Тяговый электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P6/10 

а

Изобретение относится к электротехнике, к;рнкретно к регулируемом электрическим машинам переменного тока транспортных средств при работ их от преобразователя частоты с непосредственной связью.

Цель изобретения - улучшение энергетических и динамических показателей, и уменьшение пульсаций вращающего момента.

На фиг. 1а,б представлена принци- лиальная электрическая схема тягового электропривода переменного тока при включении 4p,in, полюсных и ,.,-полюсных электрических машин; на фиг. 3 и 4 - то же, при включении 4р, т,-.полюсных э лектрических машинJ на фиг, 5 и 6 - то же, при включении 2 полюсных электрических машин.

Тяговый электропривод переменного тока содержит 2р,-полюсный т,-фазный генератор 1 (фиг. 1 и 2) переменного I тока и п вентильных электродвигате- лей, каждый из которых вьтолнен на |базе 2р -полюсного, т -фазного I электромехнического преобразователя 12 с непосредственным преобразовате- шем 3 частоты с катодными и алодны- |ми входами и выходами, управля)(щий |вход которого подключен к выходу I системы 4 управления с входами , регулирования углов запаздывания и опережения. На валу каждого элек тромеханического преобразователя 2 установлен датчик 5 частоты и фазы, выход которого соединен с системой 4 управления непос- редственного преобразователя 3 частоты. Якорные обмотки гененератора 1 подключены к входам датчика 6 частоты и фазы, выход которого соединен с системами управления всех непосредственных преобразователей частоты. На валу генератора 1 переменно- то тока установлены 2п 4р,т,-полюсные электрические машины 7.1 и 7.2, на валу каждого электромеханического преобразователя установлены роторы двух р, полюсных электрических машин.8,1 и 8,2, Каждая электрическая -машина 7.1, 7.2, 8Л и 8.2 снабжена однофазной секционированной обмоткой 9 и однофазной обмоткой 10 возбуждения. Каждая обмотка 10 возбуждения электрических машин 7,1 и 7,2 подключена к соответствзтощему выхо,ному ка налу амплитудно-фазового регулятора 11, первый вход которого

соединен с входом угла запаздывания системы 4 управления. Второй вход регулятора 11 соединен с выходом датчика ЭДС 12 генератора 1 переменного тока. Одноименные секции якорных обмоток 9 электрических машин 7,1 и 7.2-соединены между собой последовательно-согласно и их общие точки 10 соединены с якорными обмотками генератора 1 Выводы якорньк обмоток 9 электрических машин 7.1 и 7.2. соединены соответственнд с катодными и анодными входами непосредственного 15 преобразов.ателя частоты 3 соответствующего электромеханического преобразователя. Обмотки 10 возбуждения электрических маишк 8.1 и 8.,2 соединены с выходными каналами соответст- 20 вующего амплитудно-фазного регулятора -125 первый вход которого соединен, с входом Uy угла опережения снстемы. управления, а второй вход - с выходом датчика ЭДС 13 электромеханического 25 преобразователя. Одноименные секции якорны5г обмоток 9 электрических машин 8.1 и 8.2 соединены между собой послед овательно-согласн о их общие точки подключены к якорным обмоткам со 30 ответствующего электромеханического , преобразователя, а выводы якорных обмоток 9 электрических мапп-гн 8.1 и 8,2- соединены соответственно с катодными и анодными выхода1-ш непосредственного преобразователя 3 частоты, Тяговый электропривод работает следующим образом, ..

Напряжение каяодого электромеханического пре.образователя 2 и его частота вращения при кеинмеыных токах возбуждения и нагру.зки определяются, в основномS, величиной напряжения генератора 1, углами запаздывания включения ajj и опережения . . Величи- 2 на и частота напряжения генератора 1, приводимого во вращение двигателем внутреннего сгорания (ДВС) j. в общем случае являются переменными величинами. Кроме того, yrJiH запаздывания с,, и опережения j каждого тягового венти.пьного электродвигателя также отличаются друг от друга. Эквивалентный выпрямленны 1 ток вентильного двигателя кроме постоянной составляющей содержит переменкую составляющую,час- тота основной гармоники которой з 2т4 раз выше частоты напряженки генератора 1J обусловленнуго пульсациями выпрямленного, напрякения генератора

35

0

0

и переменную составляющую, частота OCHOPHQH гармоники которой в 2m.j раз выше частоты ЭДС электромехнического преобразователя 2, обусловленную пульсациями выпрямленной ЭДС, где га,,т - число фаз генератора 1 и электромеханического преобразователя 2 соответственно.

Включение 4р, т,-полюсных электрических машин позволяет ограничивать пульсации вьшрямленного напряжения генератора 1, обусловленные фазовым регулированием напряжения генератора Амплитуда и фаза основной гармоники пульсаций изменяются-при регулирова-п НИИ угла запаздывания oin приче м изменение амплитуды происходит согласно выражению

+ k tgV

« U. ,

(1)

где Uj - выпрямленное напряжение генератора, при о{ OJ К - число пульсаций за период частоты напряж ения генератора 1 .

В первом приближении зависимость амплитуды основной гармоники пульсаций от угла запаздывания oiy, можно представить в виде

dnm bE,sinoi,,

(2)

где b - постоянный коэффициент-, Е, - ЭДС вращения генератора. При регулировании в от нуля до зл. град, частоты напряжения генератора 1 фазовый сдвиг основной гармоники пульсаций составит 4m,, что при т, 3 составит два периода частоты основной гармоники пульсаций

Для ограничения пульсаций напряжения каждого вентильного двигателя, обусловленных фазовым регулированием напряжения генератора 1, вводится результирующая ЭДС двух дополнительных электрических машин 7.1 и 7.2, противофазная основной гармонике пульсаций напряжения. Индукторы этих двух электрических машин 7.1 и 7.2 закреплены на валу генератора 1 и сдвинуты друг относительно друга на п/2 эл. град,, а одноименные якорные обмотки соединены последовательно и согласно. В однофазных якорных обмотках наводятся синусоидальная и

косинусоидальная составляющие результирующей ЭДС, частота которой соответствует частоте основной гармоники пульсаций. Амплитуда результирующей ЭДС определяется выражением

Е.

.в

lm

+ EJ

2т )

а фазе1 соотношением

(3)

arctg

E.m/E

im

(4)

30

Амплитуда результирз ющей ЭДС

.15-:электрических машин 7.1 и 7.2 опреде- ;ляется величиной управляющего напряжения и й и ЭДС вращения электромеханического преобразователя, а фаза - управляющим напряжением Ua, Управле20 ние амплитудно-фазовым регулятором 11 со стороны генератора 1 каждого вентильного двигателя осуществляется сигналом, поступающим от системы управления 4 (Uo ) и сигналом датчика

25 ЭДС 9 генератора 1 переменного тока, а управление амплитудно-фазовым регулятором со стороны электромехани- |ческого преобразователя 2 осуществляется -сигналом управления от системы 4 управления (Ир) данного двигателя и сигналом датчика ЭДС 13 электромеханического преобразователя.

В случае, когда необходимо при фазовом регулировании напряжения генератора 1 поддерживать угол опережения р„ тяговых вентильньрс двигателей постоянным 4Pj m -полюсные машины могут, быть исключены (фиг. 3 и 4), Регулирование в этом случае

4Q осуществляется амплитудно-фазовым регулятором 11 по сигналам сигналам, поступающим с датчиков 6 и 9. В этом случае ограничиваются пульсации выпрямпенпого напряжения генера-

с тора 1, обусловленные фазовым регули рованием напряжения генератора. Амплитуда и фаза основной гармоники пульсации при регулировании угла запаздьшания о(„ изменяются в соотCQ ветствии с выражением (,1), а ампли- .туда и фаза результирующей ЭДС - вы- (3) и (4),

35

ражениями

55

При изменении амплитуд ЭДС первой дополнительной индукторной машины по синусоидальному закону, а второй дополнительной индукторной машины по косинусоидальному закону получают результирующую ЭДС с постоянной амплитудой и регули1зуемой фазой в шро- ких пределах..

Амплиткда ЭДС электрических машин 7,1 и 7.2 регулируется изменением тока возбуждения в обмотках возбуж- . дения.

Синусоидальную и косинусоидаль- ную составляющие результирующей ЭДС в якорных обмотках электрических машин 7.1 и 7..2 можно получить при выполнении их индукторов без пространственного сдвига, но с пространственным сдвигом их якорных обмоток друг относительно друга на IT/2 эл. град. При включении ,,,-полюсных электрических мащин ограничиваются пульсацгии выпрямленной ,ЭДС электромеханического преобразователя 2,

145006Д

Амплитуда основной гармонии пульсац определяется выражением (5). Ф-ормула изобретени

Тяговый электропривод переменног тока, содержащий 2р, -полюсный т,- фазный генератор ттеременного тока с датчиком частоты и фазы напряжения

10 якорной обмотки и п-вентильные элек родвигатели, каждый из которых выпо нен на базе 2р2-полюсного т -фаз- ного электромеханического преобразо вателя с датчиком частоты и фазы на

15 его валу и непосредственным преобра зователем частоты, с анодными и катодными входами и выходами,2п-4р,т, пол осные и 2п ,,-полюсные электрические машиныJ каждая из которых

- У-с- -д-лх, - t-iiAir4.j;iiJi J лси1 14сгл rtij Ки 1 ОрЫХ

обусловленные фазовым регулированием 20 снабжена обмоткой возбуждения, пбдЭДС электромеханического преобразователя 2J амплитуда основной гармоники которых определяется соотношением

Е

dun do где Е

k - 1

25

«Е, cosf.

(5)

Jo

- выпрямленная противоЭДС электромеханического преобразователя 2 при /3 0. В первом приближении закон измег нения амплитуды основной гармоники пульсаций от угла опережения П можно представить в виде

30

кл1дченной к соответствующему ыходн му.каналу амплитдудно-фазового регу лятора,. и однофазной секционированн якорной обмоткой, а роторы 2п указанньк машин жестко соединены соответственно с ротором упомянутого генератора переменного тока и с ротора ми указанных электромеханических преобразователей, при этом магнитные системы соответствующих пар электрических машин, сдвинуты между собой на 11/2 эл. град, одноименные секции якорных обмоток этих пар электрических машин соединены последовательно 35 согласно при этом выводы, секций яко ной обмотки одной из ,-полюсной электрической машиш подключены к катодным входам непосредственного преобразователя частоты, катодные 40 -выходы которого соединены с выводами секций якорной обмотки одной из Ар ш -полюсной электрической машины, системы управления непосредственными преобразователя.ми частоты, каждая 45 -ИЗ которых снабжена входами для регулирования углов запаздывания и опережения, первый из которых подключен к первому, входу амццитудно-фазового регулятора 4p,in -полюсных электри- 50 ческих машин, а второй - к-первому входу амплитудно-фазового регулятора 4р,,т --полюсных электрических машин, и два входа, соединенных соответственно с вьпходами датчиков частоты и gg фазы генератора и одного из электромеханических преобразователей, отличающийся тем, что, с лью улучшения энергетических и динамических показателей, уменьшения

bEjSin

n

где b - постоянный коэффициент;

E,j - ЭДС вращения электромеханического преобразователя 2 рассматриваемого вентильного двигателя.

При регулировании от нуля .до п /З эл. град, частоты напряжения электромеханического преобразователя фазовый сдвиг основной гармоники пульсаций составит 2ni ir/3, что при т 3 составит период частоты основной гармоники пульсаций.

При амплитудном регулировании напряжения генератора 1 путем изменения тока возбуждения могут быть .исключены 4р,га,-полюсные электрические ма- Вшны. В этом случае ограничиваются пульсации выпрямленной ЭДС электро- механическоло преобразователя, обусловленные ее фазовьш регулированием.

145006Д

Амплитуда основной гармонии пульсаций определяется выражением (5). Ф-ормула изобретения

Тяговый электропривод переменного тока, содержащий 2р, -полюсный т,- фазный генератор ттеременного тока с датчиком частоты и фазы напряжения

якорной обмотки и п-вентильные электродвигатели, каждый из которых выполнен на базе 2р2-полюсного т -фаз- ного электромеханического преобразователя с датчиком частоты и фазы на

его валу и непосредственным преобразователем частоты, с анодными и ка тодными входами и выходами,2п-4р,т,- пол осные и 2п ,,-полюсные электрические машиныJ каждая из которых

-с- -д-лх, - t-iiAir4.j;iiJi J лси1 14сгл rtij Ки 1 ОрЫХ

снабжена обмоткой возбуждения, пбд20 снабжена обмоткой возбуждения, пбд25

0

кл1дченной к соответствующему ыходно- му.каналу амплитдудно-фазового регу- . лятора,. и однофазной секционированной якорной обмоткой, а роторы 2п ука занньк машин жестко соединены соответственно с ротором упомянутого генератора переменного тока и с роторами указанных электромеханических преобразователей, при этом магнитные системы соответствующих пар электрических машин, сдвинуты между собой на 11/2 эл. град, одноименные секции якорных обмоток этих пар электрических машин соединены последовательно 5 согласно при этом выводы, секций якор ной обмотки одной из ,-полюсной электрической машиш подключены к катодным входам непосредственного преобразователя частоты, катодные 0 -выходы которого соединены с выводами секций якорной обмотки одной из Ар ш -полюсной электрической машины, системы управления непосредственными преобразователя.ми частоты, каждая 5 -ИЗ которых снабжена входами для регулирования углов запаздывания и опережения, первый из которых подключен к первому, входу амццитудно-фазового регулятора 4p,in -полюсных электри- 0 ческих машин, а второй - к-первому входу амплитудно-фазового регулятора 4р,,т --полюсных электрических машин, и два входа, соединенных соответственно с вьпходами датчиков частоты и g фазы генератора и одного из электромеханических преобразователей, отличающийся тем, что, с лью улучшения энергетических и динамических показателей, уменьшения

пульсаций вращающего моментаi выводы секций якорной обмотки вторых 4р m,-полюсных электрических машин и выводы секций якорной обмотки вторых 4р т -полюсных электрических машин соединены соответственно с анодными входами и вых одами непосредственного преобразователя частоты упомянутого электромеханического преобразователя выводы секций якорной обмотки первых 4р,та,-полюсных электрических машин и выводы секций якорной обмотки первых Ар т -полюс- ных электрических машин соединены соответственно с катодными входами и выходами непосредственного преобразователя частоты упомянутого электро1450064

8

механического преобразователя, а точки соединения секций якорных об- моток и 4р т2-полюсных элект- рических машин подключены соотве-рст- венно к якорным обмоткам генератора переменного тока и упомянутого электромеханического преобразователя, введены датчик ЭДС генератора, выход

которого соединен с вторым входом амплитудно-фазового регулятора 4р,т,-полюсных электрических машин, и датчики ЭДС электромеханических преобразователей, каждый из которых

выходом соединен с вторым входом амплитудно-фазового регулятора соответствующих 4р2 ш -полюсных электриеских машин.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение энергетических и динамических показателей, уменьшение пульсаций вращающего момента. С этой целью в тяговый электропривод введены датчики ЭДС генератора и электромеханических преобразователей вентильных электродвигателей, а выводы якорных обмоток вторых 4р Ш/-ПО - люсньк и первых 4д т -полюсных элект- рических машин соединены соответственно с анодными входами и выходами непосредственного преобразователя частоты. Выводы якорных обмоток- пер- вых 4р т -полюсных и 4р 1п -полюсных электрических машин подключены соответственно к катодным входам и выходам непосредственного тфеобразова- теля частоты. Управление каждьм непосредственным преобразователем частоты осуществляется соответствующей системой управления с входами задания углов запаздывания и опережения. Регулирование по амплитуде и фазе напряжения, подводимого к вентильным электродвигателям, осуществляется с помощью амплитудно-фазовых регуляторов. Индукторные машины устраняют льсации кавдого вентильного двигателя, обусловленные фазовым регулированием напряжения генератора и фазовым регулированием ЭДС электромеханических преобразователей вентиль-- ных двигателей. 6 ил. с S (Л с ел

%i

m

fuz.3

Vfti

J-HMl Д .l

Фиг. 6