Устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к устройствамдля регулирования скорости вращения тягового асинхронного электродвигателя и питания нетяговых потребителей, и может быть использовано на-электроподвижном составе с асинхронными тяговыми.электродвигателями, в качестве Н€ тяговых потребителей могут быть испсшьзованы вентиляторы для охлаждения тяговых электродвигателей и преобразователя.

Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз, обратный диодный Мост, диагоналями связанные с фазами тягового электродвигателя, четыре импульсных регулятора напряжения, включенных между плюсом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, а также минусом источника питания и катодными группами переключателей фаз, обратный диодный мрет связан с источником питания в непроводящем направлении 1 .

В автономных инверторах напряжения используются узлы коммутации только с независимым перезарядом коммутирующего конденсатора. В этом случае коммутирующий реактор может Ьыть включен в цепь обратных диодов и последовательно с коммутирующим конденсатором.

В первом случае отсутствует эффект накопления энергии в узле комму тации, но к тиристорам переключателе фаз прикладывается напряжение, превышающее питающее в два раза. Во втором за счет накопления энергии в узЛах коммутации увеличивается напряже мие на коммутирующем конденсаторе, которое определяет потенциальные условия работы полупроводников и потери в контуре перезаряда.

Таким образом, устройство имеет неудовлетворительные массогабаритные показатели, недостаточно высокий КПД И ограниченные функциональные возможности.

Известно устройство для регулиройания скорости вращения тягового электродвигателя, которое содержит два переключателя фаз, обратный диодный мост, связанные.диагоналями с фазами электродвигателя, четыре раЬоних тиристора, шунтированных встречно-параллельно обратными диодами между плюсом источника питания и анодными группами, а также между минусом источника питания и катодными rpynnaivra тиристоров переключателей проводящем направлении соответственно, коммутирующие конденсатор и реактор, соединенные последовательно, четыре вспомогательных тиристора

обратный диодный мост связан с источником питания в непроводящем направлении {2 .

HeдocтaтKoUVIи устройства являются неудовлетворительныемассогабаритные показатели, вследствии накопления энергии в коммутирующем устройстве, .недостаточно высокий КПД и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз, выполненных на тиристорах, соединенных -по трехфазной мостовой схеме, обратный диодный мост, выходы указанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены между собой и предназначены для подключени к фазным выводам тягового электродвигателя, два импульсных регулятора, каждый из которых образован двумя рабочими тиристорами, шунтированные встречно-параллельно обратными диодами , и цепью коммутации, составленной из последовательно соединенных конденсатора и реактора, анодь) рабочих тиристоров первого импульсного регулятора подключены к плюсовому выводу источника питания, а их катоды - к анодным группам тиристоров переключателей фаз, соответственно, катоды рабочих тиргисторрв второго импульсного регулятора подключены к минусовому выводу источника питания, а их аноды - к соответствукндим катодным группам тиристоров переключателей фаз, обратный диодный мост подключен к исо:очнику питания вНепроводящем направлении, цепи коммутации конденсаторов связаны с катодной и анодной группами тиристоров одного из переключателей фаз, четыре вспомогательных тиристора, два однофазных диодных моста, нагрузку, два вспомогательных конденсатора sj .

Недостатками устройства являются недостаточный диапазон регулирования выходного напряжения и частоты и неудовлетворительные массогабаритные показатели.

Время дозаряда коммутирующего конденсё1тора указанного устройства определяется выражением

t5w(244CTc,

где L , С - параметры узла коммутации. Аглплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе при дозаряде

г

Чмакс d VctCx

g

После разряда дополнительного конденсатора на питающую сеть, на цряжение на коммутирующем конденсаторе уменьшится до величины , где Uj - напряжение источника пита ния ; Cg - емкость дополнительного конденсатора; JH - ток нагрузки, Следовательно, ухудшится коммутационная способность, Для предотвращен этого нежелательного явления необхо димо увеличивать емкость дополнител ного конденсатора, что ухудшает диапазон регулирования выходного на пряжения и частоты или увеличивает затухание в контуре разряда С на источник питания. Это требует установки трансформатора и приводит к ухудшению массогабаритных показателей. Целью изобретения является расши рение диапазона регулирования выход ных напряжения и частоты за счет уменьшения времени дозаряда коммутирукхцего конденсатора и улучшение массогабаритных показ.ателей за счет исключения трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз, выполненных на тиристорах, соединенных по трехфазной схеме, обратный диодный мост, выходы указанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены между собой и предназначены для подключения к фазным выводам тягового электродвигателя, два. импульсных регулятора, каждый из которых образова двумя рабочими тиристорами, шунтироч ванными встречно-параллельно обратными диодами, и цепью коммутации, составленной из последовательно соединенных конденсатора и реактора, аноды рабочих тиристоров первого им пульсного регулятора подключены к пнюсовому выводу источника питания, а их катоды - к анодным группам тиристоров переключателей фаз,соответ ственно, катоды рабочих тиристоров второго импульсного регулятора подключены к минусовому выводу источни ка питания, а их аноды - к соответствующим катодным группам тиристоров переключателей фаз, обратный ди одный мост подключен к источнику пи тания в непроводящем направлении, цепи коммутации конденсаторов связа ны с катодной и анодной rpynnasw ти ристоров одного из переключателей фазу четыре вспомогательных тиристо .ра, два однофазных диодных моста, нагрузку, два вспомогательных конденсатора, дополнительно введены дв дополнительных кOMJviyтирующих конден-сатора, подключенных между свободными зажимами реакторов цепи котимутации и анодной и катодной группами тиристоров второго переключателя фаз, однофазные диодные мосты зажимами переменного тока подключены к дополнительным конденсаторам, а зажимами постоянного тока - к нагрузке, вспомогательные тиристоры соединены попарно встречно-параллельно и подключены к одному из зажимов вспомогательных конденсаторов соответственно, образуя последовательные цепи, каждая из которых подсоединена параллельно однсму из реакторов, цепи коммутации . На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, УстроЯстЕо для регулирования скорости вращения содержит тиристоры 1-6 переключателя 7 фаз, тиристоры 8-13 переключателя 14 фаз, диоды 15-20 переключателя 21 фаз, тиристоры 22-25 рабочие, диоды 26-29 обратные, тиристоры 30-33 вспомогательные, конденсаторы 34 и 35 цепи коммутации, конденсаторы 36 и 37 дополнительные коммутирующие, реакторы 38 и 39 цепи коммутации, конденсаторы 40 и 41 вспомогательные, мосты 43 и 43 диодные однофазные, нагрузки 44 и 45, электродвигатель 46 тяговый, источник 47 питания. Переключатели 7 и 14 фаз и обратный диодный мост 21 связаны диагоналями с фазным выводом тягового электродвигателя 46, обратный диодный мост 21 подключен к источнику 47 питания, и в непроводящем направлении. Рабочие тиристоры 22 и 23 включены между плюсом источника питания и. анодными группами переключателей 7 и 14 фаз соответственно в проводящем направлении, а рабочие тиристоры 24 и 25 включены между минусом источника питания и катодными группами переключателей 14 и 7 фаз соответственно в провод5пцем направлении. Обратные диоды 26-29 включены встречно-параллельно рабочим тиристорам 22-25 соответственно. Коммутирующий конденсатор 34, реактор 38, дополнительный конденсатор 35 соединены последовательно и подключены к катодам рабочих тиристоров 22 и 23- До-: полнитальные коммутирующие конденсатор 35, реактор 39, конденсатор 37 соединены последовательно и подключены к анодам рабочих тиристоров 24 и 25. Вспомогательные тиристоры 30 и 31 (32 и 33) соединены встречно-параллельно, одним из зажимов связаны с дополнительным конденсатором 40(41), Цепочки из вспомогательных тиристоров

и дополнительного конденсатора подключены к коммутирующим реакторам 38(39) . Однофазный диодный мост 42 (.43) за:й:симами переменного тока связан с дополнительным конденсатором 40 (.41) / а зажимами постоянного тока с нагрузкой 44(45) .

Переключатели 7 и 14 фаз представляют собой трехфазные инверторяые мосты и предназначены для формирования кривой выходного напряжения. Обратный диодный мост обеспечивает протекание реактивного и тормозного токов .

Рабочие тиристоры, обратные диоды коммутирующие конденсаторы и реакторы, вспомогательные тиристоры, дополнительные конденсаторы, однофазные диодные мосты предназначены для регулирования напряжения на нагрузке, выключения тиристоров переключателей фаз, ограничения напряжения на коммутирующем конденсаторе и питания нетЕговых потребителей.

Разделение- коммутирующего конденсатора на две равные части, при питаНИИ от источников высокого напряжения не вызывает увеличения установленной мощности конденсаторов, но обеспечивает развязку нетягового потребителя с источником питания.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что включены тиристоры 1, 2, 3, 22 и 25 и ток протекает от источника питания через указанные элементы и фазы тягового электродви ателя. Конденсаторы 34-37 заряжены (полярность указана без скобок). Чтобы обеспечить паузу в кривой выходного напряжения, необходимо отпереть тиристор 23, при этом начинается колебательный ,перезаряд конденсаторов 34 и 36 по контуру: кэнденсатор 34 - реактор 38 - конденсатор 36 - диод 26 - тиристор 23 - конденсатор 34, что вызывает запирание тиристора 22. После достижения суммарного напряжения на конденсаторах 34 и 36 величины Uj и отпирания диодов моста 21 начинается их дозаряд по контуру: плюс источника 47 питания - 23 - конденсатор 34 - реактор 38 конденсатор 36 - тиристоры 1(3), диоды 18 (20) - минус источника 47 питания. Для прекращения процесса дозаряда необходимо подать управляющий сигнал на вспомогательный тиристор 30. Если напряжение на дополнительном конденсаторе 40 имеет полярность.

указанную в скобках, к тиристорам 1 и 3 приложено обратное напряжение, равное разности суммы напряжения на конденсаторах 34, 36 и 40 и питающего по контуру: минус источника 47 питания - тиристоры 28 и 25 - диоды 18(20) - тиристоры 1(3) - конденсатор 36 - тиристор 30 - конденсатор 40 - конденсатор 34 - диод 27 - плюс источника 47. Энергия коммутируквдего реактора 38 передается дополнительному конденсатору 40 и потребителю. Таким образом, суммарное напряжение на конденсаторах 34 и 36 стабилизируется на заранее заданном уровне 1,0 - l,2)Uj . Для обеспечения независимости формы выходного напряжения от характера нагрузки необходимо подать управляющие сигналы на тиристоры 4 и 6 .

Для формирования следующего импульса напряжений необходимо отперет тиристор 24 и после перезаряда коммутирующих конденсаторов 35 и 37 по контуру: конденсатор 37 - реактор 39конденсатор 35 - тиристор 24 - диод 29 - конденсатор 37, что приводит к запиранию тиристоров 25 и 6, подаются управляющие сигналы на тиристоры 8, 9, 10, 23, 24 и 32, что обеспечивает приложение напряжения к фазам нагрузки и за счет отбора избыточной энергии реактора 39 - стабилизации суммарного напряжения на конденсаторах 36 и 37 на уровне ,(1,0-1,2) U .

Следующая пауза реализуется отпиранием тиристора 22 и после перезаряда коммутирующих конденсаторов 34 и 35 отпиранием тиристоров 11, 13 и 31.

Для изменения полярности напряжения в одной из фаз, при формировании следующего импульса напряжения на нагрузке, необходимо вместо тиристоров 1, 2, 3, 22 и 25 подать управляющие сигналы на тиристоры 2, 3, 4, 22. и 25. Далее процесс повторяется, регулирование выходного напряжения осуществляется широтно-импульсным методом на несущей частоте.

Таким образом, диапазон регулирования выходного напряжения практически не ограничен и может быть реализо ван в пределах от нуля до наибольшего. Мощность, передаваемая нетяговым потребителем, не зависит от режима работы тяговых двигателей, поскольку на интервале окончания коммутации моjceT быть обеспечен активный дозаряд Конденсатора..

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее два переключателя фаз, выполненных на тиристорах, соединенных по трехфазной мостовой схеме, обратный диодный мост, выходы указанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены между собой и предназначены для подключения к фазным выводам тягового электродвигателя, два импульсных регулятора, каждый из которых образован двумя рабочими тиристорами, шунтированными встречно-параллельно обратными диодами, и цепью коммутации, составленной из последовательно соединенных конденсатора и реактора, аноды рабочих тиристоров первого импульсного регулятора подключены к плюсовому выводу источника питания, а их катоды,- к анодным группам тиристоров переключателей фаз, соответственно,катоды рабочих тиристоров второго импульсного регулятора подключены к минi coвому выводу источника питания, а их аноды - к соответствующим катодным группам тиристоров переключателей фаз, обратный диодный мост подключен к источнику питания в непроводящем направлении, цепи коммутации конденсаторов связаны с катодной и анодной группами тиристоров одного из переключателей фаз, четыре вспомогательных тиристора, два однофазных диодных моста, нагрузку, два вспомога тельных конденсатора, отличаюi щееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выход(Л ных напряжения и частоты, в устройство дополнительно введены два дополнительных коммутирующих конденсатора, подключенных между свободными зажимами реакторов цепи коммутации и анодной и катодной группами тиристоров второго переключателя фаз, однофазные . диодные мосты зажимами переменного тока подключены к дополнительным конденсаторам, а зажиS мами постоянного тока - к нагрузке, ;о вспомогательные тиристоры соединены попарно встречно-параллельно и подключены к одному из зажимов вспомогательных конденсаторов соответственно, образуя последовательные цепи, (каждая из которых подсоединена параллельно одному из реакторов цепи коммутации.