ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2001 года по МПК H02P5/16 B60L15/08 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к тяговым электроприводам постоянного тока.

Известен электропривод троллейбуса, содержащий первый и второй токоприемники, первый и второй автоматические выключатели, реактор и конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, тормозной, вспомогательный и дополнительный тиристоры, первый, второй, третий и четвертый контакторы, обратный, тормозной и дополнительный диоды, тормозной и балластный резисторы, датчик тока сети, датчик тока электродвигателя, датчик напряжения сети и датчик напряжения конденсатора входного фильтра. Для реализации необходимой тормозной мощности в диапазоне высоких скоростей торможения в цепь протекания тока обмотки якоря введен балластный резистор, а ослабление возбуждения электродвигателя осуществляется с помощью вспомогательного импульсного прерывателя, подключенного параллельно обмотке возбуждения. При необходимости замещения рекуперативного торможения реостатным на интервалах выключенного состояния главного импульсного прерывателя параллельно ему подключается тормозной резистор при включении тормозного тиристора. Выведение из цепи протекания тока обмотки якоря балластного резистора осуществляется при включении соединенного параллельно с ним вспомогательного тиристора. Контур протекания тока рекуперации содержит обратный диод и дополнительный тиристор. Последний используется для прерывания цепи протекания тока рекуперации при проезде спецчастей контактной питающей сети, содержащих короткозамкнутые участки. С этой целью с помощью датчика тока сети и датчика напряжения сети определяется момент проезда изоляторов, отделяющих короткозамкнутый участок от питающих проводов контактной сети (при токе рекуперации, равном нулю, и при увеличении напряжения на токоприемниках до заданного максимального значения), и снимаются управляющие импульсы с дополнительного тиристора. Одновременно с увеличением напряжения на конденсаторе входного фильтра до заданного значения электропривод переключается в режим реостатного торможения. Сопротивление тормозного резистора выбирается так, чтобы падение напряжения на нем от максимального тормозного тока не превышало заданного допустимого уровня напряжения на конденсаторе входного фильтра. После проезда спецчастей контактной сети с помощью датчика напряжения сети, входы которого подключены к токоприемникам, определяется восстановление необходимого уровня напряжения на них и разрешается формирование управляющих импульсов на дополнительный тиристор [1].

Недостатки известного электропривода состоят в следующем. Во-первых, при значительном снижении напряжения или возникновении короткого замыкания в контактной сети в процессе рекуперативного торможения дополнительный тиристор нельзя выключить, так как по нему непрерывно протекает ток рекуперации. Вследствие этого при значительном снижении напряжения в контактной сети для обеспечения электрической устойчивости процесса электродинамического торможения приходится снижать напряжение на электродвигателе ослаблением его возбуждения. При этом соответственно снижается развиваемый электродвигателем тормозной момент. При коротком замыкании в контактной сети процесс электродинамического торможения теряет электрическую устойчивость. Во-вторых, в начале тормозного режима в контур протекания тормозного тока включен балластный резистор, что затрудняет самовозбуждение электродвигателя. Потери в балластном резисторе не уменьшаются с увеличением коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя (отношения длительности включенного состояния главного импульсного прерывателя к длительности периода регулирования), что снижает эффективность рекуперации в диапазоне высоких и средних скоростей торможения. Кроме того, после включения вспомогательного тиристора балластный резистор нельзя при необходимости повторно ввести в тормозной контур, что может потребоваться, например, если после выведения балластного резистора снизилось напряжение в питающей сети. Вследствие этого в подобных случаях приходится также ограничивать тормозную мощность, уменьшая напряжение на электродвигателе ослаблением его возбуждения. В-третьих, в режиме реостатного торможения при отсутствии потребителей в контактной питающей сети, когда тормозной ток и, соответственно, падение напряжения от него на тормозном резисторе меньше своего максимального значения, для обеспечения электрической устойчивости процесса торможения, учитывая нелинейный характер зависимости напряжения на электродвигателе от тормозного тока, приходится ослаблением возбуждения электродвигателя снижать его напряжение, то есть развиваемую им тормозную мощность.

Известен другой электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, главный контактор, реле максимального тока, реактор, первый и второй конденсаторы входного фильтра, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный контакторы, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий и балластный резисторы, датчик тока и датчик напряжения. Как в пусковом, так и в тормозном режимах работы электропривода для регулирования напряжения на электродвигателе используется главный импульсный прерыватель, а для изменения его возбуждения - дополнительный контактор. Электрическая энергия, выделяемая при торможении, в зависимости от наличия и мощности потребителей рекуперируемой энергии или передается в питающую сеть, или, при включении вспомогательного импульсного прерывателя, подключающего параллельно первому конденсатору входного фильтра тормозной резистор, преобразуется в тепло. Сопротивление тормозного резистора выбирается так, чтобы падение напряжения на нем от максимального тормозного тока не превышало заданного допустимого уровня напряжения на первом конденсаторе входного фильтра. Для регулирования среднего значения тока в тормозном резисторе изменяется коэффициент заполнения вспомогательного импульсного прерывателя (отношение длительности включенного состояния вспомогательного импульсного прерывателя к длительности периода регулирования). Для увеличения тормозной мощности в контур протекания тока как в режиме рекуперативного, так и в режиме реостатного торможения включен балластный резистор. Потери в балластном резисторе при рекуперативном торможении уменьшаются автоматически пропорционально увеличению квадрата коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя. Дополнительный диод предотвращает потребление тока из контактной питающей сети на интервалах включенного состояния вспомогательного импульсного прерывателя. Для ограничения перенапряжений на элементах электропривода, возникающих в индуктивности тормозного резистора при выключении вспомогательного импульсного прерывателя, параллельно тормозному резистору подключен вспомогательный диод. Главный контактор используется для защиты от перегрузок и коротких замыканий в пусковых цепях электропривода, а также для отключения цепи протекания тока рекуперации при пониженном напряжении в контактной питающей сети [2].

Недостатками электропривода являются следующие. Во-первых, использование дополнительного контактора для изменения возбуждения электродвигателя предопределяет снижение надежности электропривода, а ступенчатый характер изменения возбуждения является причиной неоптимальности реализуемых им тяговых и тормозных характеристик. Во-вторых, из-за ограниченного быстродействия главного и дополнительного контакторов и отсутствия возможности обеспечить в одну ступень глубокое ослабление возбуждения, при возникновении короткого замыкания в контактной сети в процессе торможения, возникает большая вероятность нарушения его электрической устойчивости.

Известен также электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, автоматический выключатель, реактор и конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный и балластный резисторы, датчик тока, датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов. Главный импульсный прерыватель используется для регулирования напряжения электродвигателя. Вспомогательный импульсный прерыватель используется в пусковом режиме, при включенном вспомогательном контакторе, для регулирования возбуждения электродвигателя, а в тормозном режиме, при выключенном вспомогательном контакторе, для реализации реостатного торможения. Благодаря раздельному подключению обмоток электродвигателя, а также особенностям подключения дополнительного резистора и вспомогательного диода, в тормозном режиме работы электропривода обеспечивается зависимое от коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя плавное изменение возбуждения электродвигателя. Для увеличения тормозной мощности в контур протекания тока как в режиме рекуперативного, так и в режиме реостатного торможения включен балластный резистор. Потери в балластном резисторе при рекуперативном торможении уменьшаются автоматически пропорционально квадрату повышения коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя. Цепь, состоящая из последовательно соединенных дополнительного диода и ограничивающего резистора, используется для ограничения перенапряжений на элементах электропривода, возникающих в режиме реостатного торможения в индуктивностях тормозного и балластного резисторов при выключении вспомогательного импульсного прерывателя. При коротком замыкании в контактной питающей сети в тормозном режиме работы электропривода его электрическая устойчивость обеспечивается при условии, что напряжение электродвигателя не превышает падения напряжения на балластном резисторе от протекающего по нему тормозному току. Необходимое при высоких скоростях торможения снижение напряжения электродвигателя в этом случае достигается уменьшением коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя, предопределяющим требуемое ослабление возбуждения электродвигателя [3].

Недостатками электропривода являются следующие. Во-первых, для обеспечения электрической устойчивости в режиме реостатного торможения сопротивления тормозного и балластного резисторов должны выбираться так, чтобы при минимальном тормозном токе сумма падений напряжения на них была больше напряжения на электродвигателе. В этой связи, учитывая, что при отсутствии потребителей в контактной питающей сети максимальное напряжение на токоприемниках и на конденсаторе входного фильтра равно сумме падений напряжения на сопротивлениях тормозного и балластного резисторов от мгновенного значения тормозного тока, для ограничения этого напряжения на заданном уровне приходится ограничивать величину максимального тормозного тока и, соответственно, величину максимального тормозного момента. Во-вторых, в режиме короткого замыкания в контактной питающей сети для обеспечения электрической устойчивости процесса электродинамического торможения при его высокой скорости приходится снижать напряжение электродвигателя (ослаблением его возбуждения) и, соответственно, развиваемый им тормозной момент на все время существования этого режима.

Изобретение решает задачу повышения эффективности торможения путем увеличения максимального тормозного момента при отсутствии потребителей и при коротком замыкании в контактной питающей сети.

Для решения поставленной задачи в электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, автоматический выключатель, реактор и первый конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный и первый дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный и балластный резисторы, датчик тока, первый датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов, первый вывод первого конденсатора входного фильтра соединен с первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, с анодом первого дополнительного диода, с первым выводом шунтирующего резистора, с первым выводом балластного резистора и с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к анодам тормозного и вспомогательного диодов, катод вспомогательного диода подключен ко второму выводу обмотки возбуждения электродвигателя, ко второму выводу шунтирующего резистора и к первому выводу главного импульсного прерывателя, катод тормозного диода соединен с анодом пускового диода и с первым выводом обмотки якоря электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом пускового контактора и первым выводом тормозного контактора, катод пускового диода соединен со вторым выводом тормозного контактора и с одним выводом сглаживающего реактора, другой вывод которого соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя и к аноду обратного диода, катод которого подключен ко второму выводу пускового контактора, ко второму выводу первого конденсатора входного фильтра, к первому выводу первого датчика напряжения и, через последовательно соединенные реактор входного фильтра и автоматический выключатель, - к первому токоприемнику, второй токоприемник подключен к первому выводу вспомогательного контактора, второй вывод которого подключен к катоду первого дополнительного диода, первый вывод вспомогательного импульсного прерывателя соединен с первым выводом тормозного резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом балластного резистора и со вторым выводом первого датчика напряжения, управляющие входы главного и вспомогательного импульсных прерывателей соединены с первым выходом блока управления, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, второй вход - к выходу первого датчика напряжения, а третий вход - к выходу задатчика режимов, введены второй конденсатор входного фильтра, дополнительный контактор, зарядный резистор, второй и третий дополнительные диоды, анод второго дополнительного диода подключен ко второму токоприемнику, а катод - ко второму выводу балластного резистора и к первому выводу второго конденсатора входного фильтра, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора входного фильтра, анод третьего дополнительного диода подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя, а катод, через ограничивающий резистор, - ко второму выводу вспомогательного импульсного прерывателя и к первому выводу дополнительного контактора, второй вывод которого подключен ко второму выводу первого конденсатора входного фильтра, зарядный резистор подключен параллельно второму дополнительному диоду, второй вывод тормозного резистора соединен с катодом первого дополнительного диода.

В электропривод может быть введен второй датчик напряжения, один вывод которого подключен к первому токоприемнику, второй - ко второму токоприемнику, а выход - к четвертому входу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом автоматического выключателя.

Блок управления может включать в себя источник опорного напряжения, элемент И-НЕ и компаратор, один вход которого соединен с четвертым входом блока управления, второй вход - с выходом источника опорного напряжения, а выход - с одним из входов элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом блока управления, а выход - со вторым выходом блока управления.

Введение второго конденсатора входного фильтра, дополнительного контактора, зарядного резистора, второго и третьего дополнительных диодов позволяет использовать вспомогательный импульсный прерыватель в пусковом режиме работы электропривода для регулирования возбуждения электродвигателя, а в тормозном - для регулирования напряжения на втором конденсаторе входного фильтра на заданном максимальном уровне при всех возможных значениях тормозного тока. При этом в тормозном режиме работы электропривода при отсутствии потребителей в контактной питающей сети, с одной стороны, достигается возможность торможения с максимальным тормозным током, а с другой стороны, - обеспечиваются условия электрической устойчивости при минимальном тормозном токе. С помощью зарядного резистора обеспечивается возможность ограничения амплитуды тока начального заряда конденсаторов входного фильтра при включении автоматического выключателя.

Введение в электропривод второго датчика напряжения и подключение второго выхода блока управления к управляющему входу автоматического выключателя обеспечивают возможность отключения автоматического выключателя при коротком замыкании в контактной питающей сети в тормозном режиме работы электропривода, благодаря чему в этом случае при переходе электропривода в режим реостатного торможения при отсутствии потребителей может быть реализована максимальная тормозная мощность.

Введение в блок управления источника опорного напряжения, элемента И-НЕ и компаратора обеспечивает возможность отключения в тормозном режиме работы электропривода автоматического выключателя, когда напряжение на токоприемниках меньше заданного минимального значения, и его повторного включения, когда это напряжение станет больше этого значения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода, на фиг. 2 - функциональная схема варианта выполнения блока управления.

Электропривод содержит первый и второй токоприемники 1 и 2, автоматический выключатель 3, реактор 4 входного фильтра, первый и второй конденсаторы 5 и 6 входного фильтра, сглаживающий реактор 7, электродвигатель с обмоткой 8 якоря и обмоткой 9 возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели 10 и 11, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный контакторы 12, 13, 14 и 15, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный, первый, второй и третий дополнительные диоды 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный, балластный и зарядный резисторы 23, 24, 25, 26, 27 и 28, датчик 29 тока, первый датчик 30 напряжения, блок 31 управления и задатчик 32 режимов. Электропривод может содержать второй датчик 33 напряжения. В варианте выполнения блока 31 управления он может включать в себя источник 34 опорного напряжения, элемент 35 И-НЕ и компаратор 36. Первый вывод первого конденсатора 5 входного фильтра соединен с первым выводом обмотки 9 возбуждения электродвигателя, с анодом первого дополнительного диода 20, с первым выводом шунтирующего резистора 25, с первым выводом балластного резистора 27 и с первым выводом дополнительного резистора 26, второй вывод которого подключен к анодам тормозного и вспомогательного диодов 18 и 19. Катод вспомогательного диода 19 подключен ко второму выводу обмотки 9 возбуждения электродвигателя, ко второму выводу шунтирующего резистора 25 и к первому выводу главного импульсного прерывателя 10. Катод тормозного диода 18 соединен с анодом пускового диода 17 и с первым выводом обмотки 8 якоря электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом пускового контактора 12 и первым выводом тормозного контактора 13. Катод пускового диода 17 соединен со вторым выводом тормозного контактора 13 и с одним выводом сглаживающего реактора 7, другой вывод которого соединен с первым выводом датчика 29 тока. Второй вывод датчика 29 тока подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя 10 и к аноду обратного диода 16, катод которого подключен ко второму выводу пускового контактора 12, ко второму выводу первого конденсатора 5 входного фильтра, к первому выводу первого датчика 30 напряжения и, через последовательно соединенные реактор 4 входного фильтра и автоматический выключатель 3, - к первому токоприемнику 1.

Второй токоприемник 2 подключен к первому выводу вспомогательного контактора 14, второй вывод которого подключен к катоду первого дополнительного диода 19. Первый вывод вспомогательного импульсного прерывателя 11 соединен с катодом первого дополнительного диода 20 и с первым выводом тормозного резистора 23, второй вывод которого соединен со вторым выводом балластного резистора 27 и со вторым выводом первого датчика 30 напряжения. Управляющие входы главного и вспомогательного импульсных прерывателей 10 и 11 соединены с первым выходом блока 31 управления, первый вход которого подключен к выходу датчика 29 тока, второй вход - к выходу первого датчика 30 напряжения, а третий вход - к выходу задатчика 32 режимов. Анод второго дополнительного диода 21 подключен ко второму токоприемнику 2, а катод - ко второму выводу балластного резистора 27 и к первому выводу второго конденсатора 6 входного фильтра, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора 5 входного фильтра. Анод третьего дополнительного диода 22 подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя 10, а катод, через ограничивающий резистор 24, - ко второму выводу вспомогательного импульсного прерывателя 11 и к первому выводу дополнительного контактора 15, второй вывод которого подключен ко второму выводу первого конденсатора 5 входного фильтра. Зарядный резистор 28 подключен параллельно второму дополнительному диоду 21. Один вывод второго датчика 33 напряжения подключен к первому токоприемнику 1, второй - ко второму токоприемнику 2, а выход - к четвертому входу блока 31 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом автоматического выключателя 3. Один вход компаратора 36 соединен с четвертым входом блока 31 управления, второй вход - с выходом источника 34 опорного напряжения, а выход - с одним из входов элемента 35 И-НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом блока 31 управления, а выход - со вторым выходом блока 31 управления.

Электропривод работает следующим образом. Первый токоприемник 1 подключен к положительной шине, а второй токоприемник 2 - к отрицательной шине источника питания. При включении автоматического выключателя 3 первый конденсатор 5 входного фильтра заряжается через последовательно соединенные балластный и зарядный резисторы 27 и 28, а второй конденсатор 6 входного фильтра - через зарядный резистор 28.

В пусковом режиме работы электропривода замкнуты контакты пускового контактора 12 и вспомогательного контактора 14. Ток обмотки 8 якоря электродвигателя поддерживается на заданном уровне с помощью главного и вспомогательного импульсных прерывателей 10 и 11. Управляющие импульсными прерывателями 10, 11 сигналы формируются в блоке 31 управления в соответствии с сигналом задатчика 32 режимов и сигналом обратной связи с датчика 29 тока, пропорционального по величине току в цепи обмотки 8 якоря электродвигателя. В первой зоне регулирования изменяется коэффициент заполнения главного импульсного прерывателя 10 λ_г. На интервалах включенного состояния главного импульсного прерывателя 10 ток обмотки 8 якоря электродвигателя протекает по цепи: первый токоприемник 1, автоматический выключатель 3, реактор 4 входного фильтра, пусковой контактор 12, обмотка 8 якоря электродвигателя, пусковой диод 17, сглаживающий реактор 7, датчик 29 тока, главный импульсный прерыватель 10, обмотка 9 возбуждения электродвигателя с подключенным параллельно ей шунтирующим резистором 25, первый дополнительный диод 20, вспомогательный контактор 14, второй токоприемник 2. На интервалах выключенного состояния главного импульсного прерывателя 10 ток обмотки 8 якоря электродвигателя замыкается через обратный диод 16, а ток обмотки 9 возбуждения электродвигателя - через дополнительный резистор 26 и вспомогательный диод 19. Во второй зоне регулирования при максимальном коэффициенте заполнения главного импульсного прерывателя 10 изменяется коэффициент заполнения вспомогательного импульсного прерывателя 11 λ_в. На интервалах включенного состояния вспомогательного импульсного прерывателя 11 часть тока обмотки 8 якоря электродвигателя будет протекать по цепи: третий дополнительный диод 22, ограничивающий резистор 24, вспомогательный импульсный прерыватель 11 и вспомогательный контактор 14. После достижения максимального коэффициента заполнения вспомогательного импульсного прерывателя 11 дальнейшее увеличение частоты вращения электродвигателя происходит по его естественной характеристике при постоянном минимальном возбуждении электродвигателя.

В тормозном режиме работы электропривода замкнуты контакты тормозного и дополнительного контакторов 13 и 15 при разомкнутых контактах пускового и вспомогательного контакторов 12 и 14. Основное регулирование ведется по току обмотки 8 якоря электродвигателя путем изменения коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя 10. При изменении коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя 10 коэффициент ослабления возбуждения электродвигателя β изменяется в соответствии с выражением

где I_в - ток обмотки 9 возбуждения электродвигателя;
I_я - ток обмотки 8 якоря электродвигателя;
R_в - сопротивление обмотки 9 возбуждения;
R_ш - сопротивление шунтирующего резистора 25;
R_д - сопротивление дополнительного резистора 26.

В тормозном режиме на интервалах выключенного состояния главного импульсного прерывателя 10 в случае, если мощность, потребляемая внешней нагрузкой, подключенной к шинам источника питания, больше рекуперируемой мощности (режим рекуперативного торможения), ток обмотки 8 якоря электродвигателя замыкается по цепи: обмотка 8 якоря электродвигателя, тормозной контактор 13, сглаживающий реактор 7, датчик 29 тока, обратный диод 16, реактор 4 входного, фильтра, автоматический выключатель 3, первый токоприемник 1, внешняя нагрузка, второй токоприемник 2, второй дополнительный диод 21, балластный резистор 27, дополнительный резистор 26, тормозной диод 18. Среднее напряжение на втором конденсаторе 6 входного фильтра U₆ равно напряжению в питающей сети U_с, а среднее напряжение на первом конденсаторе 5 входного фильтра U₅ равно напряжению на электродвигателе U_д и определяется в соответствии с выражением
U₅= U_c•(1-λ_г)+I_я•R_б•(1-λ_г)², (2)
где R_б - сопротивление балластного резистора 27.

В случае, если мощность, потребляемая внешней нагрузкой, подключенной к шинам источника питания, меньше рекуперируемой мощности (режим рекуперативно-реостатного торможения), напряжение на втором конденсаторе 6 входного фильтра увеличивается до максимального заданного значения U₃. При этом в блоке 31 управления в соответствии с сигналом задатчика 32 режимов и сигналом обратной связи с первого датчика 30 напряжения начинают формироваться управляющие сигналы, обусловливающие включение вспомогательного импульсного прерывателя 11. На интервалах включенного состояния вспомогательного импульсного прерывателя 11 второй конденсатор 6 входного фильтра разряжается по цепи: конденсатор 6, дополнительный контактор 15, вспомогательный импульсный прерыватель 11, тормозной резистор 23, конденсатор 6. Сопротивление тормозного резистора 23 определяется как отношение максимального заданного значения напряжения к максимальному значению тормозного тока. Среднее напряжение на втором конденсаторе 6 входного фильтра поддерживается на максимальном заданном уровне путем изменения коэффициента заполнения вспомогательного импульсного прерывателя 11, а среднее напряжение на первом конденсаторе 5 входного фильтра в этом случае равно
U₅= U_з•(1-λ_г)+I_я•R_б•(1-λ_г)², (3)
Из выражений (2) и (3) следует, что при переходе с рекуперативного на рекуперативно-реостатное торможение, когда U_с = U₃, при любых одинаковых значениях тормозного тока коэффициент заполнения главного импульсного прерывателя 10, а следовательно, напряжение электродвигателя и развиваемая им тормозная мощность не изменяются.

Если при торможении в питающей сети возникает короткое замыкание и напряжение на выходе второго датчика 33 напряжения становится меньше заданного минимального значения, то по команде блока 31 управления происходит отключение автоматического выключателя 3. На время переходного процесса, определяемого, в основном, собственным временем отключения автоматического выключателя 3, электрическая устойчивость электродинамического торможения сохраняется благодаря наличию в цепи протекания тока рекуперации сопротивления балластного резистора 27 и за счет уменьшения коэффициента заполнения главного импульсного прерывателя 10, обусловливающего уменьшение возбуждения и, соответственно, напряжения электродвигателя. Допустимое по условию электрической устойчивости напряжение электродвигателя в этом случае равно
U_д= I_я•R_б•(1-λ_г)². (4)
На практике собственное время отключения автоматического выключателя составляет сотые доли секунды. Примерно на такое же время при возникновении короткого замыкания в питающей сети снизится напряжение электродвигателя и, соответственно, развиваемый им тормозной момент. Причем при низких скоростях торможения, когда напряжение на электродвигателе мало даже при его полном возбуждении, при возникновении короткого замыкания в питающей сети снижение напряжения электродвигателя и, соответственно, развиваемого им тормозного момента будет незначительным.

После отключения автоматического выключателя 3 напряжение на втором конденсаторе 6 входного фильтра возрастает до заданного максимального значения и электропривод переходит в режим реостатного торможения с возможностью реализации максимального тормозного момента.

Если напряжение на токоприемниках вновь превысит заданное минимальное значение, то по команде блока 31 управления произойдет включение автоматического выключателя 3 и электропривод начнет работать в режиме рекуперативно-реостатного торможения.

Управление автоматическим выключателем может осуществляться следующим образом. В исходном для данного рассмотрения состоянии электропривод находится в пусковом режиме или режиме выбега, а напряжение на токоприемниках больше заданного минимального значения. В этом случае из задатчика 32 режимов через третий вход блока 31 управления на другой вход элемента 35 И-НЕ поступает сигнал в значении логического "0". При этом сигнал на выходе элемента 35 И-НЕ и, соответственно, на втором выходе блока 31 управления имеет значение логической "1", определяющей включенное состояние автоматического выключателя 3. Напряжение сигнала, поступающего с выхода второго датчика 33 напряжения через четвертый вход блока 31 управления на один вход компаратора 36, больше напряжения сигнала, поступающего с выхода источника 34 опорного напряжения на другой вход компаратора 36, и выходной сигнал последнего имеет значение логического "0". При задании тормозного режима с выхода задатчика 32 режимов на другой вход элемента 35 И-НЕ начнет поступать сигнал в значении логической "1", однако изменения состояния элемента 35 И-НЕ не происходит из-за наличия на одном его входе сигнала в значении логического "0". Когда напряжение на токоприемниках становится меньше заданного минимального значения, напряжение выходного сигнала второго датчика 33 напряжения становится меньше напряжения выходного сигнала источника 34 опорного напряжения. Компаратор 36 переключается в состояние, когда его выходной сигнал имеет значение логической "1". При этом сигнал на выходе элемента 35 И-НЕ принимает значение логического "0", определяющего выключенное состояние автоматического выключателя 3. Обратное переключение элемента 35 И-НЕ в исходное состояние и, соответственно, повторное включение автоматического выключателя возможно или при выходе из тормозного режима или, в тормозном режиме, после того, как напряжение на токоприемниках станет больше заданного минимального значения.

Таким образом, применение заявляемого устройства решает задачу повышения эффективности торможения путем увеличения максимального тормозного момента как при отсутствии потребителей, так и при коротком замыкании в контактной питающей сети.

Источники информации
1. Тиристорный тяговый привод троллейбуса на базе преобразователя с GTO-тиристорами. / В.В. Маркин, В.К. Миледин, В.А. Скибинский, Ю.И. Фельдман. // Электротехника. 1995. N 9.

2. Проспект фирмы АО ЧКД ПРАГА ХОЛДИНГ ГРУППА ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ АО ЧКД ТРАКЦЕ, АО ЧКД ЛОКОМОТИВКА "Новая система IGBT. TV-14 - новое электрооборудование, используемое при модернизации трамваев типов Т 3, Т4 и КТ4, производимых фирмой ЧКД ТАТРА".

3. Патент 2129495 РФ. Электропривод постоянного тока. / Б.Е. Суслов, В. И. Трофименко. / Открытия. Изобретения. 1999. N 12.

Изобретение относится к тяговым электроприводам постоянного тока. Электропривод содержит первый и второй токоприемники, автоматический выключатель, реактор входного фильтра, два конденсатора входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, пусковой, тормозной, вспомогательный и дополнительный контакторы, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный и три дополнительных диода, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный, балластный и зарядный резисторы, датчик тока, первый датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов. Электропривод может содержать второй датчик напряжения. В варианте выполнения блока управления он может включать в себя источник опорного напряжения, элемент И-НЕ и коммутатор. Технический результат заключается в повышении эффективности торможения путем увеличения максимального тормозного момента при отсутствии потребителей и при коротком замыкании в контактной питающей сети. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Электропривод, содержащий первый и второй токоприемники, автоматический выключатель, реактор и первый конденсатор входного фильтра, сглаживающий реактор, электродвигатель с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, главный и вспомогательный импульсные прерыватели, пусковой, тормозной и вспомогательный контакторы, обратный, пусковой, тормозной, вспомогательный и первый дополнительный диоды, тормозной, ограничивающий, шунтирующий, дополнительный и балластный резисторы, датчик тока, первый датчик напряжения, блок управления и задатчик режимов, первый вывод первого конденсатора входного фильтра соединен с первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, с анодом первого дополнительного диода, с первым выводом шунтирующего резистора, с первым выводом балластного резистора и с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к анодам тормозного и вспомогательного диодов, катод вспомогательного диода подключен ко второму выводу обмотки возбуждения электродвигателя, ко второму выводу шунтирующего резистора и к первому выводу главного импульсного прерывателя, катод тормозного диода соединен с анодом пускового диода и с первым выводом обмотки якоря электродвигателя, второй вывод которой соединен с первым выводом пускового контактора и первым выводом тормозного контактора, катод пускового диода соединен со вторым выводом тормозного контактора и с одним выводом сглаживающего реактора, другой вывод которого соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя и к аноду обратного диода, катод которого подключен ко второму выводу пускового контактора, ко второму выводу первого конденсатора входного фильтра, к первому выводу первого датчика напряжения и через последовательно соединенные реактор входного фильтра и автоматический выключатель - к первому токоприемнику, второй токоприемник подключен к первому выводу вспомогательного контактора, второй вывод которого подключен к катоду первого дополнительного диода, первый вывод вспомогательного импульсного прерывателя соединен с первым выводом тормозного резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом балластного резистора и со вторым выводом первого датчика напряжения, управляющие входы главного и вспомогательного импульсных прерывателей соединены с первым выходом блока управления, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, второй вход - к выходу первого датчика напряжения, а третий вход - к выходу задатчика режимов, отличающийся тем, что в него введены второй конденсатор входного фильтра, дополнительный контактор, зарядный резистор, второй и третий дополнительные диоды, анод второго дополнительного диода подключен ко второму токоприемнику, а катод - ко второму балластного резистора и к первому выводу второго конденсатора входного фильтра, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора второго фильтра, анод третьего дополнительного диода подключен ко второму выводу главного импульсного прерывателя, а катод через ограничивающий резистор - ко второму выводу вспомогательного импульсного прерывателя и к первому выводу дополнительного контактора, второй вывод которого подключен ко второму выводу первого конденсатора входного фильтра, зарядный резистор подключен параллельно второму дополнительному диоду, второй вывод тормозного резистора соединен с катодом первого дополнительного диода. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в него введен второй датчик напряжения, один вывод которого подключен к первому токоприемнику, второй - ко второму токоприемнику, а выход - к четвертому входу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом автоматического выключателя. 2. Электропривод по п.2, отличающийся тем, что блок управления включает в себя источник опорного напряжения, элемент И - НЕ и компаратор, один вход которого соединен с четвертым входом блока управления, второй вход - с выходом источника опорного напряжения, а выход - с одним из входов элемента И - НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом блока управления, а выход - со вторым выходом блока управления.