Н.Образцова Traction drive
SU1422350A1 (en) * 1987-03-20 1988-09-07 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта D.c. electric drive
SU1534728A1 (en) * 1988-03-28 1990-01-07 Криворожский горнорудный институт Dc traction electric drive
RU2006171C1 (en) * 1992-06-08 1994-01-15 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Traction motor drive
JP2002369568A (en) * 2001-06-06 2002-12-20 Switched Reluctance Drives Ltd Excitation of switched reluctance motor
RU149078U1 (en) * 2014-05-08 2014-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) TRACTION ELECTRIC DRIVE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108859801B (en) Fuel cell system
US8987939B2 (en) Hybrid power system with variable speed genset
Kumar et al. Solar PV-battery based hybrid water pumping system using BLDC motor drive
CN104660129B (en) Switch reluctance wind driven generator control system and method
JP2001275367A (en) Motor controller
US8143835B2 (en) Method of driving DC/DC converter, method of controlling DC/DC converter apparatus, method of controlling driving operation of vehicle, and method of driving fuel cell system
US20200220363A1 (en) Method and device for controlling recharging and discharging of batteries of a set of batteries with partial recharging of a battery
RU2779874C1 (en) Dc traction drive
RU2501674C1 (en) Traction motor for transport facility
CN110182150A (en) Vehicle power source device
CN111865157B (en) Permanent magnet reluctance cascade generator control system and control method thereof
JP4950162B2 (en) Vehicle power supply
RU2673567C1 (en) Device for regulating speed of traction motor
Rizzo et al. Power flow control strategy for electric vehicles with renewable energy sources
CN208738840U (en) A kind of switched reluctance motor system for new energy internet
CN113733938B (en) Power battery charging method, charging system, hybrid power system and train
CN116404944A (en) Power assembly, controller and hybrid electric vehicle
CN108847658A (en) A kind of switched reluctance motor system for new energy internet
RU2606406C1 (en) Dc electric traction drive
RU120291U1 (en) BACK-UP POWER SUPPLY SYSTEM WITH BOOSTER CIRCUIT
RU2779324C1 (en) Autonomous power supply system for passenger rail cars
KR102174147B1 (en) Diesel generator improved load receiving capability
Popa et al. Automotive PM Surface Alternator, Analyse with Experiments
RU2239722C2 (en) Method of and system for converting mechanical energy of windwheel into electric energy of storage battery
CN218216770U (en) Special permanent magnet generator set for charging