Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства Российский патент 2023 года по МПК H02P9/30 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования тока возбуждения вспомогательного или тягового генераторов транспортного средства.

Известно устройство регулирования возбуждения тягового генератора с независимым возбуждением от возбудителя переменного тока с регулированием напряжения посредством управляемого выпрямителя (тепловозы с передачей переменно-постоянного тока), которая снабжена устройством аварийного возбуждения. При установке соответствующего переключателя в положение «Аварийное возбуждение» его контакты шунтируют тиристоры управляемого выпрямителя возбуждения. Управляемый выпрямитель возбуждения становится неуправляемым и через его диоды, включенные в четыре плеча, ток синхронного возбудителя выпрямляется для питания обмотки возбуждения тягового генератора (В.И. Вилькевич «Автоматическое управление электрической передачей и электрические схемы тепловозов», М. Транспорт, 1987, стр. 154-156).

Недостатком устройства регулирования возбуждения тягового генератора является его низкая надежность, обусловленная тем, что при возникновении внештатной ситуации включение устройства аварийного возбуждения осуществляется вручную, а ток возбуждения становится нерегулируемым. При этом переход в режим аварийного возбуждения возможен только при отказе блока управления управляемого выпрямителя.

Известен регулятор тока возбуждения, в котором для питания независимой обмотки возбуждения тягового генератора применен возбудитель, конструктивно объединенный со вспомогательным генератором в двухмашинный агрегат. В свою очередь возбудитель также имеет две обмотки возбуждения: независимую и размагничивающую. Независимая обмотка питается синхронным подвозбудителем через аппараты автоматического управления. Размагничивающая обмотка получает питание от цепей управления. Синхронный подвозбудитель получает возбуждение от вспомогательного генератора. При этом реализуется каскадная схема, при которой процесс регулирования осуществляется не в цепи обмотки возбуждения тягового генератора, а в более слаботочной цепи независимой обмотки возбуждения возбудителя (А.Г. Иоффе ж. «Локомотив» №4, 2022 г., стр. 27 - 32 «Электрическая схема тепловоза ТЭ10М»).

Недостатками известного регулятора тока возбуждения являются наличие большого количества электротехнических элементов и преобразователей, а также сложность системы управления, что приводит к снижению его надежности.

Известен реверсивный возбудитель на полностью управляемых вентилях для генератора физической модели, принятый за прототип, содержащий двухполупериодный преобразователь напряжения на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах, к входу которого параллельно подключены выпрямитель и сглаживающий конденсатор, а к выходу параллельно подключен вход датчика напряжения, выход которого подключен к входу системы управления, выходы системы управления подключены к полностью управляемым вентилям, а в выходную цепь преобразователя напряжения включен датчик тока, вход которого подключается к обмотке возбуждения генератора, а выход подключен к входу системы управления (Патент RU №144222, МПК H02P 9/30, опубл. 10.08. 2014 г.).

Недостатком реверсивного возбудителя генератора физической модели является отсутствие защиты устройства при возникновении внештатных ситуаций.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности регулятора тока возбуждения генератора транспортного средства за счет создания резервного канала возбуждения и обеспечения автоматического перехода в режим аварийного возбуждения, а также исключения из схемы возбуждения электромеханических преобразователей.

Указанный технический результат достигается тем, что в регуляторе тока возбуждения генератора транспортного средства, содержащем первый выпрямитель, выходы которого шунтированы фильтрующим конденсатором, а входы подключены к трем фазам синхронного генератора с обмоткой возбуждения, двухполупериодный преобразователь на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах, в диагональ которого последовательно включены первый датчик тока и первичная обмотка силового трансформатора, при этом выход первого датчика тока подключен к системе управления, а вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входам второго выпрямителя, собранного на диодах, дополнительно для регулирования основного и создания резервного каналов возбуждения к входам двухполупериодного преобразователя на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах подключен источник постоянного напряжения, а к выходам первого выпрямителя подключен понижающий преобразователь напряжения, выходы которого шунтированы обратным диодом, причем положительный выход понижающего преобразователя напряжения подключен к одному из входов обмотки возбуждения синхронного генератора, другой вход которой через второй датчик тока подключен к отрицательному выходу второго выпрямителя, положительный выход которого соединен последовательно с отрицательным выходом понижающего преобразователя напряжения, при этом система управления выполнена с возможностью получения сигналов обратной связи от первого и второго датчиков тока и осуществления управлениея двухполупериодным преобразователем на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах и понижающим преобразователем напряжения.

На фигуре представлена блок-схема регулятора тока возбуждения генератора транспортного средства.

Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства содержит первый выпрямитель 1, выходы которого шунтированы фильтрующим конденсатором 2, а входы подключены к трем фазам синхронного генератора 3 с обмоткой вожбуждения 3.1, двухполупериодный преобразователь 4 на полностью управляемых вентилях 4.1…4.4 и встречно-включенных диодах 4.5…4.8 (Далее по тексту - двухполупериодный преобразователь), в диагональ которого последовательно включены первый датчик 4.9 тока и первичная обмотка 4.10.1 силового трансформатора 4.10. Выход первого датчика 4.9 тока подключен к системе управления 5, а вторичная обмотка 4.10.2 силового трансформатора 4.10 подключена к входам второго выпрямителя 6, собранного на диодах 6.1…6.4. Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства дополнительно снабжен источником 7 постоянного напряжения, подключенного к входам двухполупериодного преобразователя 4 и понижающим преобразователем 8 напряжения, входы которого подключены к выходам первого выпрямителя 1, а выходы шунтированы обратным диодом 9. Положительный выход понижающего преобразователя 8 напряжения подключен к одному из входов обмотки возбуждения 3.1 синхронного генератора 3, другой вход которой через второй датчик 10 тока подключен к отрицательному выходу второго выпрямителя 6, положительный выход которого соединен последовательно с отрицательным выходом понижающего преобразователя 8 напряжения. Система управления 5 выполнена с возможностью получения сигналов обратной связи от первого 4.9 и второго 10 датчиков тока и осуществления управлением двухполупериодным преобразователем 4 и понижающим преобразователем 8 напряжения.

Фильтрующий конденсатор 2 предназначен для сглаживания пульсаций напряжения c первого выпрямителя 1. На локомотиве в качестве источника 7 постоянного напряжения может использоваться бортовая сеть или стартер-генератор, или аккумуляторная батарея. Двухполупериодный преобразователь 4 представляет собой мостовой инвертор напряжения, который формирует регулируемое переменное напряжение. Полностью управляемые вентили 4.1…4.4, шунтированные встречно-включенными диодами 4.5…4.8 представляют собой IGBT - модули. Силовой трансформатор 4.10 обеспечивает гальваническую развязку обмотки возбуждения 3.1 от источника 7 постоянного напряжения. Понижающий преобразователь 8 напряжения осуществляет снижение напряжения с первого выпрямителя 1 до величины, необходимой для формирования заданного значения тока возбуждения. Система управления 5 представляет собой микропроцессорную систему управления, которая управляет двухполупериодным преобразователем 4 и понижающим преобразователем 8 напряжения в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Первый выпрямитель 1, фильтрующий конденсатор 2 и понижающий преобразователь 8 напряжения образуют основной канал формирования тока возбуждения синхронного генератора 3, а источник 7 напряжения, двухполупериодный преобразователь 4 и второй выпрямитель 6 образуют резервный канал, при этом оба канала включены последовательно, что обеспечивает автоматическое переключение каналов при возникновении аварийной ситуации.

Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства работает следующим образом.

До появления напряжения на выходе синхронного генератора 3, напряжение от источника 7 постоянного напряжения поступает на двухполупериодный преобразователь 4, где преобразуется в переменное напряжение, которое со вторичной обмотки 4.10.2 силового трансформатора 4.10 поступает на входы второго выпрямителя 6. Постоянное напряжение с положительного и отрицательного выходов второго выпрямителя 6 через обратный диод 9 и второй датчик 10 тока запитывает обмотку возбуждения 3.1 синхронного генератора 3. По сигналу обратной связи со второго датчика 10 тока система управления 5 управляет двухполупериодным преобразователем 4 в режиме ШИМ - модуляции и формирует заданное значение тока обмотки возбуждения 3.1. При работе в данном режиме максимальное значение тока возбуждения ограничено мощностью и напряжением источника 7 постоянного напряжения. После начала работы синхронного генератора 3, его трехфазное переменное напряжение выпрямляется первым выпрямителем 1, фильтруется конденсатором 2 и поступает на вход понижающего преобразователя 8 напряжения. При этом обратный диод 9 запирается, а понижающий преобразователь 8 напряжения и второй выпрямитель 6 включаются последовательно. Система управления 5 продолжает поддерживать заданный ток в обмотке возбуждения 3.1 за счет ШИМ регулирования напряжения на выходе понижающего преобразователя 8 напряжения. Одновременно система управления 5 снижает до минимума напряжение с выхода двухполупериодного преобразователя 4, переводя его в режим «горячего» резервирования.

При выходе из строя любого из элементов, запитанных от синхронного генератора 3, система управления 5 будет формировать ток аварийного возбуждения регулированием выходного напряжения двухполупериодного преобразователя 4. В процессе работы при возникновении аварийной ситуации система управления 5 будет поддерживать заданный ток возбуждения регулированием напряжения на выходе понижающего преобразователя 8 напряжения. При этом ток в обмотке возбуждения 3.1 замкнется по цепи: второй датчик 10 тока, диоды 6.1…6.4 второго выпрямителя 6, отрицательный и положительный выходы понижающего преобразователя 8 напряжения. В процессе работы переход с основного канала возбуждения на резервный и обратно осуществляется в автоматическом режиме.

Таким образом, заявленный технический результат, а именно - повышение надежности, достигается за счет:

- регулирования основного и создания резервного каналов формирования тока возбуждения синхронного генератора 3;

- обеспечения автоматического перехода в режим аварийного возбуждения при возникновении внештатной ситуации;

- исключения из схемы возбуждения электромеханических преобразователей.

Предлагаемый регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства испытан в составе тепловоза 2ТЭ116УМ и показал свою надежность и эффективность.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования тока возбуждения вспомогательного или тягового генераторов транспортного средства. Техническим результатом изобретения является повышение надежности регулятора тока возбуждения генератора транспортного средства за счет создания резервного канала возбуждения и обеспечения автоматического перехода в режим аварийного возбуждения, а также исключения из схемы возбуждения электромеханических преобразователей. Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства снабжен основным каналом формирования тока возбуждения, содержащим первый выпрямитель, подключенный к трем фазам синхронного генератора, фильтрующую емкость, понижающий преобразователь напряжения, и резервным каналом формирования тока возбуждения, содержащим источник постоянного напряжения, двухполупериодный преобразователь на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах, второй выпрямитель, первый и второй датчики тока. Основной и резервный каналы формирования тока возбуждения включены последовательно и управляются системой управления по сигналам обратной связи от первого и второго датчиков тока в режиме широтно-импульсной модуляции. 1 ил.

Регулятор тока возбуждения генератора транспортного средства, содержащий первый выпрямитель, выходы которого шунтированы фильтрующим конденсатором, а входы подключены к трем фазам синхронного генератора с обмоткой возбуждения, двухполупериодный преобразователь на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах, в диагональ которого последовательно включены первый датчик тока и первичная обмотка силового трансформатора, при этом выход первого датчика тока подключен к системе управления, а вторичная обмотка силового трансформатора подключена к входам второго выпрямителя, собранного на диодах, отличающийся тем, что для регулирования основного и создания резервного каналов возбуждения к входам двухполупериодного преобразователя на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах подключен источник постоянного напряжения, а к выходам первого выпрямителя подключен понижающий преобразователь напряжения, выходы которого шунтированы обратным диодом, причем положительный выход понижающего преобразователя напряжения подключен к одному из входов обмотки возбуждения синхронного генератора, другой вход которой через второй датчик тока подключен к отрицательному выходу второго выпрямителя, положительный выход которого соединен последовательно с отрицательным выходом понижающего преобразователя напряжения, при этом система управления выполнена с возможностью получения сигналов обратной связи от первого и второго датчиков тока и осуществления управления двухполупериодным преобразователем на полностью управляемых вентилях и встречно-включенных диодах и понижающим преобразователем напряжения.