УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ Советский патент 1974 года по МПК B60L7/16 H02P3/14 

1.

Изобретение относится к области импульсного регулирования электрического торможеиия электроподвижного состава постоянного тока с тяговыми электродвигателями последовательного возбуждения и предназначено преимущественно для контактио-аккумуляторного электроподвижного состава (например, маневровых и промышленных электровозов, мотарвагонных поездов и т. д.).

Известно устройство имнульсного регулирования электрического торможелия электроподвг.яоюго состава постоянного тока с тягоБыд-п двигателями последовательного возбуждения, содержащее тиристорный ирерыватель тока, например двухфазный, с щиротно-импульсной модуляцией и емкостной коммутацией, Индуктивно-емкостный фильтр, разделяющие вентили и дроссели. Схемой электроподвижного состава предусмотрено несколько параллельных групп тяговых двигателей с ЕозмоЖ| 1ым последовательным соединением дзмтателей в каждой. Приемником энергии служит контактная сеть или тяговая аккумуляторная батарея. Каждая группа тяговых двигателей соединена с приемником энергии диодами по иаправлеиию рекуперации энерTi:n.

Известное устройство не позволяет обеспечить еобходимую величину тop oзнoй силы при электрическом торможении электроподзиж.ного состава до полной его остановки. Невозможно также надежное самовозбуждение тяговых двигателей во всем днапазоне скоростей начала электрического торможения из-за сравнительно малых зпачеиий остаточной э. д. с. якорей, соизмеримых с прямым падением напряжения в силовых тиристорах прерывателя-тока.

Цель изобретения - повысить иадежность и технико-экономические показатели электрического тормо ке}И)я электронодвижного состава постоянного тока при импульсном регулирова1и-1н.

Поставленная цель достигается тем, что параллельно приемнику энергии иодключеиы последовательно соединенные тормозной резистор п электрический вентиль, анод которого присоединен к резистору и положительному полюсу группы якорей тяговых электродвигателей, а катод - к положительиому полюсу приемiHiKa энергии и аиоду тиристорного прерывателя тока. Для повышеиия эффективности электрического торможеиия последовательио с тормозным резистором включен дополнительиый тнристорпый прерыватель тока. С целью повыщепня надежности аноды силовых тир,исторав ирерывателя соединены с анодом элeктpr чecFчOгo вентиля.

В предлагаемом устройстве обеспечено регулирование величины тop roзнoй силы до полной остановки электроподвижиого состава. Это дает возмол лость применять электричесг ий тормоз для удерукания поезда на спуске или при надвиге состава на сортиро,вочную горку прн маневровой работе.

При рекуперативно.м торможении и уменьшении потребляемой мощности, что может быть вызвано наличием поездов на .участке или высокой степенью заряда тяговой аккумуляторной батареи, возможен переход к рекуперативно-реостатному или замещающему реостатному торможению для реализаци: требуемой тормозной силы, определяемой профилем пути и скоростью движения электроподвижного состава.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с одним двухфазным тиристорным прерывателем; на фиг. 2 - то же с несколькими двухфазными прерывателями и с дополнительным прерывателем в цепи тормозного резистора; на фнг. 3 - то же с присоедииением анодов тиристоров прерывателя к аноду дополнительного электрического вентиля.

Устройство для импульонаго регулирования электрического торможения соединено с приемником энергии через индуктивно-емкостный фильтр с дросселем / и конденсатором 2. Параллельно приемнику энергии подключены последовательносоединенные тормозной резистор 3 и дополнительный электрический вентиль 4, анод которого присоединен к тормозному резистору 3 и положительному полюсу якорей 5, 6 и 7, 8 тя1говых электродвигателей с их об.мотками возбуждения 9, 10 и 11, 12 ccoTBeTCTBeiHO. Якори 5, 6 п 7, 8 электродвигателей соединены с приемником энергии электрическими вентилями 13 и 14 по направлению рекуперации энергии. В катодных цепях двухфазного тиристор-ного широтноимпульсного прерывателя тока ,15 с емкостной коммутацией находятся также разделяющие дроссели 16, 17, которые могут иметь раздельный или общий магнитопровод, и электрические 18, 19. На фиг. 2 и 3 показано также включение последовательно с тормозным резистором 3 дополнительного тиристорного прерывателя тока 20.

На фиг. 2 показан вариант устройства с параллельным соединением нескольких двухфазлых тиристорных прерывателей тока 15, 21, 22 и двумя группами тяговых электродвигателей 5, 6 и 7, 8. При этом включение каждого прерывателя в устройстве полностью аналогично изображенному на фиг. .

Устройство работает следующим образом. поочередном открытии силовых тиристоров прерывателя 15 со сдвигом во времени на половину периода от приемника энергии протекает ток через разделяющие дроссели 16 или 17 (фиг. 1), тяговые электродвигатели (5, 6, 9, 10 и 7, 8, 11, 12) и тормозной резистор 3. Происходит интенсивное увеличеиие тока и возбуждение тяговых электродвигателей в широком диапазоне скоростей .начала торможения за счет согласного направления э. д. с. двнгателей работающих в генераторном режиме, и э. д. с. контактной сети или

тяговой аккумуляторной батареи.

Дополнительный электрический вентиль 4 при этом закрыт, так как к нему -приложено обратное напряжение, равное э. д. с. приемника энергни. Ток тяговых электродвигателей

определяется параметрами их цепей, величиной напряжения приемника энергии и сопротивлением тормозного резистора 3, а также скоростью движения электроподвижного состава, частотой переключений вентилей прерывателя 15 и коэффициентом импульсного заполнения. Прн закрытии силовых тиристоров прерывателя 15 ток тяговых электродвигателей под действием э. д. с. самоиндукции замыкается по цепи; тормозной резистор 3,

разделяющие диоды 18, 19 и дроссели 16, 17. По мере увеличения э. д. с. тяговых двигателей и падения напряжения на тормозиом резисторе , уменьшается отрицательный потенциал (отрицательное смеще 1ие) на аноде

электрического вентиля 4. Далее вентиль 4 открывается, и схема автоматически переходит в режим .рекуперативно-реостатного торможения с чередующимися циклами: самовозбуледение и накопление электромагиит1 ой

энергии шунтированием тягового двигателя последовательного возбуждения при открытии силовых тиристоров прерывателя 15 и отдачи накопленной электромагнитной энергии ,в приемник при их закрытии. Для устойчивой параллельной работы генераторов последовательного возбуждения на общий приемник энергии применена схема перекрестного соединения их обмоток возбуждения. При скоростях торможения выще критических,

когда э. д. с. тяговых двигателей равна э. д. с. приемника энергии, происходит автоматическое ослабление поля возбуждения при рекуперативном или рекуперативно-реостатном торможении с помощью электрических вентилей 13, 14. Ток якооей ,5- 8 протекает через вентили 13, 18 или 14, 19, уменьшая при этом ток обмоток возбуждения 9 - 12. По мере уменьшения скорости и э. д. с. тяговых двигателей умеиьщается и ток приемника энергии,

частично изменяясь по величине и направлению. И при малой скорости, вплоть до остановки электроподвижного состава, поддерживается регулирование тока и тормозного момента двигателей теперь за счет энергии, поступающей из приемника энергии. Это позволяет сохран1 ть тормозную силу при .Нулевой скорости вращения якорей тяговых двигателей для удержания поезда на спуске или при надвиге состава на сортировочную горку при

маневровой работе.

Для повышения эффективности импульсной рекуперации тормозной резистор 3 отключается с помощью дополнительного тиристорного прерывателя тока 20 (см. фиг. 2). При

частичном отказе рекуперации схема переходит к рекуперативно-реостатиому торможению подключением тормозного резистора 3 и регулированию его тока прерывателем 20 для создания требуемой тормозной силы в зависимости от профиля пути и скорости движения электроподвижного состава.

Для увеличения рабочей частоты LC фильтра и уменьшения его Габаритов и пульсаций тока тяговых двигателей и контактной сети тиристорный прерыватель выполнен многофазным. Регулирование тока и напряжения каждой ветви тяговых двигателей с помощью прерывателей 15, 21 и 22 аналогично друг другу и осуществляется открытием силовых тиристоров каждой фазы синхронно со сдвигом во времени.

При расположении обмоток дросселей 16 и 17 попарно на общих матнитопроводах, как показано на фиг. 1, пульсации тока цепи тяговых двигателей дополнительно уменьщаются за счет э. д. с. взаимоиндукции. Это позволяет конструктивно выполнить разделяющие дроссели меньших размеров. Вариант многофазного исполнения тиристорного прерывателя тока предлагаемого устройства с параллельным соединением нескольких двухфазных тиристорных прерывателей 15, 21, 22 позволяет одновременно уменьшить пульсации тока тяговых двигателей и приемника энергии. . Указанные пульсаци;и в процессе регулироваиия электрического торможения становятся практически равными нулю при достижении длительности открытого состояния силовых тиристоров каждой фазы прерывателя значений, кратных периоду повторения импульсов тока и напряжения тяговых двигателей.

На фиг. 3 показано применение в описываемом устройстве известного двухфазного прерывателя тока 15, содержащего силовые тиристоры 23 и 24, вспомогательные тиристоры 28 н конденсатор 29 общего коммут.ирующего узла. Для повышения надежности работы устройства аноды силовых тиристоров 23 и 24 присоединены к аноду дополнительного электрического вентиля 4. В начале рекуперативного торможения при подаче импульсов управления на вспомогательные тиристоры 25, 27 или 26, 28 со сдвигом во времени происходит заряд или перезаряд коммутирующего конденсатора 29 от приемника энергии через дроссели 16, 17, тяговый электродвигатель (5) и тормозной резистор 3. По окончании заряда или перезаряда конденсатора 29 тиристоры 25, 27 или 26, 28 закрывайтся. Возникающая э. д. с. самоиндукции поддерживает ток того же направления, который тенерь протекает в контурах элементов схемы: электродвигатель (5), тормозной резистор 3, разделяющие вентили 18, 19 и дроссели 16, 17. Ток начального самовозбуждения при этом возможно регулировать измене нием частоты переключений вспомогательных тиристоров 25 - 28 коммутирующего узла. Даже при неподвижном якоре электродвигателя при

таком стимулировании начального самовозбуждения под действием э. д. с. самоиндукции поддерживается непрерывный ток, величина которого определяется параметрами 5 схемы, частотой переключений тиристоров и величиной напряжения приемника энергии. Теперь при включении силовых тиристоров 23, 24 прерывателя 15, работающих как и вспомогательные тиристоры со сдвигом во

0 времени, тяговый электродвигатель (5) и разделяющие дроссели 16 или 17 щунтируются. Токи короткозамкнутых контуров интенсивно нарастают до заданной величины. При подаче нмпульсов управления на вспомагательные

5 тиристоры 25, 27 или 26, 28 силовые тиристоры 23, 24 закрываются. Под действием суммарной э. д. с. вращения и самоиндукции обмоток электродвигателя (5, 9) и дросселей 16 или 17 происходит отдача накопленной

0 электромагнитной энергии в приемник. Ток рекуперации протекает по элементам схемы: Я 5, 4, 2, 18, 16 или 9, 5, 4, 2, 19, 17 и через приемник энергии по цепи 9, 5, 4, 1, 18, 16 или 9, 5, 4, 1, 19, 17. Одновременно ток электродвигателя (5) протекает и через тормозной резистор 3. Таким образом, имеет место рекуперативно-реостатное торможение. При расположении обмоток дросселей на общем магнитопроводе как показано на фиг. 3,

0 пульсация тока электродвигателя значительно уменьшается за счет э. д. с. взаимоиндукции. При частичной рекуперации ток тормозного резистора 3 автоматически регулируется посредством дополнительного тиристорного

прерывателя 20 для создания необходиАЮго тормозного момента электродвигателя (5), а при наличии потребителя - тормозной резистор 3 отключается прерывателем 20. Благодаря этому повыщается эффективность импульсной рекуперации и надежность электрического торможения в целом.

Предмет изобретения

I. Устройство для импульсного регулирования электрического торможения электроподвижного состава постоянного тока с тяговыми электродвигателями последовательного возбуждения, содержаи ее индуктивно-емкостный фильтр, многофазные тиристорные прерыватели тока, разделяющие электрические вентили и дроссели, а также тормозной резистор, отличающееся тем, что, с целью повыщеиия технико-экономических показателей,

оно снабжено дополнительным электрическим вентилем, анод которого подключен к положительному полюсу тяговых электродвигателей, катод - к положительному полюсу приемника энергии через фильтр, а тормозной резистор включен между положительным полюсом тяговых электродвигателей и отрицательным полюсом приемника энергии.

2. Устройство 1ПО п. 1, отличающееся тем,

что, с целью расширения диапазона регулирования электрического торможения, оно снабжено дополнительным тмристорным нрерывателем тока, включенным последовательно с тормозным резистором.

.3. Устройство но ни. 1, 2, отличающееся

тем, что, с целью новыше гия надежности, аноды силовых тиристоров в многофазных ткристорных прерывателях подключены к алоду допол ительного электрического вентиля.