RU63298U1

RU63298U1 - DEVICE FOR REGULATING THE SPEED OF ELECTRIC MOBILE COMPOSITION

Info

Publication number: RU63298U1
Application number: RU2006145813/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Мазнев; Андрей Михайлович Евстафьев
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-05-27

Abstract

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава содержит два тяговых электродвигателя постоянного тока. Пуск и торможение тяговых электродвигателей осуществляется с помощью первого (17), второго (18) и третьего (19) биполярных транзисторов с изолированными затворами (IGBT). Для накопления энергии при торможении устройство содержит понижающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (17), диоде (16), дросселе (9), и конденсаторный накопитель (20) (ионистор). В режиме пуска конденсаторный накопитель (20) через повышающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (19), дросселе (9) и диоде (10), отдает энергию тяговым двигателям. При возникновении боксования конденсаторный накопитель (20) через повышающий преобразователь, выполненный на биполярном транзисторе с изолированным затвором (19), дросселе (9), биполярном транзисторе с изолированным затвором (18) и диоде (12) отдает энергию в обмотки возбуждения (7, 8) тяговых двигателей постоянного тока. Таким образом, устройство для регулирования скорости электроподвижного состава обеспечивает возможность рекуперативного торможения с наилучшим использованием энергетических возможностей конденсаторного накопителя (20). Это позволяет повысить экономию электроэнергии и надежность многодвигательного электропривода, улучшить его массогабаритные показатели, 1 ил.The utility model relates to the field of railway transport and can be applied on vehicles with traction DC motors. A device for controlling the speed of an electric rolling stock comprises two DC traction motors. Starting and braking of traction electric motors is carried out using the first (17), second (18) and third (19) insulated gate bipolar transistors (IGBT). To store energy during braking, the device contains a step-down converter made on a bipolar transistor with an insulated gate (17), a diode (16), an inductor (9), and a capacitor bank (20) (ionistor). In the start-up mode, the capacitor bank (20) through the boost converter, made on a bipolar transistor with an insulated gate (19), a choke (9) and a diode (10), gives energy to the traction motors. When boxing occurs, the capacitor bank (20) through a step-up converter made on a bipolar transistor with an insulated gate (19), a choke (9), a bipolar transistor with an insulated gate (18) and a diode (12) gives energy to the field windings (7, 8 ) DC traction motors. Thus, a device for controlling the speed of electric rolling stock provides the possibility of regenerative braking with the best use of the energy capabilities of a capacitor bank (20). This allows you to increase energy savings and reliability of a multi-motor drive, to improve its overall dimensions, 1 il.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока.The utility model relates to the field of railway transport and can be applied on vehicles with traction DC motors.

Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, которое содержит источник питания, четыре тяговых двигателя постоянного тока, три тиристора, конденсаторные накопители энергии, зарядное устройство (RU №2238858, B60L 15/08, 2004).A device for controlling the speed of electric rolling stock, which contains a power source, four DC traction motors, three thyristors, capacitor energy storage devices, a charger (RU No. 2238858, B60L 15/08, 2004).

Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: неполное использование энергии конденсаторных накопителей и необходимость в дополнительном зарядном устройстве, большое количество контакторов для многоступенчатого пуска от конденсаторных накопителей, ухудшают массогабаритные показатели и снижают надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава.The disadvantage of a device for controlling the speed of electric rolling stock: the incomplete use of energy from capacitor banks and the need for an additional charger, a large number of contactors for multi-stage starting from capacitor banks, worsen weight and size indicators and reduce the reliability of a device for controlling the speed of electric rolling stock.

Известно устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, которое содержит источник питания, индуктивно-емкостной фильтр, четыре тяговых двигателя постоянного тока, четыре тиристорных регулятора, десять тиристоров, восемь диодов, шесть контакторов, два накопителя энергии, два дросселя (RU №2216457, B60L 7/08, 2003 - прототип).A device for controlling the speed of electric rolling stock is known, which contains a power source, an inductive-capacitive filter, four DC traction motors, four thyristor regulators, ten thyristors, eight diodes, six contactors, two energy stores, two chokes (RU No. 2216457, B60L 7 / 08, 2003 - prototype).

Недостаток устройства для регулирования скорости электроподвижного состава: повышенный расход электроэнергии, так как конденсаторные накопители заряжаются при пуске, требуется большое количество контакторов для многоступенчатого заряда конденсаторных накопителей, что снижает надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава.The disadvantage of the device for controlling the speed of electric rolling stock: increased energy consumption, since capacitor banks are charged at start-up, a large number of contactors are required for multi-stage charging of capacitor banks, which reduces the reliability of the device for controlling the speed of electric rolling stock.

Задача полезной модели - повысить экономичность и надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава, и улучшить его массогабаритные показатели.The objective of the utility model is to increase the efficiency and reliability of the device for controlling the speed of electric rolling stock, and to improve its overall dimensions.

Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания, последовательно соединенные первый контактор, якорные обмотки первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, к общему выводу первого контактора и якорной обмотки первого тягового двигателя постоянного тока через второй контактор подключен катод первого диода, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные дроссель и анод второго диода, последовательно соединенные резистор и анод третьего диода, катод которого соединен с общим выводом третьего и четвертого контакторов, конденсаторный накопитель, четвертый и пятый диоды, пятый и шестой контакторы, землю, в него дополнительно введены седьмой контактор, три биполярных транзистора с изолированными затворами, свободный вывод первого контактора соединен с источником питания, свободные выводы якорной обмотки второго тягового двигателя постоянного тока, четвертого контактора и резистора объединены и подключены к аноду первого диода, к общему выводу анода второго диода и дросселя подключены катоды четвертого и пятого диодов, эммитер первого биполярного транзистора с изолированным затвором, коллекторы второго и третьего биполярных транзисторов с изолированными затворами, катод второго диода и коллектор первого биполярного транзистора с изолированным затвором объединены и подключены к катоду первого диода, свободный вывод дросселя подключен к плюсовому выводу конденсаторного накопителя, минусовой вывод которого соединен с общим выводом пятого, шестого контакторов, анода пятого диода, эммитера третьего биполярного транзистора с изолированным затвором и землей, общий вывод анода четвертого диода и эммитера второго биполярного транзистора с изолированным затвором подключен к аноду третьего диода, свободный вывод третьего контактора объединен со свободными выводами пятого контактора и обмотки возбуждения первого тягового двигателя постоянного The technical result is achieved by the fact that in a device for controlling the speed of electric rolling stock containing a power source, a first contactor connected in series, the armature windings of the first and second DC traction motors, connected to the common terminal of the first contactor and the armature winding of the first DC traction motor through the second contactor cathode of the first diode, series-connected field windings of the first and second DC traction motors, connected in series the inductor and the anode of the second diode, the resistor and the anode of the third diode in series, the cathode of which is connected to the common terminal of the third and fourth contactors, a capacitor bank, the fourth and fifth diodes, the fifth and sixth contactors, ground, and the seventh contactor, three bipolar are additionally introduced into it transistors with insulated gates, the free terminal of the first contactor is connected to a power source, the free terminals of the anchor winding of the second DC traction motor, the fourth contactor and resistor the cathodes of the fourth and fifth diodes, the emitter of the first bipolar transistor with insulated gate, the collectors of the second and third bipolar transistors with insulated gates, the cathode of the second diode and the collector of the first bipolar insulated gate combined and connected to the cathode of the first diode, the free output of the inductor is connected to the positive output of the capacitor drive, the negative output of which is connected with the common output of the fifth, sixth contactors, the anode of the fifth diode, the emitter of the third bipolar transistor with an insulated gate and ground, the common output of the anode of the fourth diode and the emitter of the second bipolar transistor with an insulated gate is connected to the anode of the third diode, the free terminal of the third contactor is combined with free terminals fifth contactor and field winding of the first DC traction motor

тока, свободные выводы обмотки возбуждения второго тягового двигателя постоянного тока и шестого контактора объединены и через седьмой контактор соединены с катодом третьего диода.current, the free terminals of the field winding of the second traction DC motor and the sixth contactor are combined and through the seventh contactor are connected to the cathode of the third diode.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.The drawing shows a circuit diagram of the proposed device.

В соответствии с чертежом устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее источник питания 1, последовательно соединенные первый контактор 2, якорные обмотки первого 3 и второго 4 тяговых двигателей постоянного тока, к общему выводу первого контактора 2 и якорной обмотки 3 первого тягового двигателя постоянного тока через второй контактор 5 подключен катод первого диода 6, последовательно соединенные обмотки возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых двигателей постоянного тока, последовательно соединенные дроссель 9 и анод второго диода 10, последовательно соединенные резистор 11 и анод третьего диода 12, катод которого соединен с общим выводом третьего 13 и четвертого 14 контакторов, свободный вывод первого контактора 2 соединен с источником питания 1, свободные выводы якорной обмотки 4 второго тягового двигателя постоянного тока, четвертого контактора 14 и резистора 11 объединены и подключены к аноду первого диода 6, к общему выводу анода второго диода 10 и дросселя 9 подключены катоды четвертого 15 и пятого 16 диодов, эммитер первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17, коллекторы второго 18 и третьего 19 биполярных транзисторов с изолированными затворами, катод второго диода 10 и коллектор первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17 объединены и подключены к катоду первого диода 6, свободный вывод дросселя 9 подключен к плюсовому выводу конденсаторного накопителя 20 (например, конденсатор большой емкости - ионистор), минусовой вывод которого соединен с общим выводом пятого 21, шестого 22 контакторов, анода пятого диода 16, эммитера третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19 и землей, общий вывод анода In accordance with the drawing, a device for controlling the speed of electric rolling stock containing a power source 1, serially connected to the first contactor 2, the anchor windings of the first 3 and second 4 traction DC motors, to the common terminal of the first contactor 2 and the anchor winding 3 of the first DC traction motor through the second contactor 5 is connected to the cathode of the first diode 6, the field windings of the first 7 and second 8 traction DC motors are connected in series, the cores are connected in series cel 9 and the anode of the second diode 10, series-connected resistor 11 and the anode of the third diode 12, the cathode of which is connected to the common terminal of the third 13 and fourth 14 contactors, the free terminal of the first contactor 2 is connected to the power source 1, the free leads of the armature winding 4 of the second traction motor DC, the fourth contactor 14 and the resistor 11 are combined and connected to the anode of the first diode 6, the cathodes of the fourth 15 and fifth 16 diodes are connected to the common output of the second diode 10 and the inductor 9, the emitter of the first bipolar transis ora with an insulated gate 17, the collectors of the second 18 and third 19 bipolar transistors with insulated gates, the cathode of the second diode 10 and the collector of the first bipolar transistor with an insulated gate 17 are combined and connected to the cathode of the first diode 6, the free output of the inductor 9 is connected to the positive terminal of the capacitor storage 20 (for example, a capacitor of large capacity - an ionistor), the negative terminal of which is connected to the common output of the fifth 21, sixth 22 contactors, the anode of the fifth diode 16, the emitter of the third bipolar transistor and an insulated gate 19 and ground, the common anode terminal

четвертого диода 15 и эммитера второго биполярного транзистора с изолированным затвором 18 подключен к аноду третьего диода 12, свободный вывод третьего контактора 13 объединен со свободными выводами пятого контактора 21 и обмотки возбуждения 7 первого тягового двигателя постоянного тока, свободные выводы обмотки возбуждения 8 второго тягового двигателя постоянного тока и шестого контактора 22 объединены и через седьмой контактор 23 соединены с катодом третьего диода 12.the fourth diode 15 and the emitter of the second insulated gate bipolar transistor 18 is connected to the anode of the third diode 12, the free terminal of the third contactor 13 is combined with the free terminals of the fifth contactor 21 and the field winding 7 of the first DC traction motor, the free terminals of the field winding 8 of the second DC traction motor current and the sixth contactor 22 are combined and through the seventh contactor 23 are connected to the cathode of the third diode 12.

Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава работает следующим образом. В режиме пуска ток от источника питания 1 протекает по цепи: включенный контактор 2, якорные обмотки 3, 4 тяговых двигателей постоянного тока, резистор 11, диод 12, включенные контакторы реверсора 13, 22, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока, земля. Для разгона электропривода параллельно резистору 11 включается импульсный регулятор, выполненный на первом 17 и втором 18 биполярных транзисторах с изолированными затворами и диоде 6. Приложенное к тяговым двигателям постоянного тока напряжение регулируется скважностью импульсов управления, подаваемых на затвор первого 17 биполярного транзистора с изолированным затвором (второй 18 биполярный транзистор с изолированным затвором постоянно включен). При скважности управляющих импульсов λ=1 эквивалентное сопротивление резистора 11 становится равным нулю и выводится из схемы пуска замыканием контактора 14. Дальнейший пуск осуществляется с ослаблением возбуждения. Для этого параллельно обмоткам возбуждения первого 7 и второго 8 тяговых двигателей постоянного тока подключается резистор 11 по цепи: нижний вывод якорной обмотки второго 4 тягового двигателя постоянного тока, резистор 11, диод 15, третий биполярный транзистор с изолированным затвором 19, земля. Параллельно резистору 11 через диод 6 включается первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17. Ослабление возбуждения регулируется скважностью импульсов управления, A device for controlling the speed of electric rolling stock works as follows. In the starting mode, the current from the power source 1 flows through the circuit: included contactor 2, anchor windings 3, 4 of the DC traction motors, resistor 11, diode 12, included contactors of the reverser 13, 22, excitation windings 7, 8 of the DC traction motors, ground . To accelerate the drive in parallel with the resistor 11, a pulse regulator is turned on, made on the first 17 and second 18 bipolar transistors with insulated gates and diode 6. The voltage applied to the DC traction motors is regulated by the duty cycle of the control pulses applied to the gate of the first 17 bipolar transistor with an insulated gate (second 18 insulated gate bipolar transistor is always on). When the duty cycle λ = 1, the equivalent resistance of the resistor 11 becomes zero and is removed from the start circuit by closing the contactor 14. Further start is carried out with the weakening of the excitation. For this, a resistor 11 is connected in parallel to the field windings of the first 7 and second 8 DC traction motors: the lower terminal of the anchor winding of the second 4 DC traction motor, resistor 11, diode 15, third bipolar transistor with an insulated gate 19, ground. In parallel with the resistor 11, the first bipolar transistor with an insulated gate 17 is turned on through the diode 6. The attenuation attenuation is controlled by the duty cycle of the control pulses,

подаваемых на затвор первого 17 биполярного транзистора с изолированным затвором.fed to the gate of the first 17 insulated gate bipolar transistor.

При электрическом торможении включается контактор 5, а контактор 2 отключается. Контакторы реверсора 13, 22 выключаются, а 21, 23 включаются, изменяя направление тока в обмотках возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока. Ток якорных обмоток 3, 4 протекает по цепи: якорная обмотка 3, контактор 5, первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17, дроссель 9, конденсаторный накопитель 20, контактор 21, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей, контакторы 23, 14, якорная обмотка 4. Биполярный транзистор с изолированным затвором 17, дроссель 9, конденсаторный накопитель 20 и диод 16 образуют понижающий преобразователь. Диод 6 закрыт, так как к нему приложено обратное напряжение. Ток заряда конденсатора (ток торможения) регулируют скважностью импульсов на затворе первого биполярного транзистора с изолированным затвором 17.With electrical braking, contactor 5 is turned on, and contactor 2 is turned off. The contactors of the reverser 13, 22 are turned off, and 21, 23 are turned on, changing the direction of the current in the field windings 7, 8 of the DC traction motors. The current of the anchor windings 3, 4 flows through the circuit: anchor winding 3, contactor 5, the first bipolar transistor with an insulated gate 17, inductor 9, capacitor bank 20, contactor 21, field windings 7, 8 of traction motors, contactors 23, 14, anchor winding 4. The insulated gate bipolar transistor 17, the inductor 9, the capacitor bank 20 and the diode 16 form a buck converter. Diode 6 is closed because reverse voltage is applied to it. The capacitor charge current (braking current) is regulated by the duty cycle of the pulses on the gate of the first bipolar transistor with an insulated gate 17.

При последующем пуске используется энергия конденсаторного накопителя 20, для этого собирается электрическая цепь: якорная обмотка первого 3 тягового двигателя постоянного тока, контактор 5, диод 10, повышающий преобразователь на третьем биполярном транзисторе с изолированным затвором 19, дросселе 9 и конденсаторном накопителе 20, включенные контакторы 13, 22 реверсора, обмотки возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока, включенный контактор 14, якорная обмотка второго 4 тягового двигателя постоянного тока. Контактор 2 выключен, диод 6 заперт обратным напряжением. Напряжение на тяговых двигателях постоянного тока по мере разгона электропривода и разряда конденсаторного накопителя регулируется скважностью импульсов управления на затворе третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19. Когда энергии конденсаторного накопителя 20 становится недостаточно для дальнейшего увеличения скорости электропривода, контакторы 5 и 14 At the subsequent start-up, the energy of the capacitor bank 20 is used, for this an electric circuit is assembled: the anchor winding of the first 3 DC traction motor, contactor 5, diode 10, step-up converter on the third bipolar transistor with insulated gate 19, inductor 9 and capacitor bank 20, the contactors included 13, 22 of the reverser, excitation windings 7, 8 of the DC traction motors, included contactor 14, anchor winding of the second 4 of the DC traction motor. Contactor 2 is off, diode 6 is closed by reverse voltage. The voltage on the DC traction motors as the electric drive accelerates and the capacitor bank discharges is regulated by the duty cycle of the control pulses on the gate of the third bipolar transistor with an insulated gate 19. When the energy of the capacitor bank 20 becomes insufficient to further increase the speed of the electric drive, contactors 5 and 14

размыкаются, а контактор 2 замыкается и схема переходит в режим реостатного пуска.open, and the contactor 2 closes and the circuit goes into rheostat mode.

При возникновении боксования в режиме тяги первый биполярный транзистор с изолированным затвором 17 выключается из схемы регулирования (второй 18 биполярный транзистор с изолированным затвором остается включенным), а на затвор третьего биполярного транзистора с изолированным затвором 19 подаются импульсы управления и емкость конденсаторного накопителя используется для подпитки обмоток возбуждения 7, 8 тяговых двигателей постоянного тока.When boxing occurs in traction mode, the first bipolar transistor with an insulated gate 17 is turned off from the control circuit (the second 18 bipolar transistor with an insulated gate remains on), and control pulses are applied to the gate of the third bipolar transistor with an insulated gate 19 and the capacitor capacitor is used to feed the windings excitation 7, 8 traction DC motors.

Предлагаемое схемное решение реализует поставленную задачу - повысить экономичность и надежность устройства для регулирования скорости электроподвижного состава, и улучшить его массогабаритные показатели, за счет более полного использования емкости конденсаторного накопителя и уменьшения количества силовых ключевых элементов, выполняющих функции пусковых и зарядно-разрядных регуляторов токов. Дополнительно расширяются функциональные возможности устройства, так как реализуется функция защиты от боксования.The proposed circuit solution realizes the task - to increase the efficiency and reliability of the device for regulating the speed of electric rolling stock, and to improve its weight and size indicators, due to a more complete use of the capacitance of the capacitor storage and reducing the number of power key elements that act as starting and charging-discharge current regulators. In addition, the functionality of the device is expanded, as the function of protection against boxing is implemented.

Claims

A device for controlling the speed of electric rolling stock, containing a power source, a first contactor connected in series, armature windings of the first and second DC traction motors, a cathode of the first diode connected in series to the common output of the first contactor and the armature winding of the first DC motor through the second contactor excitations of the first and second DC traction motors, a choke and an anode of the second diode connected in series the resistor and the anode of the third diode, the cathode of which is connected to the common terminal of the third and fourth contactors, a capacitor bank, the fourth and fifth diodes, the fifth and sixth contactors, ground, characterized in that the seventh contactor, three bipolar transistors with isolated gates, the free output of the first contactor is connected to a power source, the free outputs of the anchor winding of the second DC traction motor, the fourth contactor and resistor are combined and connected the anode of the first diode, the cathodes of the fourth and fifth diodes, the emitter of the first bipolar transistor with insulated gate, the collectors of the second and third bipolar transistors with insulated gates, the cathode of the second diode and the collector of the first bipolar transistor and insulated gate are connected to the common terminal of the anode of the second diode and inductor connected to the cathode of the first diode, the free output of the inductor is connected to the positive terminal of the capacitor bank, the negative terminal of which is connected to the common terminal of the fifth oh, the sixth contactor, the anode of the fifth diode, the emitter of the third bipolar transistor with an insulated gate and ground, the common terminal of the anode of the fourth diode and the emitter of the second bipolar transistor with an insulated gate is connected to the anode of the third diode, the free terminal of the third contactor is combined with the free terminals of the fifth contactor and winding the excitation of the first traction DC motor, the free terminals of the excitation winding of the second traction DC motor and the sixth contactor are combined and through moy contactor connected to the cathode of the third diode.