УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА ЭЛЕКТРОПОЕЗДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02P3/14 

Изобретение относится к электротранспорту с тяговыми электродвигателями постоянного тока и может быть использовано на электроподвижном составе пригородного сообщения, метро, трамвае, троллейбусе, а также на электромобиле.

Известно устройство для электрического торможения тягового двигателя, содержащее импульсный преобразователь, включенный параллельно обмоткам двигателя, и диод, включенный между двигателем и источником электропитания.

Недостаток этого устройства связан с тем, что обеспечивает тормозную силу только до скорости 5-7 км/ч, а при меньшем значении скорости тормозное усилие быстро снижается, даже при коротком замыкании обмоток двигателя.

Этот недостаток устранен в устройстве, содержащем дополнительные коммутационные элементы, которые обеспечивают переключение двигателя в режим торможения противовключения при питании его обмоток от токоприемника через импульсный преобразователь.

При этом полное тормозное усилие может быть сохранено до полной остановки, но для обеспечения режима противовключения необходимо небольшое напряжение (не более 3-4% от номинального напряжения двигателя, поскольку его ЭДС действует согласно с внешним источником). Поэтому питание затормаживаемого двигателя от сети с большим напряжением затрудняет процесс регулирования, особенно в его завершающей стадии.

В качестве прототипа изобретения целесообразно принять устройство для электрического торможения тягового электродвигателя на электропоезде постоянного тока, содержащее импульсный прерыватель, включенный параллельно обмоткам двигателя, диод, включенный между общей точкой обмоток двигателя и прерывателя и токоприемником.

Недостаток прототипа связан с потерей тормозного усилия в зоне малых скоростей.

Цель изобретения - сохранение и плавное регулирование тормозного усилия до полной остановки электропоезда.

Это достигается тем, что дополнительно предусмотрены первый и второй коммутационные элементы, конденсатор и дополнительный диод, причем первый коммутационный элемент включен последовательно в цепь импульсного прерывателя и к его контактам подключен конденсатор, а дополнительный диод и второй коммутационный элемент соединены последовательно и эта цепочка включена параллельно обмоткам двигателя.

Существенные отличительные признаки: подключение конденсатора с коммутационным элементом последовательно в цепь импульсного прерывателя; подключение диода и второго коммутационного элемента параллельно обмоткам электродвигателя.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства (для одного двигателя); на фиг. 2 - таблица положений коммутационных элементов для режимов "рекуперация" и "противовключение"; на фиг. 3 - временная диаграмма заключительной фазы торможения поезда до полной остановки.

Предлагаемое устройство предназначено для торможения группы тяговых электродвигателей 1, которая условно показана в виде одного двигателя с якорной обмоткой Я и обмоткой возбуждения ОВ. Электродвигатель 1 в режиме рекуперативного торможения на электропоезде подключен к заземляющему узлу 2 и токоприемнику 3 через диод 4 и LC-фильтр 5. Параллельно электродвигателю 1 подключена цепочка из импульсного прерывателя 6 и коммутационного элемента 7, а также другая цепочка из второго коммутационного элемента 8 и диода 9. К контактам элемента 7 присоединен конденсатор 10, причем в качестве его может быть использован, например, конденсатор фильтра 5 или отдельный конденсатор, имеющий свое зарядное устройство.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии поезд следует на выбеге. Для включения рекуперативного торможения должна быть собрана схема по фиг. 1, коммутационные элементы 7 и 8 установлены в положения, как показано на фиг. 1 (см. также фиг. 2). При периодическом включении импульсного прерывателя 6 с коэффициентом заполнения k (0 < k < 1) реализуется импульсный режим с циклом: закорачивание двигателя 1 прерывателем 6, в результате чего ток i_д нарастает; разрыв цепи через импульсный прерыватель 6 при его выключении, в результате чего ток i_д идет через диод 4 в тяговую сеть.

Величина тока I_д и соответственно тормозное усилие регулируется выбором коэффициента заполнения k. По мере затормаживания поезда (см. фиг. 3) его скорость n снижается, а ток I_д стабилизируют повышением коэффициента k. Это может продолжаться только до значения k = 1, что происходит в момент t₁ по фиг. 3 (скорость поезда 5-7 км/ч). При этом электродвигатель 1 далее тормозится в режиме к. з. ; если не принять других действий, то k = const, I_д и n меняются согласно штриховым линиям, а интенсивность торможения снижается. Чтобы повысить интенсивность торможения, переходят на схему противовключения с импульсным регулированием, для чего в момент t₁ выполняют следующие действия (см. фиг. 2): замыкают элемент 8, что не меняет режима работы электродвигателя 1 в к. з. схеме; переводят элемент 7 в левое положение, включая в цепь ИП 6 конденсатор 10; подбирают такое значение k < 1, что среднее значение I_д соответствует прежнему уровню, и по мере снижения скорости n стабилизируют I_д повышением k. При гашении скорости до 0,3-0,4 км/ч, т. е. с момента t₂ следует постепенно снижать тормозную силу, т. е. ток I_д, сбросом k в функции V, как показано в заключительной стадии этого процесса на фиг. 3 (интервал t₂÷ t₃ ). При этом установка тормозного тока I_д снижается в функции скорости n - примерно пропорционально, начиная от скорости n₂, соответствующей скорости поезда 0,3 км/ч.

В результате происходит плавная остановка поезда с последующим включением стояночного тормоза.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется возможностью реализации полного цикла остановочного торможения электрическим способом, что обеспечивает сохранность тормозных колодок и бандажей, т. е. снижает износ подвижного состава. (56) Тихменев Б. Н. и Трахтман Л. М. Подвижной состав электрифициpованных железных дорог. Теория работы электрооборудования, электрические схемы и аппараты. М. : Транспорт, 1980, с. 224-226, рис. 220.

Использование: на электропоездах, работающих в режиме частых остановок. Сущность: сохранение и регулирование тормозного усилия электродинамического тормоза до полной остановки поезда обеспечивается тем, что в устройстве с тяговым электродвигателем 1, обмотки которого подключены к токоприемнику 3 и заземляющему устройству 2 электропоезда посредством диода 4, фильтра 5 и импульсного прерывателя 6, дополнительно предусмотрены коммутационные элементы 7 и 8, диод 9 и конденсатор 10. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА ЭЛЕКТРОПОЕЗДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее импульсный прерыватель, соединенный с обмотками двигателя, диод, включенный между общей точкой обмоток двигателя и прерывателя и токоприемником, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрены первый и второй коммутационные элементы, конденсатор и дополнительный диод, причем первый коммутационный элемент включен последовательно в цепь импульсного прерывателя и к его контактам подключен конденсатор, а дополнительный диод и второй коммутационный элемент соединены последовательно и эта цепочка включена параллельно обмоткам двигателя.