УСТРОЙСТВО для ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1969 года по МПК B60L15/28 

Известны устройства для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока, содержащие соединенные последовательно-параллельно цепи тяговых двигателей последовательного возбуждения и параллельно включенные тиристорные прерыватели с емкостной коммутацией. Причем тиристорные прерыватели работают при одинаковой и постоянной частоте и со сдвигом по фазе так, что частота пульсаций тока и напряжения на входе устройства равна сумме частот отдельных прерывателей.

Однако эти устройства имеют низкие пределы плавного регулирования иапряжения на тяговых двигателях, большую установленную мощность и значительное количество дополнительных элементов. Кроме того, в этих устройствах занижен к.п.д. вследствие значительных потерь энергии, затрачиваемой на емкостную коммутацию. Особенно сильно эти недостатки проявляются при высоком напряжении в контактной сети.

При работе каждого прерывателя в течение одного периода повторения возникают два нерегулируемых по длительности режима: режим гащения силового тиристора, длительиость которого зависит от времени восстановления запирающей способности тиристоров, и режим подготовки конденсатора к следующему процессу гащения (режим перезаряда конденсатора при открытом силовом тиристоре), длительность которого зависит от коэффициента перезаряда, обеспечивающего иаделсиость работы прерывателя, допустимой амплитуды тока тиристоров и др.

В течение этих неконтролируемых режимов к тяговым двигателям приложено напряжение источника питания за один период повторения процесса.

Так как для надежной работы устройства между этими двумя режимами необходимо иметь дополнительное время, то к тяговым двигателям в начальный момент пуска нрикладывают среднее напряжение, определяемое выражением

ff Л- + п + д

и„

0)

(у ,.„„

где Ьна

- начальное напрял ение на тяговых

двигателях;

Ln - напряжение источннка питания; /J. - время иерезаряда конденсатора

режима гашения; tn - время иерезаряда конденсатора

при подготовке к гащению, д-дополнительное резервное время, Т - период регулирования. Такой скачок среднего напряжения вызывает значительный неконтролируемый бросок тока двигателей и силы тяги в начале процесса разгона. Для предупреждения этого скачка необходимо увеличить период регулирования (снижается частота регулирования), что вызывает значительное увеличение уста}ювленной моидности LC-фильтра и повышеиие нульсации тока в тяговых двигателях. Кроме того, из-за «холостого перезаряда конденсатора в режиме подготовки к процессу гашения, когда он нерезаряжается но цеии, содержащей управляемые или неуправляемые дноды и индуктивные дроссели нерезаряда, возникают донолнительные нотери энергии.

Предлагаемая схема устройства для плавного регулирования скорости электроиодвижного состава постоянного тока нозволяет расширить пределы регулирования напряжения (скорости) двигателей, повысить к.н.д., снизить установленную мошность и количество элементов дополнительного электрооборудования и др. Это достигается тем, что параллельно каждому из силовых тиристоров прерывателя включена цень, состоящая из носледовательно включенных всномогательных тиристоров и коммутируюшего конденсатора. В силовых схемах электроподвижного состава, содержащих только носледовательную цепь или жестко соединенные параллельные цепи тяговых двигателей, между отдельными тнристорными прерывателями и тяговыми двигателями включаются индуктивные дроссели, каждый из которых шунтирован вместе с двигателями диодами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, содержащего параллельные цени тяговых двигателей, подключенные к отдельным тиристорным прерывателям; на фиг. 2 - схема устройства с жестко соединенными последовательно-параллельными ценями тяговых двигателей; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства но фиг. 1; на фиг. 4 - диаграммы, поясняющие работу устройства по фиг. 2 до перекрытия токов в силовых тиристорах - 0,5; на фиг. 5 - то же, нри перекрытии тока в силовых тиристорах 1 0,5.

Устройство подключено к контактной сети через индуктивно емкостной фильтр, содержащий дроссель / и конденсатор 2. Параллельные цепи двигателей 3 и 4 с обмотками возбуждения 5 и 5 подключены через силовые тиристоры/и 5 соответственно, к выходу фильтра. Параллельные цепи тяговых двигателей шунтированы диодами 9 и 10. Для гашения сило. вых тиристоров нри импульсном регулировании напряжения на двигателях в широких нределах непосредственно к каждому силовому тиристору 7 и 8 параллельно подключепы по два носледовательно соединенных вспомогательных тиристора 11 Е 12 Е 13 я 14, а между средними точками цепей всномогательных тиристоров включен коммутирующий конденсатор 15. Для жестко соединенных последовательно-параллельных ценей тяговые двигатеЛИ 3, 4 подсоединены к силовым тиристорам 7 и S через индуктивные дроссели 16 и 17, которые обеспечивают уменьшение пульсаций тока и напряжения тяговых двигателей, амплитуды тока во вспомогательных тиристорах и коммутирующем конденсаторе и выполняют роль делителя тока в силовых тиристорах 7 и 8, шунтирующих диодах 9 и 10 и делителя напряжения для тяговых двигателей. На диаграммах, поясняющих работу устройства (см. фиг. 3-5), обозначено:

ii - ток в дросселе / фильтра; is, h - ток в цепи якорей тяговых двигателей 3, 4;

IT, is - ток силовых тиристоров 7 и S; h, iio - ток шунтирующих диодов 9 и 10; fi3 - ток коммутирующего конденсатора 15;

ilo, in - ток индуктивных дросселей 16 и 17; tux -ток на входе устройства, снрава от

фильтра; 1/2 - напряжение на конденсаторе 2

фильтра; 1/35 -напряжение на тяговых двигателях

5 и 5;

L/13 - напряжение на коммутирующем конденсаторе 15;

Т-период новторения процесса; ti - длительность открытого состояния

силового тиристора;

/2 - время перезаряда коммутирующего конденсатора в процессе гашения силового тиристора;

4 - длительность проводящего состояния шунтирующих диодов 9 или 10 в течение одного периода новторения. Устройство (см. фиг. 1) работает следующим образом. В начале процесса разгона от схемы унравления поступают импульсы управления одновременно на вспомогательные тиристоры // и 14. При этом коммутирующий конденсатор 15 заряжается по цепи элементов 11, 15, 14, 4, 6 до нанряжения источника питания, носле чего тиристоры // и 14 запираются. Через половину нериода новторения подаются импульсы управления на вспомогательные тиристоры 12, 13, и конденсатор нерезарялсается по цени, элементов 13, 15, 12, 3, 5 до нанряжения источника питания с обратной нолярностью. В следующий период имнульсы управления ноступают на тиристоры 11, 14, и процесс периодически повторяется с заданной частотой. При этом один раз за период при перезаряде конденсатора к одной цени двигателей ноступают импульсы напряжения, среднее значение которых обеснечивает минимальное напряжение на тяговых дв.игателях и определяется временем нерезаряда конденсатора:

нач --- ТГ п 1(2)

иas.4 -начальное минимальное напряжение на тяговых двигателях; /2 - время перезаряда коммутирующего конденсатора; t/i, - напряжение источника питания,

При отсутствии внешних импульсов напряжения на двигателях ток в тяговых двигателях поддернсивается за счет энергии, накопленной обмотками двигателей и замыкается по контуру 3, 5, 9 или 4, 6, 10.

Далее, схемой управления автоматически обеспечивается плавное изменение длительности /1 открытого состояния силовых тиристоров 7 и 5 (см. фиг. 3), благодаря чему плавно нарастают напряжение на тяговых двигателях и соответственно ток и сила тяги по заданному оптимальному закону. Если, например, при открытом тиристоре 7 конденсатор гашения заряжен до напряжения источника питания с полярностью «-f-, «-, то при одновременном включении вспомогательных тиристоров 12 и 13 конденсатор перезаряжается по цепи элементов 13, 15, 12, 3, 5, s к силовому тиристору 7 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Коммутируюший конденсатор при этом подготавливается к гашению другого силового тиристора 8. Тиристор 8 гасится через половину периода после гашения тиристора 7. Затем процесс повторяется. При этом скважность регулирования

силовых тиристоров - можно плавно изменять от нуля до единицы. Таким образом, благодаря описываемой схеме включения силовых тиристоров в предлагаемом устройстве исключаются два нерегулируемых режима (режим подготовительного «холостого перезаряда конденсатора и дополнительное время открытого состояния силового тиристора, обеспечивающее надежность емкостной коммутации известного прерывателя), вследствие чего значительно расширяются пределы плавного регулирования напряжения, повышается к.п.д. устройства, уменьшается количество дополнительных элементов. В устройстве, изображенном на фиг. 2, процесс управления силовыми и вспомогательными тиристорами осупдествляется аналогично. Но протекание электромагнитных процессов в этом устройстве существенно отличается от первой схемы. При включении силового тиристора 7 ток в дросселе 16 нарастает от некоторого минимального значения, обусловленного предыдущим периодом регулирования. При этом ток в дросселе 17, вызванный энергией, накопленной в индуктивности дросселя за предшествующий период, и протекающий по контуру /7, 3, 5, 10, уменьшается. При закрытом тиристоре 5 образуется индуктивный делитель напряжения из элементов 7, 16, 17, 10 с выходом в средней точке соединения дросселей, к которой подключены тяговые двигатели. Таким образом, при открытом одном силовом тиристоре 7 в течение одного периода повторения к двигателям приложен импульс напряжения, равныи половине питающего напрял ения -

индукции дросселей и индуктивности двигателей, а ток в двигателях, равный сумме токов дросселей, медленно уменьшается. При этом ток двигателей распределяется по двум контурам, образованным элементами 16, 3, 5, 9 и 17, 3, 5, 10. Затем через половину периода повторения включается силовой тиристор 8, что вызывает рост тока в дросселе 17 и соответственное уменьшение тока в дросселе 16, а результируюший ток двигателей медленно увеличивается. В этом случае к двигателям прикладывается также импульс напряжения, равный половине напряжения источника питания и обусловленный делителем напряжения, образованным элементами S, 17, 16, 9. В следующем периоде процесс повторяется. Необходимо подчеркнуть, что дроссели 16 и 17 могут выполнять роль такого делителя напряжения в том случае, если величина их индуктивности будет выбрана из условия непрерывности тока в них во всем диапазоне регулирования:

v-MaKC

(3)

мнн -

4Л

3,5

где L,

минимальная индуктивность дросмийселя;

- максимально допустимое напряжение в контактной сети; /3,5 - средний пусковой ток двигателей. При увеличении коэффициента регулирования (угла) - больше, чем - 0,5, период

включенного состояния тиристоров 7 и 8 начинает перекрываться (см. фиг. 5). В этот момент к двигателям нрикладываются пл пульсь практически полного напряжения источника питания, в то время, как при одиночном включении тиристоров эти импульсы составляют только половину напряжения питания. Таким образом, пульсации напряжения на тяговых двигателях в этой схеме составляют половину напряжения источника питания, что в два раза меньше, чем в известных схемах. Это позволяет также наряду с мощным тиристорным регулятором скорости применять маломощный тиристорный регулятор поля 18, 19 (см. фиг. 2), что вызывает шунтирование обмотки возбуждения сопротивлением, и практически исключить из цепи двигателей дополнительную индуктивность об: 1оток возбуждения. В известных устройствах такая схема включения привела бы к недопустимым перенапряжениям на коллекторах тяговых двигателей при перезаряде коммутируюшего конденсатора или других нестационарных процессах.

В обоих вариантах схем амплитуда токов в силовых и вспомогательных тиристорах, шунтирующих диодах, коммутирующем конденсаторе составляет половину результирующего тока последовательно-параллельных цепей двигателей. Пульсация тока на входе устройства составляет также половину результирующего среднего тока двигателей и изменяется

с частотой в два раза большей, чем частота переключений тиристоров и коммутирующего конденсатора. Это позволяет значительно уменьшить габариты и вес входного LC-фильтра, снижающего пульсации тока в контактной сети до требуемых значений, обусловленных мешающими воздействиями на линии связи. Предлагаемая схема устройства позволяет также осуществлять реостатное или рекуперативное торможение электроподвижного состава до остановки после несложного переключения в силовой схеме.

Предмет изобретения

1. Устройство для плавного регулирования скорости электронодвижного состава постоянного тока, содержащее соединенные последовательно-параллельно тяговые двигатели постоянного тока, диоды, шунтирующие последовательно соединенные тяговые двигатели, и тиристорные прерыватели с силовыми вспомогательными тиристорами и коммутирующим конденсатором, отличающееся тем, что, с целью расщирения пределов регулирования, снижения установленной мощности оборудования и повыщения к.п.д., параллельно из силовых тиристоров прерывателя включена цепь, состоящая из последовательно включенных вспомогательных тиристоров, между средними точками которых включен указанный коммутирующий конденсатор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено индуктивными дросселями, включенными между тиристорными прерывателями и группой тяговых двигателей.

Р5

;-С)Ь-(Г..А..

«V

т

f-ciiib-t

еlir

н

so

«м

VT)

v «