UA127476C2

UA127476C2 - METHOD OF AUTOMATIC CONTROL OF TRACTION ELECTRIC MOTORS OF SEQUENTIAL EXCITATION OF ELECTRICAL ROLLING STOCK IN BRAKING MODE

Info

Publication number: UA127476C2
Application number: UAA201908258A
Authority: UA
Inventors: Віталій Анатолійович Герасименко; Михайло Федорович Смирний; Микола Іванович Шпіка
Original assignee: Харківський Національний Університет Міського Господарства Імені О.М. Бекетова
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2023-09-06

Abstract

Винахід належить до електрообладнання електричного транспорту і призначений для електрорухомого складу постійного струму. Cпосіб автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження в режимі електричного гальмування, полягає у регулюванні струму у послідовних обмотках збудження електродвигунів за допомогою DC/DC-перетворювача шляхом шунтування входом цього перетворювача обмоток збудження, енергію з виходу якого використовують для власних потреб, та плавним регулюванням опору гальмівних резисторів у діапазоні низьких швидкостей за рахунок шунтування останніх транзисторними ключами. На обмотки збудження електродвигунів подають напругу з виходу DC/DC-перетворювача, величина та тривалість якої зворотно пропорційна обертам вала електродвигуна. Технічним результатом винаходу є прискорення входу у режим електричного гальмування та підвищення його надійності у діапазоні низьких швидкостей.The invention belongs to the electrical equipment of electric transport and is intended for electric rolling stock of direct current. The method of automatic control of traction electric motors of series excitation in the mode of electric braking consists in regulating the current in the series excitation windings of electric motors using a DC/DC converter by shunting the excitation windings at the input of this converter, the energy from the output of which is used for its own needs, and smoothly adjusting the resistance of the braking resistors in the range of low speeds due to shunting of the latter with transistor switches. The excitation windings of electric motors are supplied with voltage from the output of the DC/DC converter, the magnitude and duration of which is inversely proportional to the revolutions of the electric motor shaft. The technical result of the invention is the acceleration of entry into the electric braking mode and the increase of its reliability in the range of low speeds.

Description

Винахід належить до електрообладнання електричного транспорту і призначений для електрорухомого складу постійного струму.The invention belongs to the electrical equipment of electric transport and is intended for electric rolling stock of direct current.

Відомий спосіб керування тяговими електродвигунами послідовного збудження в режимі електричного гальмування, при якому обмотки збудження електродвигунів підключаються до мережі живлення постійного струму через тиристорний перетворювач, а обмотки якорів - до гальмівних резисторів, електродвигуни працюють в режимі генераторів незалежного збудження і отримана при гальмуванні електрична енергія розсіюється у вигляді тепла у гальмівних резисторах 111.There is a known method of controlling series-excited traction electric motors in the mode of electric braking, in which the excitation windings of the electric motors are connected to the DC power supply through a thyristor converter, and the armature windings are connected to the braking resistors, the electric motors operate in the mode of independent excitation generators, and the electrical energy obtained during braking is dissipated in in the form of heat in braking resistors 111.

Недоліком даного способу слід вважати низькі енергетичні показники, оскільки необхідна для збудження електродвигунів електрична енергія береться з мережі живлення, а вся енергія, що виробляється при гальмуванні, розсіюється у вигляді тепла у гальмівних резисторах. Крім того, при знеструмленні мережі живлення електричне гальмування улоеможливлюється.The disadvantage of this method should be considered low energy indicators, since the electrical energy needed to excite the electric motors is taken from the power supply network, and all the energy produced during braking is dissipated as heat in the braking resistors. In addition, when the power supply network is cut off, electrical braking becomes possible.

Відомий також спосіб керування тяговими електродвигунами послідовного збудження в режимі електричного гальмування, при якому електродвигуни працюють генераторами послідовного збудження і отримана при гальмуванні електрична енергія розсіюється у вигляді тепла у гальмівних резисторах |21І.There is also a known method of controlling series-excitation electric traction motors in the mode of electric braking, in which the electric motors work as series-excitation generators and the electrical energy received during braking is dissipated as heat in the braking resistors |21I.

Недоліком зазначеного способу є те, що вся енергія, що виробляється при гальмуванні, розсіюється у вигляді тепла у гальмівних резисторах. Крім того, при використанні цього способу звужується межа гальмування при низьких швидкостях.The disadvantage of this method is that all the energy produced during braking is dissipated as heat in the braking resistors. In addition, when using this method, the limit of braking at low speeds is narrowed.

Відомий спосіб керування тяговими електродвигунами послідовного збудження в режимі електричного гальмування, при якому регулюють струм у послідовних обмотках збудження електродвигунів за допомогою ЮС/ОС-перетворювача шляхом шунтування входом цього перетворювача обмоток збудження, енергію з виходу якого використовують для власних потреб, та плавним регулюванням опору гальмівних резисторів у діапазоні низьких швидкостей за рахунок шунтування останніх транзисторними ключами |З). Цей спосіб вибрано за прототип.There is a known method of controlling traction electric motors of series excitation in the mode of electric braking, in which the current in the series excitation windings of electric motors is regulated with the help of a DC/DC converter by shunting the excitation windings at the input of this converter, the energy from the output of which is used for its own needs, and by smoothly adjusting the resistance of the braking resistors in the range of low speeds due to the shunting of the latter by transistor switches |Z). This method was chosen as a prototype.

Недоліком даного способу є те, що процес реостатного гальмування без додаткового живлення обмоток збудження може розпочатись тільки при наявності достатнього залишкового магнітного потоку електродвигуна, який індукує електрорушійну силу, що пропорційна обертам електродвигуна.The disadvantage of this method is that the process of rheostat braking without additional power supply of the excitation windings can start only if there is sufficient residual magnetic flux of the electric motor, which induces an electromotive force proportional to the revolutions of the electric motor.

Зо В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження електрорухомого складу в гальмівному режимі шляхом того, що на обмотки збудження електродвигунів подають напругу з виходу рС/ОС-перетворювача, величина та тривалість якої зворотнопропорційна обертам вала електродвигуна. Це прискорить вхід у режим гальмування та підвищить його надійність у діапазоні низьких швидкостей.The invention is based on the task of improving the method of automatic control of traction electric motors for the sequential excitation of electric rolling stock in the braking mode by applying voltage from the output of the PC/OS converter to the excitation windings of the electric motors, the magnitude and duration of which is inversely proportional to the rotation of the electric motor shaft. This will accelerate the entry into the braking mode and increase its reliability in the low speed range.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження електрорухомого складу в гальмівному режимі, при якому регулюють струм у послідовних обмотках збудження електродвигунів за допомогою рС/ОС-перетворювача шляхом шунтування входом цього перетворювача обмоток збудження, енергію з виходу якого використовують для власних потреб, та плавним регулюванням опору гальмівних резисторів у діапазоні низьких швидкостей за рахунок шунтування останніх транзисторними ключами, згідно з винаходом, на обмотки збудження електродвигунів подають напругу з виходу ОС/ОС-перетворювача, величина та тривалість якої зворотнопропорційна обертам вала електродвигуна.The problem is solved by the fact that in the method of automatic control of traction electric motors of sequential excitation of electric rolling stock in braking mode, in which the current in the sequential excitation windings of electric motors is regulated using a PC/OS converter by shunting the input of this converter to the excitation winding, the energy from the output of which is used for own needs, and by smoothly adjusting the resistance of the braking resistors in the range of low speeds due to the shunting of the latter with transistor switches, according to the invention, voltage is applied to the excitation windings of electric motors from the output of the OS/OS converter, the magnitude and duration of which is inversely proportional to the rotation of the electric motor shaft.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображено пристрій, який реалізує спосіб автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження електрорухомого складу в гальмівному режимі. Він містить якірні обмотки 1, 2, обмотки збудження 3, 4 електродвигунів, гальмівний резистор 5, транзисторний ключ 6, ЮС/ОС- перетворювачі 7, 8, власні потреби 9, датчик струму 10, джерело живлення 11, систему автоматичного керування 12 та датчик обертів електродвигуна 13.The essence of the invention is explained by the drawing, which shows a device that implements a method of automatic control of traction electric motors for sequential excitation of electric rolling stock in braking mode. It contains armature windings 1, 2, excitation windings 3, 4 of electric motors, braking resistor 5, transistor switch 6, AC/DC converters 7, 8, own needs 9, current sensor 10, power supply 11, automatic control system 12 and sensor 13 revolutions of the electric motor.

Спосіб автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження електрорухомого складу в гальмівному режимі реалізується таким чином. При переході в режим електричного гальмування система автоматичного керування 12 вмикає транзисторний ключ 6, при цьому якірні обмотки 1, 2 і обмотки збудження 3, 4 електродвигунів увімкнені як у генераторів послідовного збудження і закорочені накоротко, та видає сигнал на ЮС/ОС- перетворювач 8 для подачі напруги на обмотки збудження 3, 4. Величина та тривалість напруги з виходу ОС/ОС-перетворювача 8 залежить від частоти обертів валу електродвигуна М1, що вимірюються датчиком обертів 13, вихід якого підключено до системи автоматичного керування 12, яка видає на ОС/ОС-перетворювач 8 відповідний сигнал. Після появи на якірних обмотках 1, бо 2 електрорушійної сили у ланцюгу потече струм, який вимірюється датчиком струму 10. Після досягнення струмом заданого значення, система автоматичного керування 12 вимикає транзисторний ключ б та ЮС/ЮОС-перетворювач 8 та вмикає ЮОС/ОС-перетворювач 7, який шунтує своїм входом обмотки збудження 3, 4 і регулює величину струму через обмотки збудження 3, 4 як при незалежному збудженні електродвигунів. При цьому ОС/ОсС- перетворювач 7 віддає електричну енергію на власні потреби 9. У зоні низьких швидкостей для підвищення ефективності гальмування система автоматичного керування 12 вмикає транзисторний ключ б і переводить його в режим широтно-імпульсної модуляції, при цьому знижується еквівалентний опір гальмівного резистора та розширюється область ефективного гальмування при низьких швидкостях.The method of automatic control of traction electric motors of sequential excitation of electric rolling stock in braking mode is implemented as follows. When switching to the electric braking mode, the automatic control system 12 turns on the transistor switch 6, while the armature windings 1, 2 and the excitation windings 3, 4 of the electric motors are switched on as in series excitation generators and short-circuited, and outputs a signal to the SW/OS converter 8 for supply voltage to the excitation windings 3, 4. The magnitude and duration of the voltage from the output of the OS/OS converter 8 depends on the frequency of rotation of the shaft of the electric motor M1, which is measured by the speed sensor 13, the output of which is connected to the automatic control system 12, which outputs to the OS/OS -converter 8 corresponding signal. After the electromotive force appears on the armature windings 1 and 2, a current will flow in the circuit, which is measured by the current sensor 10. After the current reaches the set value, the automatic control system 12 turns off the transistor switch b and the SW/SW-converter 8 and turns on the SW/SW-converter 7, which shunts the excitation windings 3, 4 with its input and regulates the amount of current through the excitation windings 3, 4 as in the case of independent excitation of electric motors. At the same time, the DC/DC converter 7 provides electrical energy for its own needs 9. In the low-speed zone, in order to increase the braking efficiency, the automatic control system 12 turns on the transistor switch b and switches it to the pulse-width modulation mode, while the equivalent resistance of the braking resistor decreases and the area of effective braking at low speeds expands.

Запропонований винахід прискорить вхід у режим електричного гальмування та підвищить його надійність у діапазоні низьких швидкостей.The proposed invention will speed up the entry into the electric braking mode and increase its reliability in the low speed range.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения злектроподвижного состава - М.: Транспорт, 1976. - 368 с. С. 136-137. 2. Тихменев Б.Н., Трахман Л.М. Подвижной состав злектрифицированньїх железньмх дорог.SOURCES OF INFORMATION: 1. Tulupov V.D. Automatic regulation of the forces of traction and braking of the electric rolling stock - M.: Transport, 1976. - 368 p. P. 136-137. 2. Tikhmenev B.N., Trahman L.M. Rolling stock of electrified railways.

Теория работь! злектрооборудования. Злектрическиє схемьї и аппарать. Учебник для вузов ж.- д. трансп. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - 471 с. С. 147-149.The theory works! electrical equipment. Electrical circuits and apparatus. Textbook for railway and transport universities. - 4th ed., revised. and additional - M.: Transport, 1980. - 471 p. P. 147-149.

З. Патент України на корисну модель ША 126978 І, НО2Р 7/00. Спосіб автоматичного керування тяговими електродвигунами послідовного збудження електрорухомого складу в гальмівному режимі /В.А.Герасименко, М.І. Шпіка. - Мо и 201801585; заявл. 19.02.2018; опубл. 10.07.2018. - Бюл. Мо 13/2018.Z. Patent of Ukraine for a utility model ША 126978 И, НО2Р 7/00. The method of automatic control of traction electric motors of sequential excitation of electric rolling stock in braking mode / V.A. Gerasimenko, M.I. Speka - Mo and 201801585; statement 19.02.2018; published 10.07.2018. - Bull. May 13/2018.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A method of automatic control of traction electric motors of series excitation in the mode of electric braking, in which the current in the series windings of the excitation of electric motors is regulated by means of an AC/DC converter by shunting the input of this converter of the excitation windings, the energy from the output of which is used for own needs, and smooth regulation resistance of braking resistors in the range of low speeds Zo due to the shunting of the latter by transistor switches, which differs in that the excitation windings of electric motors are supplied with voltage from the output of the OS/OS converter, the magnitude and duration of which is inversely proportional to the rotations of the electric motor shaft. (M - 13 March

8. Sh 2 -th in 00 (M) zha o la ! etc pH