УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1974 года по МПК B60L7/16 H02P3/14 

1

Изобретение относится к области импульсного регулирования тягового электродвигателя постоянного тока в режимах тяги и электрического торможения.

Известно устройство, в котором при пуске тягового электродвигателя постоянного тока, имеющего последовательную обмотку возбуждения, до выхода на автоматическую характеристику полного поля регулирование осуществляется с помощью силового импульсного прерывателя, включенного последовательно с якорем и обмоткой возбуждения, а после выхода на автоматическую характеристику якорь и обмотка возбуждения подключаются непосредственно к контактной сети. Импульсный прерыватель остается включенным последовательно с обмоткой возбуждения.

Ослабление поля тягового электродвигателя в дальнейшем регулируется постепенным уменьшением коэффициента заполнения. В режиме электрического рекуперативного торможения якорь электродвигателя вместе с обмоткой возбуждения при отпирании импульсного прерывателя закорачивается пакоротко. При запирапии импульсного прерывателя в зоне высоких скоростей начала торможения происходит автоматическое ослабление поля благодаря диоду, шунтирующему обмотку возбуждения.

Недостаток известного устройства заключается в том, что во время пуска электроподвижной единицы при ослаблении поля в случае резкого повышения напряжения питающей сети, которому может предшествовать спад напряжения, нарастание тока в цепи

якоря опережает нарастание тока в обмотке возбуждения, поскольку нарастанию тока в цепи обмотки возбуждения препятствует большое индуктивное сопротивление. Опережающему нарастанию тока в якорной цепи способствует и то, что во время ослабления поля электродвигателя по логике работы импульсного прерывателя, включенного последовательно с обмоткой возбуждения и закрывающегося при уменьшении тока якоря, он в первый

момент повышения напряжения сети вообще оказывается закрытым. Все это привести к возникновению кругового огня на коллекторе, для прекращения которого требуется специальная система защиты. К другим

недостаткам этого устройства относится, вопервых, то, что в зоне высоких скоростей начала торможения в момент отпирания импульсного прерывателя, замыкание электродвигателя накоротко происходит при полном

поле, вызывая повышенную пульсацию тормозного тока, а во-вторых, то, что при срыве рекуперации она быть замещена лишь пневматическим торможением.

Целью изобретения является создание устройства для регулирования тягового электродвигателя постоянного тока, которое бы позволило без переключения обмотки возбуждения и якоря осуществить одним и тем же тиристорным импульсным прерывателем пуск до автоматической характеристики полного поля, ослаблепие поля при пуске с меньшей вероятностыо возникновения кругового огня, уменьшило бы пульсациЕО тормозного тока в зопе высоких скоростей начала торможения, а в случае срыва рекуперации позволило бы заместить его реостатным торможением.

После выхода тягового электродвигателя па автоматическую характеристику полного поля, когда коэффициент заполнения импульсного прерывателя становится почти равпым едиппце, обмотка возбуждения вместе с тиристорным импульсным прерывателем шунтируется резистором, рассчитанным на небольшое ослаблепие поля и включенным последовательно с индуктивным шунтом. Дальнейший разгон электроподвижной единицы с помощью постепенного увеличения глубины ослабления поля тягового электродвигателя достигается уменьшением коэффициента заполнения импульсного прерывателя. Ток, протекающий через обмотку возбуждения, уменьшается, ответвляясь в шунтирующую цепь.

В случае провала напряжения сети и последующего его восстановления резистор и индуктивный шунт, оказывающиеся включеннымп последовательно с якорем тягового электродвигателя, уменьшают вероятность возникновения кругового огпя. При торможении в зоне высоких скоростей в момент открытого состояния импульсного прерывателя обмотка возбуждения по-прежнему остается шунтированной резистором, что уменьшает скорость парастания тока в тормозпом контуре, а значит и величину пульсации тормозного тока. В момент закрытого состояния импульспого прерывателя часть тока электродвигателя, убывая, замыкается через шунтирующий и тормозпой резистор, а часть в виде импульса возвращается в питающую сеть Эти режимы обеспечиваются введепием в силовую схему устройства электрического вентиля, анод которого подключен к точке соеди. пения шуптирующего и тормозного резисторов, а катод - к точке соединения обмотки возбуждения тягового электродвигателя и тиристорного импульспого прерывателя.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; па фиг. 2 а, б, в, г, д, е, ж, 3 - диаграммы токов па различных этапах регулирования.

От пантографа 1 через контактор 2 и датчик 3 тока якоря тягового электродвигателя

4с последовательной обмоткой .возбуждения

5и тиристорный импульсный прерыватель 6 образуется главная силовая цепь тока тягового режима. Контактор 7 в режиме тяги разомкнут и замыкается только в режиме электрического торможения. Диод обратного тока

8 шунтирует тяговый электродвигатель 4 вместе с контактором 2. Контактор 9 подключает параллельно обмотке возбуждения 5 цепь ослабления поля, содержащую датчик 10 тока в цепи ослабления поля, индуктивный шунт И и две секции шунтирующего резпстора 12 и 13. Контактор 14 служит для самовозбуждения тягового электродвигателя 4 в режиме электрического торможения. Контактор 15 также замкнут только при торможении. Электрический вентиль 16 является запирающим диодом, а контактор 17, замкнутый только в режиме тяги, шунтирует тормозной резистор 18.

Устройство работает следующим образом.

При пуске до выхода па автоматическую характеристику полного поля в момент открытого состояпия импульсного прерывателя 6 ток из контактной сети проходит по цепи: пантограф 1,.контактор 2, датчик 3 тока якоря, якорь электродвигателя 4, обмотка возбуждения 5, прерыватель 6, земля. В момент закрытого состояния импульсного прерывателя убывающий ток замыкается через диод обратного тока 8 (диаграмма фиг. 2, а).

После увеличения коэффициепта заполнения имнульспого прерывателя 6 до величппы, близкой к едпппце, включается контактор 9 и подключает индуктивный шунт 11 вместе с шунтирующим резистором 12, 13 параллельно обмотке возбуждения 5 и прерывателю 6. Теперь в момент открытого состояния прерывателя 6 ток проходит по той же цепи, что и на первой стадии пуска, но частично ответвляется в цепь, шунтирующую обмотку возбуждения 5. В момент запирания прерывателя 6 ток в обмотке возбуждения 5 спадает, замыкаясь через диод обратного тока 8, контактор 2, датчик 3 тока якоря и якорь электродвигателя 4. Противо-э. д. с. двигателя уменьшается, а ток в якоре увеличивается, проходя по цепи: пантограф 1, контактор 2, датчик 3 тока якоря, якорь электродвигателя 4, контактор 9, датчик 10 тока в цепи, шунтирующей обмотку возбуждения 5, индуктивный шунт И, шунтирующий резистор (секции 12, 13), контактор 17, земля.

При отпирапии прерывателя 6 ток в обмотке возбуждения 5 увеличивается, противоэ. д. с. двигателя растет, а результирующ ий ток в якоре уменьшается.

Постеиенно при уменьшении коэффициента заполнения прерывателя увеличивается глубина ослабления поля «вытеснением тока из обмотки возбуждения (диаграммы фиг. 2, б, в, г).

Работа тиристорпого импульсного прерывателя 6 во время регулирования при полном поле происходит под контролем датчика 3 тока в цепи якоря. Ослабление поля происходит тоже под контролем этого датчика, а величина наибольшего ослабления поля определяется по соотношению сигналов датчика тока 10 в пепп, шунтирующей обмотку возбуждения и датчика тока 3 в цепи якоря.

В описываемом устройстве одновременно с увеличением глубины ослабления поля несколько возрастает активное сопротивление тягового электродвигателя за счет увеличения эквивалентного сопротивления обмотки возбуждения, что может оказаться особенно желательным в том случае, когда двигатель имеет ограничение но максимальному напряжению, допускаемому на коллекторе. В этом случае, несмотря на увеличение потерь и снижение напряжения на зажимах, ослабление ноля, которое было бы невозможно нри номинальном напряжении, позволяет увеличить скорость его вращения.

Если же тяговый электродвигатель позволяет осуществить ослабление ноля нри полном напряжении на коллекторе, то с целью уменьщення потерь электроэнергии резистор разделяется на несколько последовательно включенных секпий, каждая из которых шунтируется отдельным контактором 15. Тогда после уменьшения коэффициента занолнения прерывателя 6 до определенной величины часть шунтирующего резистора закорачивается нри одновременном увеличении коэффициента занолнения и неизменных токах якоря и обмотки возбуладения. Наибольшее ослабление ноля получается при полностью открытом прерывателе и минимальной величине секций (12, 13) шунтирующего резистора.

Для осуществления электрического рекуперативно-реостатного торможения обмотка якоря электродвигателя 4 реверсируется, контакторы 2 и 17 размыкаются, а контакторы 7 и 15 замыкаются.

Самовозбуждение двигателя происходит но цепи: якорь электродвигателя 4, обмотка возбуждения 5, замкнутый контактор 14, тормозной резистор 18, контактор 7, датчик 3 тока якоря, якорь 4. После того, как двигатель возбудится, одновременно замыкается контактор 9 и размыкается контактор 14. Диод обратного тока 8 становится запирающим. Он препятствует протеканию тока из нитающей сети в момент открытого состояния тиристорного импульсного прерывателя 6.

В зоне высоких скоростей начала торможения при отпирании прерывателя якорь электродвигателя 4 вместе с обмоткой возбуждения 5, шунтированной индуктивным шунтом 11 и секцией (12) шунтирующего резистора, оказывается замкнутым накоротко в контуре: якорь электродвигателя 4, обмотка возбуждения 5, прерыватель 6, контактор 7, датчик 3 тока якоря, якорь электродвигателя 4. Ток в контуре возрастает.

При запирании прерывателя 6 импульс энергии поступает в питающую сеть но цепи: земля, контактор 7, датчик 3 тока якоря, якорь электродвигателя 4, обмотка возбуждения 5, диод обратного тока 8, пантограф 1, питающий сеть. А часть энергии гасится в

тормозном реолсторе 18 и шунтирующем резисторе секция 12 но цепи: якорь электродвигателя 4, контактор 9, датчик 10 тока в цепи, шунтирующей обмотку возбуждения,

секция (12j шунтирующего резистора, контактор 15, тормозной резистор 18, контактор 7, датчик 3 тока якоря, якорь электродвигателя 4. 1ок уменьшается. Благодаря ноключенпю шунтирующего и тормозного резистора к зажимам якоря происходит автоматическое ослабление поля.

Наличие на электронодвижной единице тормозного резистора увеличивает безопасность ее работы, так как нри срыве рекуперации из-за отсутствия потребителей рекуперируемой энергии приходит в действие электрический реостатный тормоз, посредством включения контактора 14. Для уменьшения пульсации тормозного тока тягового электродвигателя в зоне высоких скоростей начала рекунеративно-реостатного тормож:ения обмотка возбуждения 5 зашунтирована небольшой по величине секцией (12) резистора (замкнуты контакторы 7, 9, 15; разомкнуты контакторы 2, 14, 1), что уменьшает скорость нарастания тока двигателя в момент открытого состояния прерывателя 6. Но мере снижения скорости величина шунтирующего резистора, включенного параллельно

обмотке возбуждения 5 увеличивается. Для этого размыкается контактор 15. Электрический вентиль 16 в зоне высоких скоростей начала торможения обеспечивает поступление импульсов рекуперируемой энергии в питающую сеть (диаграммы токов фиг. 2, д, е, ж).

Когда скорость электроподвижной единицы

станет ниже критической, т. е. когда э. д. с.

тягового электродвигателя, работающего в

генераторном при полном поле, стапет ниже напряжения источника питания, размыкается контактор 9, и имнульсное рекуперативное торможение продолжается до полной остановки (диаграмма токов фиг. 2, з).

45

Предмет изобретения

Устройство для регулирования тягового электродвигателя постоянного тока носледовательного возбуждения, содерл ащее тиристорный импульсный прерыватель, соединенный последовательно с якорем и обмоткой возбуледения, зашунтированные последовательно включенными резисторами, отличающееся тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей, оно снабжено электрическим вентилем, анод которого нодключен к точке соединения резисторов, а катод - к точке соединения обмотки возбуждения и тиристорного импульсного прерывателя.

Фи7- 1

-n- 1д5 Li Т-сети

ш

Т ре/1