Результат интеллектуальной деятельности: ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к тяговому электроприводу, и может быть применено на электротранспортных средствах с двигателями постоянного тока, питаемых от генератора переменного тока.

Известен тяговый электропривод автономного транспортного средства, содержащий генератор переменного тока с изолированными друг от друга m-фазными обмотками на статоре с нулевыми выводами и по числу обмоток статора подключенные к их силовым выводам управляемые мостовые выпрямители, к которым подключены тяговые двигатели с последовательным возбуждением, обмотка якоря каждого из которых зашунтирована соединенными последовательно тормозным резистором и диодом, и группы управляемых вентилей, в каждой из которых одни из одноименных выводов вентилей объединены, он снабжен на каждую обмотку статора управляемым вентилем, включенным между нулевым выводом обмотки статора и точкой соединения обмотки возбуждения тягового двигателя и управляемого мостового выпрямителя, причем к точке соединения обмоток тягового двигателя подключена точка соединения одних из выводов группы управляемых вентилей (SU авторское свидетельство №1197880, кл. B60L 11/06, опубл. в 1985 г.).

Недостатком тягового электропривода является то, что число обмоторенных осей транспортного средства ограничено двумя осями.

Известен тяговый электропривод транспортного средства, принятый за прототип, содержащий приводимый во вращение тепловым двигателем тяговый синхронный генератор с двумя статорными трехфазными обмотками, подключенными одними выводами к выводам переменного тока тиристорных выпрямителей, один из выводов постоянного тока которых соединен с одними из выводов обмоток якорей тяговых электродвигателей, параллельно которым подключены цепи из последовательно соединенных тормозных резисторов и разделительных диодов, группы тиристоров соединены одними из электродов с выводами переменного тока тиристорных выпрямителей, и коммутационные элементы, включенные в цепь обмоток возбуждения тяговых электродвигателей, он снабжен дополнительной группой тиристоров и дополнительными разделительными диодами, соединенными последовательно и подключенными общими электродами с другими выводами обмоток якорей тяговых электродвигателей, а другими электродами - с другими выводами постоянного тока одного и другого тиристорных выпрямителей и с контактами четырех коммутационных элементов, соединенных с обмотками возбуждения тяговых электродвигателей, при этом одни из выводов трехфазных обмоток тягового синхронного генератора соединены о электродами дополнительной группы тиристоров, а другие выводы - с контактами пятого коммутационного элемента.

Известный тяговый привод позволяет обеспечивать расширение диапазона тяговых и тормозных усилий, обеспечивать усиление возбуждения тяговых электродвигателей при трогании, реостатное торможение (SU, авторское свидетельство №1532353, кл. В60L 11/06, опубл. в 1989 г.).

Недостатком известного тягового привода является то, что при отсутствии режима боксования возникают потенциальные условия для включения диодов подпитки обмоток возбуждения из-за технологических расхождений параметров тяговых электродвигателей, что способствует появлению существенных расхождений, неравномерности в токах нагрузки последовательно включенных якорей тяговых электродвигателей. При отсутствии режима боксования для устранения этого нежелательного явления необходимо индивидуальное регулирование выходного напряжения на каждом тяговом силовом управляемом выпрямителе до величины, достаточной для устранения потенциальных условий включения диодов подпитки обмоток возбуждения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение неравномерности распределения нагрузок по тяговым электродвигателям в отсутствии режима боксования, повышение тяговых свойств транспортного средства за счет возможности индивидуального регулирования мощности, подводимой к каждому тяговому электродвигателю, обеспечение реостатного торможения при равномерной токовой нагрузке на тормозящие тяговые электродвигатели и сохранение равномерной токовой нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей при принудительном охлаждении тормозных резисторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в тяговом электроприводе транспортного средства, содержащем приводимый во вращение тепловым двигателем тяговый синхронный генератор с двумя статорными трехфазными обмотками, к которым подключены управляемые мостовые выпрямители, по числу тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением электропривода транспортного средства, каждый из которых соединен обмоткой якоря и обмоткой возбуждения через коммутационные элементы обмотки возбуждения с выходом своего управляемого выпрямителя, параллельно обмоткам якорей электродвигателей через разделительные диоды и коммутационные элементы подключены тормозные резисторы, разделительные диоды соединены с плюсовыми шинами управляемых мостовых выпрямителей и последовательно с каждым разделительным диодом включен уравнивающий тормозной резистор, каждый из которых соединен с одним общим входом основного тормозного резистора, другой вход основного тормозного резистора через другие дополнительные уравнивающие тормозные резисторы и коммутационные элементы соединен с обмотками якорей тяговых электродвигателей, а обмотки возбуждения тяговых электродвигателей через коммутационные элементы соединены последовательно и подключены к выходу одного из управляемых мостовых выпрямителей.

На чертеже изображена схема тягового электропривода.

Тяговый электропривод транспортного средства, например четырехдвигательный привод, содержит тяговый синхронный генератор 1 с двумя статорными обмотками 2 и 3, приводимый во вращение тепловым двигателем 4. К статорным обмоткам 2 и 3 тягового синхронного генератора 1 подключены управляемые мостовые выпрямители 5, 6, 7 и 8. Управляемый мостовой выпрямитель 5 содержит тиристоры 9...14. Управляемый мостовой выпрямитель 6 содержит тиристоры 15...20. Управляемый мостовой выпрямитель 7 содержит тиристоры 21...26. Управляемый мостовой выпрямитель 8 содержит тиристоры 27...32. Количество управляемых мостовых выпрямителей 5, 6, 7 и 8 соответствует числу тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением 33, 34, 35 и 36. Количество тяговых электродвигателей 33, 34, 35 и 36 и, соответственно, управляемых мостовых выпрямителей в приводе может быть больше или меньше четырех. Каждый из тяговых электродвигателей 33...36 соединен обмоткой якоря и обмоткой возбуждения через коммутационные элементы обмотки возбуждения с выходом своего управляемого выпрямителя. Так, тяговый электродвигатель 33 своей обмоткой якоря соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 5, обмотка возбуждения которого 37 соединена через коммутационные элементы 38 и 39 с обмоткой якоря электродвигателя 33 и через коммутационный элемент 40 соединена с минусовой шиной управляемого мостового выпрямителя 5, тяговый электродвигатель 34 своей обмоткой якоря соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 6, обмотка возбуждения которого 41 соединена через коммутационные элементы 42 и 43 с обмоткой якоря электродвигателя 34 и через коммутационные элементы 44 и 45 соединена с минусовой шиной управляемого мостового выпрямителя 6, тяговый электродвигатель 35 своей обмоткой якоря соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 7, обмотка возбуждения которого 46 соединена через коммутационные элементы 47 и 48 с обмоткой якоря электродвигателя 35 и через коммутационные элементы 49 и 50 соединена с минусовой шиной управляемого мостового выпрямителя 7, тяговый электродвигатель 36 своей обмоткой якоря соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 8, обмотка возбуждения которого 51 соединена через коммутационные элементы 52 и 53 с обмоткой якоря электродвигателя 36 и через коммутационные элементы 54 и 55 соединена с минусовой шиной управляемого мостового выпрямителя 8. Параллельно обмоткам якорей электродвигателей 33, 34, 35 и 36 через разделительные диоды 56, 57, 58, 59 и коммутационные элементы 60, 61, 62, 63 подключены уравнивающие тормозные резисторы 64, 65, 66, 67, основной тормозной резистор 68 и дополнительные уравнивающие тормозные резисторы 69, 70, 71, 72. Разделительные диоды 56, 57, 58, 59 соединены с плюсовыми шинами управляемых мостовых выпрямителей 5, 6, 7 и 8. Разделительный диод 56 соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 5, разделительный диод 57 соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 6, разделительный диод 58 соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 7, разделительный диод 59 соединен с плюсовой шиной управляемого мостового выпрямителя 8. Последовательно с каждым разделительным диодом включен уравнивающий тормозной резистор, так, последовательно с разделительным диодом 56 включен уравнивающий тормозной резистор 64, последовательно с разделительным диодом 57 включен уравнивающий тормозной резистор 65, последовательно с разделительным диодом 58 включен уравнивающий тормозной резистор 66, последовательно с разделительным диодом 59 включен уравнивающий тормозной резистор 67, каждый из которых соединен с одним из общих входов основного тормозного резистора 68, другой вход основного тормозного резистора 68 через другие дополнительные уравнивающие тормозные резисторы и коммутационные элементы соединен с обмотками якорей тяговых электродвигателей 33, 34, 35, 36, так, дополнительный уравнивающий тормозной резистор 69 через коммутационный элемент 63 соединен с обмоткой якоря 36, дополнительный уравнивающий тормозной резистор 70 через коммутационный элемент 62 соединен с обмоткой якоря 35, дополнительный уравнивающий тормозной резистор 71 через коммутационный элемент 61 соединен с обмоткой якоря 34, дополнительный уравнивающий тормозной резистор 72 через коммутационный элемент 60 соединен с обмоткой якоря 33. Разделительные диоды 56, 57, 58, 59, уравнивающие тормозные резисторы 64, 65, 66, 67, основной тормозной резистор 68, дополнительные уравнивающие тормозные резисторы 69, 70, 71, 72, соединенные соответственно через коммутационные элементы 60, 61, 62, 63, образуют параллельно обмоткам якорей электродвигателей 33, 34, 35, 36 параллельные цепи. Обмотки возбуждения этих тяговых электродвигателей через коммутационные элементы соединены последовательно, образуя цепь: коммутационные элементы 52, 73, обмотка возбуждения 51, коммутационные элементы 47, 54, 74, обмотка возбуждения 46, коммутационные элементы 42, 49, 75, обмотка возбуждения 41, коммутационные элементы 38, 44, 76, обмотка возбуждения 37, коммутационный элемент 40, - которая подключается к выходу одного управляемого мостового выпрямителя 5. Коммутационные элементы 39, 43, 45, 48, 50, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 74, 75, 76 являются контактами тормозного переключателя, осуществляющего переключение тягового привода из режима «тяга» в режим «тормоз». Коммутационные элементы 38, 40, 42, 44, 47, 49, 52, 54, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84 являются контактами реверсора, осуществляющего изменение направления движения транспортного средства. Коммутационные элементы 85, 86, 87 и 88 являются контактами группового контактора ослабления поля и служат для подключения параллельно обмоткам возбуждения 37, 41, 46 и 51 тяговых электродвигателей, соответственно, резисторов ослабления поля 89, 90, 91 и 92.

Работа электропривода в режиме тяги происходит следующим образом. Первичный тепловой двигатель 4 приводит во вращение тяговый генератор 1. Тормозным переключателем, содержащим коммутационные элементы 39, 43, 45, 48, 50, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 74, 75 и 76, включают коммутационные элементы 39, 43, 45, 48, 50, 53, 55 и отключают коммутационные элементы 60, 61, 62, 63, 74, 75 и 76. При выбранном направлении движения транспортного средства, например, «вперед» реверсором, содержащим коммутационные элементы 38, 40, 42, 44, 47, 49, 52, 54, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83 и 84 включают коммутационные элементы 38, 40, 42, 44,47,49, 52, 54 и отключают коммутационные элементы 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83 и 84, а при выбранном направлении движения транспортного средства «назад» отключают коммутационные элементы 38, 40, 42, 44, 47, 49, 52 и 54 и включают коммутационные элементы 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84.

Тяговый электродвигатель 33 с последовательной обмоткой возбуждения 37 подключается на выход управляемого выпрямителя 5, тяговый электродвигатель 34 с последовательной обмоткой возбуждения 41 подключается на выход управляемого выпрямителя 6, тяговый электродвигатель 35 с последовательной обмоткой возбуждения 46 подключается на выход управляемого выпрямителя 7, тяговый электродвигатель 36 с последовательной обмоткой возбуждения 51 подключается на выход управляемого выпрямителя 8. Возбуждают тяговый генератор 1 и устанавливают углы управления тиристорами 9...32 управляемых выпрямителей 5, 6, 7 и 8, при которых управляемые выпрямители 5, 6, 7 и 8 работают в диодном режиме. Тяговые электродвигатели 33, 34, 35 и 36 при равенстве их частот вращения нагружаются токами и моментами, разброс которых, обусловленный технологическими расхождениями параметров электродвигателей, минимален. Боксование колесной пары одного из тяговых электродвигателей, например тягового электродвигателя 33, нарушает установившийся режим работы тяговой передачи. Система регулирования тяговой передачи изменяет углы управления тиристорами 9...14 мостового выпрямителя 5 и уменьшает ток через тяговый электродвигатель 33, выравнивая момент, развиваемый электродвигателем 33 с моментом, обусловленным коэффициентом сцепления боксующей колесной пары. Боксование колесной пары электродвигателя устраняется или ограничивается незначительными избыточными скоростями скольжения при сохранении на ободе боксующей колесной пары момента, близким к максимальному моменту, обусловленному коэффициентом сцепления.

Предложенный привод при возникновении боксования одновременно у двух и более колесных пар транспортного средства работает аналогично, что позволяет вести раздельное поосное регулирование силы тяги транспортного средства. Тяговые свойства транспортного средства за счет возможности раздельного регулирования мощности, подводимой к каждому электродвигателю, повышаются.

В режиме тяги привод предусматривает ступенчатое ослабление поля тяговых электродвигателей 33, 34, 35 и 36, для чего через коммутационные элементы 85, 86, 87 и 88 группового контактора ослабления поля подключают параллельно обмоткам возбуждения 37, 41, 46 и 51 резисторы ослабления поля 89, 90, 91 и 92.

Работа электропривода в режиме реостатного торможения происходит следующим образом.

Для обеспечения перехода из режима тяги в режим реостатного торможения выключают тиристоры 9...32 управляемых мостовых выпрямителей 5, 6, 7 и 8. Коммутационные элементы реверсора, задающего направление движения, оставляют включенными в соответствии с заданным в режиме тяги направлением движения «вперед» или «назад». Коммутационные элементы 39, 43, 45, 48, 50, 53, 55 тормозного переключателя выключают, а коммутационные элементы 60, 61, 62, 63, 74, 75 и 76 тормозного переключателя включают. Параллельно якорю электродвигателя 33 образуется цепь, состоящая из разделительного диода 56, уравнивающего тормозного резистора 64, основного тормозного резистора 68, дополнительного уравнивающего тормозного резистора 72, коммутационного элемента 60. Параллельно якорю электродвигателя 34 образуется цепь, состоящая из разделительного диода 57, уравнивающего тормозного резистора 65, основного тормозного резистора 68, дополнительного уравнивающего тормозного резистора 71, коммутационного элемента 61. Параллельно якорю электродвигателя 35 образуется цепь, состоящая из разделительного диода 58, уравнивающего тормозного резистора 66, основного тормозного резистора 68, дополнительного уравнивающего тормозного резистора 70, коммутационного элемента 62. Параллельно якорю электродвигателя 36 образуется цепь, состоящая из разделительного диода 59, уравнивающего тормозного резистора 67, основного тормозного резистора 68, дополнительного уравнивающего тормозного резистора 69 коммутационного элемента 63. Включают коммутационный элемент 73, который является контактом тормозного контактора. Обмотки возбуждения 37, 41, 46, 51 тяговых электродвигателей 33, 34, 35, 36 соединяются последовательно, образуя цепь, например, при включении реверсора в направлении движения «вперед»: плюсовая шина управляемого мостового выпрямителя 5, коммутационный элемент 73, коммутационный элемент 52, обмотка возбуждения 51, коммутационный элемент 54, коммутационный элемент 74, коммутационный элемент 47, обмотка возбуждения 46, коммутационный элемент 49, коммутационный элемент 75, коммутационный элемент 42, обмотка возбуждения 41, коммутационный элемент 44, коммутационный элемент 76, коммутационный элемент 38, обмотка возбуждения 37, коммутационный элемент 40, минусовая шина мостового выпрямителя 5.

Регулируя углы управления тиристорами 9...14 управляемого выпрямителя 5, устанавливают ток возбуждения электродвигателей в цепи последовательно включенных обмоток возбуждения 37, 41, 46 и 51 тяговых электродвигателей 33, 34, 35 и 36. Тяговые электродвигатели возбуждаются и на их якорях появляется ЭДС, величины которых определяются током возбуждения и частотой вращения тормозящих электродвигателей 33, 34, 35 и 36 (скоростью движения транспортного средства). Через тормозные резисторы 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, образующие цепи, параллельно подключенные к якорям электродвигателей 33, 34, 35 и 36, протекают токи торможения. Численные значения токов торможения регулируют изменением угла управления тиристорами 9...14 управляемого выпрямителя 5. При одинаковых токах возбуждения тяговых электродвигателей 33, 34, 35 и 36 из-за технологических отклонений, возникающих при изготовлении тяговых электродвигателей, ЭДС этих электродвигателей отличается друг от друга. Для исключения перевода какого-либо из тормозящих электродвигателей из тормозного режима работы в тяговый (из-за расхождения ЭДС), который сопровождается сменой направления протекания тока в якоре электродвигателя, перешедшего в режим тяги, применены разделительные диоды 56, 57, 58 и 59. Выравнивание тормозных токов тяговых электродвигателей, протекающих по параллельным цепям тормозных резисторов, в пределах, обусловленных технологическими отклонениями тяговых электродвигателей, осуществлено за счет включения в тормозные цепи уравнивающих тормозных резисторов 64, 65, 66 и 67, последовательно соединенных с разделительными диодами 56, 57, 58 и 59, и дополнительных уравнивающих тормозных резисторов 69, 70, 71 и 72. Основной тормозной резистор 68 применен для подключения к части этого резистора электродвигателя вентилятора охлаждения тормозных резисторов (на чертеже не показан). Подключение электродвигателей вентилятора охлаждения тормозных резисторов не нарушает относительные токораспределения по якорям тяговых электродвигателей в тормозном режиме работы.

Предложенный тяговый привод транспортного средства был испытан на тепловозе 2ТЭ25К и показал положительные результаты.