Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза Советский патент 1992 года по МПК B60L11/02 

Изобретение относится к транспорту и может быть использоаано для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза с электропередачей.

Цель изобретения - повышение экономии электроэнергии и улучшения тяговых свойств.

На фиг. 1 представлена силовая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема его управления.

Устройство состоит из генератора 1 тока постоянного напряжения, последовательно с которым включены группы тяговых электродвигателей с якорными обмотками 2 и обмотками 3 возбуждения, якорные обмотки 4.1, 5.1 и обмотки 4.2, 5.2 последовательного возбуждения электрических машин постол того тока (фиг. 1), которые имеют r-ще обмотки 4.3 и 5.3 независимого возбуждения (фиг. 2). Устройство имеет ре

версивный переключатель с обмотками б и контактами 7.1-7.8. Первые контакты 7,1- 7.4 реверсивного переключателя включены о цепи обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей. Через вторые контакты 7.5- 7,8 реверсивного переключателя цепь, образованная из обмоток 4,3 и 5.3 независимого возбуждения электрических машин, подключена к выводам 8. К этим же выводам подключены обмотки б реверсивного переключателя через контакты 9 задатчика направления движения тепловоза и источник напряжения управления (на фиг. не показано). Якоря электрических машин имеют механическую связь 10. Одноименные выводы обмоток возбуждения электрических машин на схемах отмечены точками.

Тяговые электродвигатели, которые принадлежат к одной группе и соединены последовательно, гзращзют колесные пары с одинаковым характером механического иагружения. Электродвигатели одной группы вращают разгруженные колесные пары, второй -догруженные. При изменении направления движения тепловоза и соответст- венно направляя вращения тяговых электродвигателей меняется характер механического иагружения колесных пар, т.е. электродвигатели, вращавшие разгруженные (догруженные) колесные пары до изменения направления движения, после его изменения вращают догруженные (разгруженные) колесные пары.

Электрические машины постоянного тока выполнены так, что при максимально возможных токах генератора 1 магнитный поток их обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбуждения меньше магнитного потока их обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждения. В каждой электрической машине характер взаимодействия (складываются, вычитаются) магнитных потоков ее обмоток возбуждения зависит от направления движения тепловоза и задается положением контактов 7.5-7.7 реверсивного переключателя.

Рассмотрим порядок работы устройства для следующих условий. Тепловоз двигается в направлении, когда тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращают разгруженные (догруженные) колесные пары (фиг. 1). При этом замкнут соответствующий контакт 9 задатчика направления движения, напряжение управления поступает на одну из обмоток 6 реверсивного переключателя и через его замкнутые контакты 7. 5 и 7.7 прикладывается к цепи обмоток 4.3 и 5.3. По этим обмоткам протекает ток, направление которого показано на схеме фиг, 2 стрелками, В цепях обмоток возбуждения 3 тяговых электродвигателей замкнуты соответствующие пары контактов 7.1, 7.3 или 7.2, 7.4 реверсивного переключателя. Напряжения генератора 1, якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и якорных обмоток 4.1 и 5.1 электрических машин имеют полярность, которая показана на схеме фиг. 1. На этой же схеме стрелками показано направ0 ление тока, который под действием напряжения генератора 1 протекает по тяговым электродвигателям и по обмоткам 4.1, 4.2,

5.1,5.2 электрических машин.

В рассматриваемом режиме движения

5 тепловоза электрическая машина с обмотками 4.1-4.3 работает в режиме двигателя и благодаря наличию механической связи 10 вращает якорь электрической машины с обмотками 5.1-5.3, которая работает в режиме

0 генератора. Напряжение якорной обмотки 4.1(5,1) электрической машины имеет одинаковую(противоположную) полярность с полярностью напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей. Магнитные по5 токи обмоток 4.2 и 4.3 (5.2 и 5.3) машины двигателя (машины генератора) складываются (вычитаются) и результирующий магнитный поток двигателя (генератора) равен сумме (разности) потоков обмоток возбуж0 дения. Так как магнитные потоки обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждения больше магнитных потоков обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбуждения, то на- правление разности этих магнитных пото5 ков всегда совпадает с направлением магнитного потока обмоток независимого возбуждения.

Наличие электрических машин в цепях тяговых электродвигателей на перераспре0 деление их токоз (нагрузок) влияет следующим образом. Напряжение параллельно соединенных цепей с обмотками 2, 3 тяговых электродвигателей и с обмотками 4.1,

4.2,5,1, 5,2 электрических машин равно на- 5 пряжению генератора 1. Так как напряжение генератора 1 не зависит от напряжения якорных обмоток 4.1 и 5.1 электрических машин, то их включение последовательно в цепи тяговых электродвигателей приводит к

0 принудительному перераспределению их нагрузок. Под действием напряжения обмотки 4.1 ток в левой цепи тяговых электродвигателей уменьшается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи

5 становится меньше на величину, равную напряжению обмотки 4.1. Таким образом, сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и достигается требуемое по условиям сцепления уменьшение тока и соответственно силы тяги электродвигателей левой цепи, которые вращают разгруженные колесные пары.

Под действием напряжения обмотки 5.1 ток в правой цепи тяговых электродвигателей увеличивается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи становится больше на величину, равную напряжению обмотки 5.1. В результате этого сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и обеспечивается допустимое по усло- виям сцепления увеличение тока и соответственно тяги электродвигателей правой цепи, которые вращают догруженные колесные пары.

Принудительное перераспределение нагрузок тяговых электродвигателей сопровождается следующими преобразованиями энергии. Часть электрической энергии, поступающей в разгруженные тяговые двигатели (в левую цепь), двигателем с обмотками 4.1-4.3 преобразуется в механическую энергию, которая расходуется на вращение генератора с обмотками 5.1-5.3. Последний превращает механическую энергию в электрическую, которая поступает в цепь догруженных тяговых двигателей (в правую цепь). Такие преобразования энергии сопровождаются ее потерями, величина которых определяется КПД электрических машин. Поэтому в правую цепь поступает электрическая энергия, равная электрической энергии, которая обирается из левой цепи, за вычетом энергии, теряемой в обеих электрических машинах,

В процессе принудительного перераспределения нагрузок тяговых электродвигателей наличие у каждой электрической машины включенных определенным образом двух обмоток возбуждения обеспечивает требуемую пропорциональность между изменениями механической нагрузки колесных пар и изменениями тяговых усилий электродвигателей. Это осуществляется следующим образом. С одной стороны, чем больше (меньше) ток генератора 1, тем больше (меньше) опрокидывающие моменты действуют на механическую часть тепловоза и тем на большую (меньшую) величину отличаются механические нагрузки на разгруженные и догруженные колесные пары, вращаемые тяговыми электродвигателями левой и правой цепи. С другой стороны, чем больше (меньше) ток генератора, тем больше (меньше) ток в цепях тяговых электродвигателей и тем на большую (меньшую) величину отличаются результирующие магнитные потоки электрических машин. Так как их якоря благодаря механической связи 10 имеют одинаковую частоту вращения, то отмеченный характер изменения результирующих магнитных потоков повторяют ЭДС их якорных обмоток 4,1 и 5.1. Включение обмоток 4.1 и 5.1 с такими ЭДС в цепи тяговых электродвигателей, вращающих по раз- ному нагруженные механические колесные пары, позволяет в любых рабочих режимах тепловоза обеспечить пропорциональность между их механической нагрузкой и силой тяги. Такая пропорциональность позволяет

0 реализовать большую силу тяги тепловоза. Для изменения направления движения тепловоза на противоположное размыкает ранее замкнутый и замыкает ранее разомкнутый контакты 9 задатчика направления

5 движения. После этого снимается напряжение с обмотки 6 реверсивного переключателя, которая находилась под напряжением, и подается напряжение на обмотку 6, которая раньше была без напряжения, Ре0 версивный переключатель размыкает одни пары и замыкает вторые пары соответствующих контактов 7.1-7.4 в цепях обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей и замыкает (размыкает) контак5 ты 7.6 и 7.8 (7.5 и 7.7) в цепи обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждения электрических машин. Это приводит к изменению направления тока в обмотках 4.3 и 5.3. После переключения контактов реверсивного пе0 реключателя ток в обмотках 4.3 и 5.3 имеет направление, противоположное тому, которое показано на схеме фиг. 2 стрелками.

Изменение направления тока в обмотках 3 тяговых электродвигателей позволяет

5 изменить направление их вращения и таким образом обеспечить движение тепловоза в направлении, противоположном по отношению к прежнему направлению. Во время движения тепловоза в новом направлении

0 остаются без изменений полярность напряжения генератора 1, напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и направление тока в их цепях (показаны на фиг. 1).

5 После изменения направления движения меняется характер механического на- гружения колесных пар. Если до изменения направления движения тягозых двигателей левой (правой) цепи схемы фиг. 1 вращали

0 разгруженные (догруженные) колесные пары, то при новом направлении движения тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращают догруженные (разгруженные) колесные пары.

5 Изменение направления тока в обмотках 4.3 и 5.3 независимого возбуждения меняет режим работы электрических машин и полярность напряжения на их якорных обмотках 4.1 и 5,1. Электрическая машина левой цепи электродвигателей переходит из

двигательного режима в генераторный режим. Полярность напряжения ее якорной обмотки 4,1 меняется на противоположную по отношению к показанной на схеме фиг.1, Результирующий магнитный поток этой машины становится равным разности магнитных потоков обмоток 4.3 и 4.2 за счет изменения направления тока в обмотке 4.3. Электрическая машина правой цепи тяговых электродвигателей переходит из генераторного режима в двигательный режим. При этом полярность напряжения ее якорной обмотки 5.1 меняется на противоположную по отношению к той, которая показана на схеме фиг. 1. В результате изменения направления тока в обмотке 5.3 результирующий магнитный поток электрической машины становится равным сумме магнитных потоков обмоток 5.2 и 5.3.

После изменения направления движения тепловоза и описанного изменения режима работы электрических машин машина, якорная обмотка 5.1 которой находится в правой цепи разгруженных тяговых двигателей, работает как двигатель, вращающий якорь второй машины. Эта машина работает генератором и имеет якорную обмотку 4.1 в левой цепи догруженных тяговых двигателей. Работающие в описанной последовательности электрические машины снова обеспечивают необходимую для принудительного перераспределения токов передачу энергии из цепи разгруженных

тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей. Формула изобретения Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза, содержащее реверсивный переключатель, первые контакты которого включены в цепи обмоток возбуждения соответствующих тяговых электродвигателей, а его обмотки соответственно через контакты задатчиков направления движения подключены к источнику напряжения управления, отличающееся тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии и улучшения тяговых свойств, оно дополнительно снабжено не менее чем двумя электрическими машинами постоянного тока с механически соединенными якорями и с обмотками независимого и последовательного возбуждения, а реверсивный переключатель снабжен вторыми контактами, причем якорная обмотка одной электрической машины включена в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей разгруженных колесных

пар, а якорная обмотка второй электрической машины - в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей догруженных колесных пар, цепь, образованная из последовательно соединенных обмоток независимого возбуждения электрических машин, подключена через вторые контакты реверсивного переключателя к источнику напря-. жения управления.

УЛ

Использование: тепловозы с электропередачей. Сущность изобретения: определенную часть электрической .энергии, которая поступает в тяговые двигатели разгруженных колесных пар, преобразуют сначала в механическую энергию, затем получают из нее электрическую энергию, которую передают в тяговые электродвигатели догруженных колесных пар. Такое преобразование электрической энергии осуществляется при помощи двух электрических машин посеянного тока. Эти машины имоют механические соединенные якоря, обмотки последовательного возбуждения и независимого возбуждения. Якорная обмотка одной (другой) машины включена в цепь разгруженных (догруженных) электродвигателей, которая работает в двигательном (генераторном) режиме. Напряжение якорной обмотки машины, работающей в двигательном Оенератор- ном) режиме, направлено согласии (встречно) напряжению якорных обмоток тяговых электродвигателей. Обмочи независимого возбуждения обеих машин подключены через дополнительные контакты реверсивного переключателя транспортного средства к его источнику напряжения управления. Такое включение обмоток независимого возбуждения позволяет менять режим работы (двигательный, генераторный) дополнительных электрических машин при изменении направления движения транспортного средства и, таким образом, обеспечивать при любом направлении его движения передачу электрической энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей. 2 ил. сл С ч xj Ю О го

Ы I Jl J 5

)

7,3 7j4

73 7Л

-/I

fW2.f

U

Фие.2