ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в промышленности и на транспорте.

Известны электроприводы постоянного тока, содержащие электродвигатели, подключенные к выходам коммутатора последовательно-параллельного соединения, к входам которого подключены выводы источника электроэнергии [1].

Известны также электроприводы постоянного тока, содержащие электродвигатели, подключенные к выходам коммутатора последовательно-параллельного соединения, источник электроэнергии, подключенный к входу коммутатора, дополнительные источники электроэнергии, содержащие последовательно соединенные аккумуляторные батареи, и регулируемые преобразователи тока и напряжения, а также тепловые двигатели, механически связанные с генераторами постоянного тока - коллекторными или вентильными [2].

Известные электроприводы имеют низкую надежность, ухудшенные массогабаритные показатели и экономичность, так как в них не используется эффект циркуляции мощности между элементами системы электропривода, позволяющий оптимизировать процессы преобразования и распределения энергии в различных режимах.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности электропривода.

Цель достигается тем, что в него введен второй коммутатор последовательно-параллельного соединения, а дополнительная группа источников электроэнергии снабжена цепью из последовательно соединенных контактора, генератора и накопителя энергии.

Новизна предлагаемого технического решения обусловлена использованием эффекта циркуляции мощности, возникающего в системе приводной тепловой двигатель - генератор - емкостный накопитель - дополнительно введенная электрическая машина, использованием электромагнита, обеспечивающего нормальное или минимальное нажатие щеток на коллектор или контактные кольца, а также включением обмоток электромагнита в цепь емкостного накопителя последовательно с ним.

Практическая применимость предлагаемого электропривода обусловлена возможностью применения в тяговом электроприводе и промышленных установках. В качестве первичного теплового двигателя могут использоваться также любые источники механической энергии с вращающимся выходным валом.

На чертеже показан электропривод постоянного тока.

Электропривод постоянного тока содержит N электродвигателей 1 постоянного тока, подключенных к Nх2 входам первого коммутатора 2 последовательного, последовательно-параллельного или параллельного соединения электродвигателей 1, вход первого коммутатора 2 "плюс" подключен к подвижному контакту 3 трехпозиционного силового переключателя 4, первый неподвижный контакт 5 которого подключен к выходу "плюс" второго коммутатора 6 последовательного, последовательно-параллельного или параллельного соединения, М источников электроэнергии, подключенных к его Мх2 входам, второй неподвижный контакт 7 трехпозиционного силового переключателя 4 не подключен ("нейтраль"), а третий, неподвижный, контакт 8 подключен к первому выводу тормозного резистора 9, второй вывод которого подключен к входу "минус" первого коммутатора 2 и выходу "минус" второго коммутатора 6, М источников электроэнергии включают в себя две установки, каждая из которых состоит из приводного теплового двигателя 10, к одному из концов вала которого присоединен генератор 11 постоянного тока или переменного тока с выпрямителем, причем генератор 11 имеет обмотку независимого возбуждения, М источников электроэнергии включают в себя, кроме того, два емкостных накопителя 12 и одну или более аккумуляторных батарей 13, причем аккуляторные батареи 13 снабжены регулируемыми преобразователями 14 тока и напряжения, а каждый емкостный накопитель снабжен регулируемым преобразователем тока и напряжения, выполненным в виде электрической машины 15 постоянного тока или переменного тока с инвертором, присоединенной к второму концу вала приводного теплового двигателя 10. Щеточно-контактный узел каждой из электрических машин 15 в цепи емкостных накопителей 12 снабжен электромагнитом, обеспечивающим нормальное или минимальное нажатие щеток на коллектор или контактные кольца, причем обмотка 16 электромагнита включена последовательно в цепь емкостного накопителя 12 и обтекается его током. В цепи емкостного накопителя 12 установлен силовой выключатель 17.

Электропривод работает следующим образом. К моменту пуска электродвигателей 1 коммутаторы 2 и 6 приведены в состояния, соответствующие предстоящему режиму работы электропривода, контакты 3 и 5 трехпозиционного силового переключателя 4 замкнуты, приводной тепловой двигателей 10 приводит во вращение генератор 11 и электрическую машину 15, причем возбуждение генератора 11 - минимальное или отсутствует, а возбуждение электрической машины 15 - максимальное.

Цепь питания обмотки 16 электромагнита разомкнута выключателем 17, вследствие чего щетки прижаты к коллектору или контактным кольцам (в зависимости от того, является электрическая машина 15 машиной постоянного тока или машиной переменного тока с выпрямителем) минимальной силой, регулируемые преобразователи 14 в цепи аккумуляторных батарей 13 приведены в непроводящее состояние. Для пуска электродвигателей 1 одновременно и согласованно (вручную или автоматически) осуществляют следующие операции. Переводят регулируемые преобразователи 14 в цепи аккумуляторных батарей 13 в рабочее состояние, соответствующее режиму работы электропривода. Например, при пуске электродвигателей 1 преобразователи 14 стабилизируют ток, отдаваемый аккумуляторными батареями 13. Замыкают выключатели 17, создавая тем самым цепь для протекания тока емкостных накопителей 12 через обмотки 16 электромагнитов и электрические машины 15. При этом электромагниты срабатывают, обеспечивая нормальное нажатие щеток на коллектор или контактные кольца. Регулируют ток возбуждения электрических машин 15 от максимума к нулю и ток возбуждения генераторов 11 от нуля к максимуму по заданной программе, например, при пуске электродвигателей 1 таким образом, чтобы стабилизировать ток электродвигателей 1.

В ходе процесса изменения токов возбуждения электрическая машина 15 работает в качестве двигателя. Электрическая мощность на ее зажимах равна разности мощности емкостного накопителя 12 и мощности, отдаваемой в нагрузку электродвигателем 1. Электрическая машина 15 преобразует эту электрическую мощность в механическую и передает ее валу теплового двигателя 10 и тем самым генератору 11. В результате этого мощность, развиваемая генератором 1, равна сумме мощности теплового двигателя 10 и электрической машины 15. Следствием этого факта является, например, то, что при мощности, развиваемой генератором 11, равной мощности теплового двигателя 10, от последнего отбирается мощность, меньшая на величину мощности, добавляемой валу теплового двигателя 10 электрической машиной 15, что позволяет снизить расход топлива теплового двигателя 10.

По окончании процесса разряда емкостного накопителя 12 его ток оказывается равным нулю, что приводит к отпусканию электромагнита. Щетки прижимаются к коллектору или контактным кольцам с минимальным нажатием, что уменьшает износ и потери в щеточно-контактном узле.

Электрическая машина 15 может использоваться также в качестве генератора для заряда емкостного накопителя 12 и в качестве стартера для запуска теплового двигателя 10 от емкостного накопителя 12.

Предложенный электропривод постоянного тока наиболее целесообразно использовать в качестве тягового, в особенности в электротрансмиссиях с мотор-колесами.

Использование: в промышленности и на транспорте. Сущность: электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатели, подключенные к выходам коммутатора последовательного, последовательно-параллельного или параллельного соединения, источник энергии из механических связанных тепловых двигателей и генераторов постоянного тока и дополнительные источники из аккумуляторных батарей, преобразователей тока и напряжения, содержит дополнительно второй такой же коммутатор, соединенный с первым через трехпозиционный переключатель, а дополнительный источник снабжен цепью из последовательно соединенных контактора, генератора и накопителя энергии. Это позволяет повысить надежность и экономичность электропривода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатели, подключенные к выходам первого коммутатора последовательного, последовательно параллельного или параллельного соединения, источники электроэнергии, причем первая группа источников электроэнергии содержит последовательно соединенные аккумуляторные батареи и регулируемые преобразователи тока и напряжения, вторая группа источников электроэнергии содержит механически связанные тепловые двигатели и генераторы постоянного тока коллекторные или вентильные, отличающийся тем, что в него введены второй коммутатор последовательного, последовательно параллельного и параллельного соединения, к входам которого подключены источники электроэнергии, трехпозиционный силовой переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к плюсовому выходу второго коммутатора, второй неподвижный контакт электрически изолирован от силовой схемы, третий неподвижный контакт через тормозной резистор соединен с минусовым выходом второго и минусовым входом первого коммутаторов, а подвижный контакт подключен к плюсовому входу первого коммутатора, причем вторая группа источников электроэнергии снабжена дополнительной энергетической силовой цепью из последовательно соединенных генератора, механически связанного с тепловым двигателем, емкостного накопителя энергии и коммутационной аппаратуры, подключенной входам второго коммутатора. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что коммутационная аппаратура дополнительной энергетической силовой цепи включает последовательно соединенные силовой контактор и обмотку электромагнита прижима щеток щеточно-коллекторного узла.