СПОСОБ ПЕРЕГРУППИРОВКИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ И СХЕМА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2006 года по МПК B60L9/00 B60L9/02 

Изобретения относятся к области электрического транспорта, в частности к способам и устройствам пуска и регулирования скорости злектроподвижного состава с импульсным регулированием.

Известен способ перегруппировки тяговых двигателей при пуске, при котором группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей и пусковой реостат включают последовательно, шунтируют пусковой реостат, включают группы двигателей на части пускового реостата, после шунтировки которых на группы двигателей подают напряжение контактной сети (см. Техническое описание и инструкция по эксплуатации электровоза ВЛ10, М.: Информэлектро, 1970. - 512 С., на С.312 рис.2, или Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 471 С., на С.88).

Этот способ реализуется схемой, содержащей первый и второй реостаты, первые выводы которых через замыкающиеся контакты первого и второго контакторов подключены к контактной сети, второй вывод второго реостата через замыкающий контакт третьего контактора соединены с первым выводом реостата, через замыкающий контакт четвертого контактора - со вторым выводом первого реостата и первым выводом первой группы двигателей, и, через замыкающий контакт пятого контактора, с первым выводом шунтирующего резистора, зашунтированного замыкающим контактом шестого контактора, второй вывод шунтирующего резистора соединен через замыкающий контакт седьмого контактора со вторым выводом первой группы двигателей и первым выводом второй группы двигателей, второй вывод которой соединен с общей точкой, которая через замыкающий контакт восьмого контактора соединена со вторым выводом первой группы двигателей (см. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 471 С., рис.70 на С.88).

Недостатками этого способа и схемы являются длительные провалы силы тяги, предопределяемые последовательными переключениями контакторов, большое количество контакторов, наличие пускового реостата, имеющего большие габариты и массу. Кроме того, при обратной перегруппировке, контакты выключаются, разрывая ток, что требует применения контакторов с дугогашением.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ перегруппировки тяговых двигателей по схеме моста, при котором группы последовательно соединенных непереключенных двигателей и пусковой реостат включают последовательно, шунтируют пусковой реостат, включают группы двигателей на части пускового реостата через размыкающийся контакт контактора, после шунтировки которых контакт размыкают и на группы двигателей подают напряжение контактной сети (см, Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 471 С., на С.90).

Способ имеет следующие недостатки: баланс токов моста соответствует точке переключения скоростных характеристик двигателей на безреостатной ступени при последовательной группировке и первой позиции параллельного соединения, разбаланс токов моста приводит к толчкам и провалам силы тяги при перегруппировке, поэтому применение этого способа требует подбора веса поездов, что приводит к дополнительным затратам и часто невозможно.

Этот способ реализуется схемой, содержащей первый реостат, первым выводом подключенный к контактной сети и первому выводу первой группе последовательно соединенных непереключаемых двигателей, второй вывод которой через размыкающий контакт контактора соединен со вторым выводом первого реостата и первым выводом второй группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей, второй вывод которой соединен с общей точкой и первым выводом второго реостата, второй вывод которого подключен к второму выводу первой группы двигателей (см. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 471 С., рис.73 на С.91).

Недостатком этой схемы также являются наличие в схеме пускового реостата и контакторов с дугогашением. Кроме того, при наличии трех группировок двигателей схема значительно усложняется и способ становится труднореализуем.

Задачей изобретений является уменьшение колебаний силы тяги, уменьшение массогабаритных показателей пускового оборудования и использование контакторов без дугогашения, сокращения их числа, т.е. повышение надежности схемы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе перегруппировки тяговых двигателей, при котором группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей включают последовательно, включают последовательно им импульсный преобразователь, увеличивают коэффициент заполнения у преобразователя до значения, равного единице. Затем ослабляют магнитный поток последовательно соединенных групп двигателей, измеряют токи якоря и возбуждения двигателей, определяют по значению тока возбуждения и кривой намагничивания двигателя значения магнитного потока двигателей, вычисляют значение момента двигателей по формуле

М=сФI,

где М - момент двигателя;

Ф - магнитный поток двигателя,

I - ток якоря двигателя;

с - конструктивная постоянная двигателя,

по значению момента и зависимости момента от тока якоря для полного магнитного потока определяют значение тока якоря двигателя, равного току возбуждения, измеряют частоту вращения двигателя, определяют по току возбуждения двигателя значение его магнитного потока, вычисляют значение эдс двигателя по формуле

E=сФω,

где Е - эдс двигателя;

ω - частота вращения двигателя,

вычисляют новое значение коэффициента заполнения преобразователя по формуле

где γ₀ - новое значение коэффициента заполнения;

U - напряжение контактной сети;

m - число последовательно включенных неперключаемых двигателей в группе;

r_я и r_в - значения сопротивлений цепей якоря и возбуждения двигателя,

восстанавливают полный магнитный поток обмоток возбуждения двигателей, снимают импульсы управления с импульсных преобразователей, перегруппировывают двигатели и включают группы двигателей на напряжение контактной сети последовательно с импульсными преобразователями, на которые подают импульсы управления, обеспечивающих коэффициент заполнения преобразователя γ₀.

Данный способ перегруппировки тяговых двигателей позволяет осуществить перегруппировку без толчков силы тяги, т.к. время перегруппировки определяется временем срабатывания одного контактора перегруппировки, при этом токи якоря и возбуждения замыкаются через обратные диоды и скорость их спадания ограничена значительными постоянными времени цепей якоря и возбуждения, а вход в тягу перегруппированных двигателей осуществляется с тем же, как и до перегруппировки, моментом, что обеспечивается новым значением коэффициента заполнения импульсных преобразователей. Кроме того, снятие импульсов управления с преобразователей обеспечивает переключение без тока через контакты контакторов, что позволяет использовать контакторы без дугогашения.

Решение поставленной задачи обеспечивает схема, содержащая первую группу последовательно соединенных непереключаемых двигателей, первым выводом соединенную с контактной сетью и вторым выводом через размыкающий контакт контактора перегруппировки - с первым выводом второй группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей, снабженной импульсными преобразователями, каждый из которых подключен входом ко второму выводу соответствующей группы двигателей. Выходы преобразователей объединены в общую точку, каждая группа двигателей зашунтирована обратным диодом, а обмотки возбуждения ее - последовательно включенным резистором и замыкающим контактором контактора ослабления поля. Первый вывод второй группы двигателей через замыкающий контакт контактора перегруппировки подключен к контактной сети и к размыкающему контакту контактора перегруппировки.

В схему могут быть дополнительно введены n групп двигателей, подключенных ко второй группе и друг к другу так же, как и вторая группа двигателей к первой.

Использование импульсных преобразователей и обратных диодов позволяет отказаться от громоздкого пускового реостата, что улучшает массогабаритные показатели пускового оборудования и снижает количество контакторов, необходимых для перегруппировки, что повышает надежность схемы.

На фиг.1 представлена схема перегруппировки тяговых двигателей; на фиг.2 - алгоритм реализации способа перегруппировки; на фиг.3 - электромеханические характеристики тягового двигателя постоянного тока ДТК-800К.

Две группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей I и II соединены последовательно через размыкающий контакт контактора перегруппировки П. Каждая группа двигателей зашунтирована обратным диодом (D1 и D2), а обмотки возбуждения группы - последовательно включенным резистором (R1 и R2) и замыкающим контактом контактора ослабления поля ОП. Первый вывод 1 группы двигателей I соединен с контактной сетью КС, с которой также соединен через замыкающий контакт контактора перегруппировки П первый вывод 3 группы двигателей II. Вторые выводы 2 и 4 групп двигателей I и II соединены со входами импульсных преобразователей VD1 и VD2, соответственно. Выходы преобразователей объединены общей точкой.

Если количество групп двигателей больше двух, то последующая группа двигателей соединяется с предыдущей так же, как и вторая II с первой I.

Способ перегруппировки реализуется схемой в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.2.

При приходе команды на перегруппировку (блок 5) увеличивают коэффициент заполнения у импульсного регулятора VD2 до значения, равного единице (блоки 6, 7), и на последовательно включенные группы двигателей подают полное напряжение контактной сети. Затем, если ослабление поля не включено (блок 8, ОП≠1), включают контактор ослабления поля ОП (блок 9). После окончания переходного процесса (блок 10) измеряют токи якоря I и возбуждения I_в двигателей (блок 11), по кривой намагничивания и значению тока возбуждения двигателя определяют значение его магнитного потока Ф=f(I_в) (блок 12) и вычисляют значение момента двигателя до перегруппировки М=сФI (блок 13). В блоке 14 определяют значение тока якоря, соответствующего вычисленному моменту I=f(M) при полном магнитном потоке двигателя, т.е. при I_в=I, затем измеряют частоту вращения двигателя ω (блок 15), определяют по кривой намагничивания значение магнитного потока для I_в=I (блок 16) и в блоке 17 вычисляют значение эдс Е=сФω двигателя после перегруппировки.

В блоке 18 вычисляют необходимое значение коэффициента заполнения импульсного преобразователя после перегруппировки двигателей, затем восстанавливают полный магнитный поток двигателей (блок 19, 20), снимают импульсы управления γ=0 (блок 21), перегруппировывают двигатели включением контактора перегруппировки П (блок 22) и включают импульсные преобразователи с вычисленным коэффициентом заполнения γ₀ (блок 23).

Алгоритм на фиг.2 может быть выполнен микроЭВМ в составе стандартных блоков: процессора, ОЗУ, ПЗУ, АЦП, портов ввода-вывода дискретных сигналов, - например контроллером M167 - 1C (см. каталог продукции "Бортовая промышленная электроника" АО "Каскод", 105037 Москва, Измайловская пл., 7).

В качестве примера приводится расчет коэффициента заполнения импульсных преобразователей после перегруппировки для электровоза постоянного тока с двигателями ДТК-800К.

Перегруппировка групп двигателей с последовательного соединения на параллельное осуществляется после увеличения коэффициента заполнения до 1 и ослабления магнитного потока двигателей до , чему соответствует скорость электровоза 36,7 км/ч и частота вращения двигателей ω=37,6 с^-1. При этом ток якорей двигателей I=800 А, а ток возбуждения - I_в=0,4×I_я=320 А. По зависимости на фиг.3 определяем, для I_в=320 А, .

Учитывая, что , эдс одного двигателя .

Тогда

и момент каждого двигателя до перегруппировки

М=сФI=11,46×800=9170 Н·м

После перегруппировки, чтобы момент двигателей сохранил свое значение, т.е. не было толчков силы тяги, для момента 9170 Н·м по зависимости М(Ia) на фиг.3 для т.е. β=1 определяем I=I_в=615 А, при этом для I_в=615 на фиг.3 .

Тогда напряжение на двигателе должно быть

U=E+I(r_я+r_в)=560+615(0,0774+0,0226)=621,5 В

и новое значение коэффициента заполнения

U_кс - напряжение контактной сети 3000 В,

m - количество двигателей в группе 2.

Новое значение коэффициента заполнения импульсных преобразователей позволяет осуществить перегруппировку групп двигателей с сохранением их токов и момента, т.е. без толчков силы тяги. Перегруппировка групп двигателей происходит без разрыва токов контактами контакторов, что предопределяет использование контакторов для перегруппировки без дугогашения, причем количество контакторов значительно уменьшено, отпадает необходимость в пусковом реостате, что повышает надежность схемы перегруппировки.

Изобретение относится к области электрического транспорта, в частности к способам и устройствам пуска и регулирования скорости электровоза. При пуске электровоза перегруппировку тяговых двигателей проводят так, что вначале группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей включают последовательно и включают последовательно им импульсный преобразователь, увеличивая коэффициент заполнения преобразователя до значения, равного единице. Затем ослабляют магнитный поток последовательно соединенных групп двигателей, измеряют токи якоря и возбуждения двигателей, определяют по значению тока возбуждения и кривой намагничивания двигателя значения магнитного потока двигателей и вычисляют значение их момента. По значению момента и зависимости момента от тока якоря для одного магнитного потока определяют значение тока якоря двигателя, равного току возбуждения, измеряют частоту вращения двигателя, определяют по току возбуждения двигателя значение его магнитного потока, вычисляют значение эдс двигателя и находят (вычисляют) новое значение коэффициента заполнения преобразователя. Решение поставленной задачи обеспечивает устройство, содержащее первую группу последовательно соединенных непереключаемых двигателей, первым выводом соединенную с контактной сетью и вторым выводом через размыкающий контакт контактора перегруппировки - с первым выводом второй группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей, снабженной импульсными преобразователями, каждый из которых подключен входом ко второму выводу соответствующей группы двигателей. Выходы преобразователей объединены в общую точку, каждая группа двигателей зашунтирована обратным диодом, а обмотки возбуждения ее - последовательно включенным резистором и замыкающим контактором контактора ослабления поля. Первый вывод второй группы двигателей через замыкающий контакт контактора перегруппировки подключен к контактной сети и к размыкающему контакту контактора перегруппировки. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей пускового оборудования и снижение количества контакторов, необходимых для перегруппировки, что повышает надежность схемы. 2 н. и 1 з.п., 3 ил.

1. Способ перегруппировки тяговых двигателей электровоза постоянного тока с импульсным регулированием, заключающийся в том, что группы последовательно соединенных непереключаемых двигателей включают последовательно, отличающийся тем, что последовательно группам двигателей включают импульсный преобразователь, увеличивают коэффициент заполнения преобразователя

где t - время проводящего состояния импульсного преобразователя;

Т - период преобразования,

при значении γ=1 ослабляют магнитный поток обмоток возбуждения последовательно соединенных групп двигателей, измеряют токи якоря и возбуждения двигателей, определяют по значению тока возбуждения и кривой намагничивания двигателя значение магнитного потока двигателя, вычисляют значение момента двигателя по формуле

М=сФI,

где М - момент двигателя;

Ф - магнитный поток двигателя;

I - ток якоря двигателя;

с - конструктивная постоянная двигателя,

по значению момента и зависимости момента от тока якоря для полного магнитного потока двигателя определяют значение тока якоря двигателя, равного току возбуждения, измеряют частоту вращения двигателя, определяют по току возбуждения двигателя значение его магнитного потока, вычисляют значение э.д.с. двигателя по формуле

Е=сФω

где Е - э.д.с. двигателя;

ω - частота вращения двигателя, вычисляют новое значение коэффициента заполнения преобразователя по формуле

где γ₀ - новое значение коэффициента заполнения;

U - напряжение контактной сети;

m - число последовательно включенных неперключаемых двигателей в группе;

r_я и r_в - значения сопротивлений цепей якоря и возбуждения двигателя, восстанавливают полный магнитный поток двигателей, снимают импульсы управления с импульсных преобразователей, перегруппировывают двигатели и включают группы двигателей на напряжение контактной сети последовательно с импульсными преобразователями, на которые подают импульсы управления, обеспечивающие коэффициент заполнения преобразователя γ₀.