УСТРОЙСТВО ОСЛАБЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2019 года по МПК B60L9/08 B60L15/08 H02P7/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть применено на транспортных средствах с тяговыми двигателями пульсирующего тока.

Уровень техники

В настоящее время на всех отечественных электровозах переменного тока при использовании системы ослабления поля (ОП) тягового электродвигателя (ТЭД) наблюдается низкий коэффициент мощности, что вызывает увеличение тока, потребляемого электровозом. При этом требуется повышать типовую мощность трансформатора электровоза для создания необходимой силы тяги, а также возникают дополнительные потери в тяговой сети. В связи с этим задача совершенствования системы ОП ТЭД является актуальной, так как позволит повысить энергетические показатели электровоза.

Известно устройство регулирования ослабления магнитного потока ТЭД, состоящее из двух резисторов ослабления поля, трех контакторов (образующих три ступени ослабления поля) и индуктивного шунта, предназначенного для исключения бросков тока и облегчения условий коммутации ТЭД при включении режима ослабления поля, колебаниях напряжения в контактной сети или его восстановлении после кратковременного снятия (Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание и работа. Электрические схемы. ОАО «ВЭлНИИ», 2006 г., 339 с). Обмотки возбуждения двигателей частично шунтируют резисторами (ослабляют магнитное поле), а последовательно с шунтирующим резистором включают индуктивный шунт. Чтобы получить несколько ступеней ОП ТЭД электровоза, необходимо изменить сопротивление шунтирующего резистора с помощью соответствующих контакторов. В настоящее время данное устройство применяется на всех отечественных электровозах. Недостатком такой системы ослабления поля тягового электродвигателя электровоза является то, что при работе электровоза существенно искажается форма кривой тока тяговой сети вызывая повышенный расход электрической энергии на тягу поездов. Переключение с полного поля ТЭД на ослабленное происходит ступенчато, что всегда сопровождается резким увеличением тока электровоза. Также в цепь шунтирующего резистора необходимо включать медесодержащий индуктивный шунт, который обладает значительной массой и габаритами.

Известно устройство системы ослабления поля тягового электродвигателя, которое содержит четыре диода, семь контакторов, конденсатор, датчик тока, два биполярных транзистора, дроссель, программируемый резистор. (RU 62359, B60L 7/22, B60L 15/04, 10.04.2007). Техническим недостатком устройства является то, что коэффициент мощности электровоза остается неизменным. Дополнительные элементы увеличивают массогабаритные показатели электровоза и понижают надежность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство ослабления поля тягового электродвигателя электровоза, который содержит резистор ослабления поля, контактор, IGBT-транзистор, датчик тока, датчик напряжения, микропроцессорный блок управления (RU 2493982, B60L 15/08, 27.09.2013). Регулирование скорости осуществляется, за счет того, что в определенный момент полупериода сетевого напряжения обмотка возбуждения шунтируется резистором за счет включения IGBT-транзистора. В этот момент времени происходит уменьшение поля возбуждения, уменьшение эквивалентного сопротивления якоря и увеличение тока двигателя. Достоинством данного устройства являются повышение коэффициента мощности электровоза в режиме ослабления поля тягового электродвигателя. Недостатком устройства является то, что не достигается максимально возможный коэффициент мощности и не реализована защита IGBT-транзистора от выброса напряжения при коммутации индуктивной нагрузки.

Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности электровоза, снижении коэффициента искажения синусоидальности тока и снижении расхода электрической энергии.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока, состоит из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход - к IGBT-транзистору, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора, отличающееся тем, что последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя, при этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза.

Краткое описание чертежей

На фигуре представлено устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя для электровозов переменного тока.

Осуществление изобретения

Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока включает якорную обмотку 1, обмотку возбуждения 3, последовательно включенные диод 5 и IGBT-транзистор 6, драйвер IGBT-транзистора 7, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля 10, а выход - к IGBT-транзистору 6, диод 4, который катодом подключен к положительной шине питания двигателя, а анодом к аноду диода 5, якорной обмотке 1, датчику тока 2 и служит для защиты IGBT-транзистора от выбросов напряжения при коммутации индуктивной нагрузки, датчик тока 2, размещенный в цепи якорной обмотки тягового двигателя 1 измеряет ток протекающий в цепи, датчик напряжения 9, включенный в обмотку собственных нужд силового трансформатора 8 предназначен для синхронизации силовых цепей и цепей управления. Последовательно соединенные диод 5 и IGBT-транзистор 6 подключены параллельно обмотке возбуждения 3, а диод 4 подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя 1, при этом система управления 10 по сигналам датчика тока 2 и датчика напряжения 9 формирует импульсы управления IGBT-транзистором 6 по критерию максимального коэффициента мощности электровоза, который осуществляется за счет того что управляющий импульс на IGBT-транзистор 6 подается на интервале полупериода сетевого напряжения соответствующего потреблению активной энергии, благодаря этому реактивная составляющая полной энергии после выключения IGBT-транзистора уменьшается. При возникновении аварийного режима подача импульсов не осуществляется, и работа схемы организуется в режиме полного поля.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока состоит из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора. Причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход – к IGBT-транзистору. Последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя. При этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности электровоза, снижении коэффициента искажения синусоидальности тока и снижении расхода электрической энергии. 1 ил.

Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока, состоящее из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход - к IGBT-транзистору, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора, отличающееся тем, что последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя, при этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза.