Электропривод автономного транспортного средства

 

Изобретение относится к тяговым электроприводам преимущественно для большегрузных карьерных транспортных средств. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности от контактной сети. Электропривод автономного транспортного средства содержит генератор постоянного тока, к выводам обмотки 1 якоря которого подключены одни из выводов обмоток 2 и 3 возбуждения тяговых электродвигателей, обмотки 12 и 16 якорей которых последовательно соединены с тормозными резисторами 15 и 19 и включены в диагонали однофазных выпрямительных мостов, выполненных на диодах 4-7 и 8-11. Между точками соединения диодов 5, 7 и 8, 10 включен контактор 20, а к точкам соединения диодов 4, 6 и 9, 11 подключены токоприемник 21 и через контактор 22 токоприемник 23. Обмотка 24 возбуждения генератора постоянного тока подключена к регулятору 26 тока возбуждения , соединенному входом с выходом блока 27 управления регулятором. 1 ил. о (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (5ц 4 В 60 1 15/04

1 .х й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1207836 (21) 4065636/27-11 (22) 05.02.86 (46) 07.01.88. Бюл. № 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования (72) Я. А. Брискман, Е. П. Плотников, Ю. М. Андреев, М. П. Аскинази и М. Е. Шор (53) 621.314.59 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1207836, кл. В 60 L 15/04, 30.01.86. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД АВТОНОМНОГО

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к тяговым электроприводам преимущественно для большегрузных карьерных транспортных средств.

Целью изобретения является расширение

„„SU„„1364509 функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности от контактной сети. Электропривод автономного транспортного средства содержит генератор постоянного тока, к выводам обмотки 1 якоря которого подключены одни из выводов обмоток 2 и 3 возбуждения тяговых электродвигателей, обмотки 12 и 16 якорей которых последовательно соединены с тормозными резисторами 15 и 19 и включены в диагонали однофазных выпрямительных мостов, выполненных на диодах 4 — 7 и 8 — 11. Между точками соединения диодов 5, 7 и 8, 10 включен контактор 20, а к точкам соединения диодов 4, 6 и 9, 11 подключены токоприемник 21 и через контактор 22 токоприемник 23. Обмотка 24 возбуждения генератора постоянного тока с подключена к регулятору 26 тока возбуждения, соединенному входом с выходом блока 27 управления регулятором. 1 ил.

С:!

364509

Изобретение относится к тяговым электроприводам преимущественно для большегрузных карьерных транспортных средств и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Хе 1207836.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности от контактной сети.

На чертеже приведена принципиальная схема электроп ри вода автономного транспортного средства.

Электропривод содержит генератор постоянного тока, к выводам обмотки 1 якоря которого подключены одни из выводов обмоток 2 и 3 возбуждения тяговых электродвигателей, выполненные на диодах 4 — 7 и

8 — 11 однофазные выпрямительные мосты, в диагональ одного из которых включена цепь из соединенных последовательно обмотки 12 якоря одного из тяговых электродвигателей, датчика 13 тока и шунтированного контактором !4 тормозного резистора 15, а в диагональ другого — цепь из соединенных последовательно обмотки 16 якоря друго о тягового электродвигателя, датчика 17 тока и шунтированного контактором 18 тормозного резистора !9. Точки соединения диодов 4, 5 и 10, 11 подключены к выводам обмотки 1 якоря генератора постоянного тока, а другие выводы обмоток 2 и 3 возбуждения тяговых электродвигателей подключены соответственно к точкам соединения диодов 6, 7 и 8, 9. Между точками соединения анодов диодов 5 и 7 и катодов диодов 8 и 10 включен контактор 20, а к точкам соединения катодов диодов 4 и 6 и анодов диодов 9 и 11 соответственно подключены токоприемник 21 и один из выводов контактора 22, другой вывод которого соединен с токоприемником 23. Обмотка 24 возбуждения генератора постоянного тока через реверсивный переключатель 25 подключена к регулятору 26 тока возбуждения, представляющему собой машину постоянного тока или синхронную машину с управляемым выпрямителем. К управляющему входу регулятора 26 тока возбуждения подключен выход блока 27 управления регулятором, входы которого соединены с выходами датчиков 28 и 29 соответственно напряжения и тока генератора постоянного тока, блока 30 задания режима, блока 31 задания уставок тока, датчиков 13 и 17 тока датчиков 32 и 33 напряжения тяговых электродвигателей и датчика 34 напряжения контактной сети.

Функции регулятора 26 тока возбуждения и реверсивного переключателя 25 могут быть объединены в одном устройстве, для чего регулятор выполняется в виде реверсивного мостового или нулевого выпрям ителя.

Электропривод работает следующим образом.

В автономном тяговом режиме контакторы 14 и 18 замкнуты, контакторы 20 и 22

5 разомкнуты, а замыкающие контакты реверсивного переключателя 25 также замкнуты.

Ток в обмотке 24 возбуждения имеет направление, указанное стрелкой, а напряжение генератора имеет полярность, указанную !

0 без скобок. Тяговый ток протекает по цепи обмотка 1 якоря генератора — диод 4— контактор 14 — датчик 13 тока — обмотка 12 якоря — диод 7 — обмотка 2 возбуждения — датчик 29 тока — обмотка 1 якоря генератора. ЭДС двигателя с обмоткой 12 имеет направление, указанное без скобок.

Цепь тягового тока для другого двигателя аналогична.

При переходе в автономный тормозной режим размыкают контакторы 14 и 18 и вводят последовательно с якорными обмотками 12 и 16 двигателей тормозные резисторы 15 и 19. После этого переключается реверсивный переключатель 25. изменяя направление тока в обмотке 24 возбуждения на противоположное. При этом полярность напряжения генератора также изменяется на противоположную и соответствует указанной в скобках. В начальный момент ток возбуждения тягового двигателя протекает по цейи обмотка 1 якоря генератора — датчик 29 тока — обмотка 2 возбуждения— диод 6 — тормозной резистор 15 — датчик

13 тока — обмотка 12 якоря — диод 5— обмотка 1 якоря генератора. Начальная величина тока возбуждения ограничена сопротивлением резистора 15. Ток в обм отке 2

35 возбуждения изменяет направление по сравнению с тяговым режимом, что приводит к изменению полярности ЭДС двигателя с обмоткой 12 (указана в скобках).

В результате этого диоды 4 и 7 начинают

40 проводить ток, причем ток обмотки 12 якоря замыкается по двум параллельным цепям. обмотка 12 якоря — диод 5 — диод 4— тормозной резистор 15 — датчик 13 тока — . обмотка 12 якоря и обмотка 12 якоря диод 7 — диод 6 — тормозной резистор 15—

45 датчик 13 тока — обмотка 12 якоря.

Ток возбуждения двигателя также замыкается по двум параллельным цепям: обмотка 1 якоря генератора — датчик 29 тока — обмотка 2 возбуждения — диод 6—

50 диод 4 — обмотка 1 якоря генератора и обмотка 1 якоря генератора — датчик 29 тока — обмотка 2 возбуждения — диод 7— диод 5 — обмотка 1 якоря генератора. По диодам 5 и 6 протекает полусумма токов обмоток якоря и возбуждения, а по дио дам 4 и 7 — полуразность этих токов.

При снижении частоты вращения двигателей от максимальной п до номинальной п„поддерживается постоянство тока яко1364509 ря 1 двигателя и мощности на его зажимах.

Это достигается сравнением в блоке 27 управления регулятором сигнала обратной связи, пропорционального максимальному из токов двигателей, .с сигналом уставки, поступающим от блока 31 задания уставок.

В зависимости от выходного сигнала блока

27 величина тока в обмотке 24 возбуждения генератора изменяется так, что токи якорей двигателей поддерживаются на постоянном заданном уровне.

По мере снижения частоты вращения двигателей от п„до п„тормозной момент и ток возбуждения двигателя возрастают, достигая при n = п„своих максимальных значений, причем ток возбуждения становится равным заданному току якоря. Ток через диоды 4 и 7 становится равным нулю и диоды 4 и 7 запираются. При дальнейшем снижении частоты вращения от п„до нуля ток возбуждения остается равным току якоря и протекает по цепи обмотка 1 якоря генератора — датчик 29 тока — обмотка 2 возбуждения — диод 6 — тормозной резистор 15— датчик 13 тока — обмотка 12 якоря — диод 5 — обмотка 1 якоря генератора. Напряжение на зажимах двигателя по мере уменьшения частоты вращения снижается, однако ток якоря двигателя поддерживается на неизменном заданном уровне, благодаря последовательному согласному включению в контуре протекания тока якоря напряжений генератора и двигателя. Увеличивая напряжение генератора, обеспечивают поддержание постоянного заданного значения тока и, соответственно, постоянного максимального тормозного момента до полной остановки транспортного средства.

Таким образом, поддержание максимального тормозного момента в диапазоне частот вращения и = п„— . 0 достигается путем принудительного поддержания тока в якорной обмотке тягового электродвигателя при уменьшении его ЭДС за счет увеличения потребления энергии от внешнего источника— питающего генератора. При и = п„мощность, потребляем ая от генератора, равна мощности потерь в обмотках 2 и 3 возбуждения двигателей, а мощность на зажимах обмотки 12 якоря двигателя рассеивается в тормозном резисторе 15. Для частоты вращения, близкой к нулю, мощность на зажимах обмотки 12 якоря равна нулю, а мощность потребляемая от генератора, равна сумме мощностей, выделяемых в тормозном резисторе 15, и потерь в обмотках 2 и 3 возбуждения двигателей.

В случае, если при частоте вращения и, мощность, потребляемая от генератора, достигает предельной, развиваемой дизелем, блок 27 управления регулятором при дальнейшем снижении частоты вращения двигателя обеспечивает поддержание постоянного значения этой мощности, при этом сигнал обратной связи по мощности генератора формируется в блоке 27, как и в тяговом автономном режиме, B виде произведения сигна5 лов датчиков 28 и 29 соответственно напряжения и тока генератора. Вместо сигнала датчика 29 тока генератора в этом режиме может быть использован сигнал. пропорциональный сумме токов якорей двигателей, измеряемых датчиками 13 и 17.

Переход на питание от контактной сети и работа в троллейном режиме происходят следующим образом. Пуск и первоначальный разгон транспортного средства производится в тяговом автономном режиме до скорости, при которой сумма напряжений тяговых электродвигателей, измеряемых датчиками 32 и 33, становится равной напряжению контактной сети, измеряемому датчиком 34.

20 При равенстве указанных напряжений снижают ток в обмотке 24 возбуждения генератора до нуля, после чего включают контактор 20. Обмотки 2 и 3 возбуждения электродвигателей при этом соединяются последо25 вательно и получают независимое питание от генератора по цепи обмотка якоря генератора — обмотка 3 возбуждения — диод 8 — контактор 20 — диод 7 — обмотка 2 возбуждения — датчик 29 тока — обмотка 1 якоря генератора. Затем вновь увеличивают

30 ток в обмотке возбуждения генератора и, следовательно, в обмотках 2 и 3 возбуждения электродвигателей до тех пор, пока снова не будет достигнуто равенство между суммой напряжений на зажимах электродвигателей и напряжением контактной сети.

35 В момент вторичного равенства указанных напряжений включают контактор 22. При этом обмотки 12 и 16 якорей тяговых электродвигателей, соединенные последовательно, получают питание от контактной сети по

40 цепи контактная сеть — токоприемник 21 контактор 14 — датчик 13 тока — обмотка

12 якоря — контактор 20 — контактор !8— датчик 17 тока — обмотка !6 якоря — контактор 22 — токоприемник 23 контактная сеть. Переход в троллейный режим на этом

45 заканчивается

Пусть перед переходом из автономного в троллейный режим транспортное средство движется на подъем и дальнейшее увеличение скорости движения в автономном режиме ограничено мощностью дизеля. При псре50 ходе на питание от контактной сети возможно увеличение скорости движения за счет увеличения мощности, потребляемой из контактной сети. Для этого с помощью блока 3! увеличивают уставку тока якоря. Сигнал ус55 тавки сравнивается в блоке 27 с токами якорей двигателей. Сигнал рассогласования уllравляет регулятором 26 таким образом, что ток в обмотке 24 возбуждения генератора и, 1364509

Формула изобретения

55 следовательно, в обмотках 2 и-3 возбуждения двигателей уменьшается до тех пор, пока ток якоря не достигнет заданного значения.

Для расширения скоростного диапазона в сторону низких скоростей в тяговом троллейном режиме могут быть использованы резисторы 15 и 19. Если, например, необходимо перейти из автономного в троллейный режим при скорости настолько низкой, что даже при максимальном токе в обмотках 2 и 3 возбуждения электродвигателей сумма

ЭДС электродвигателей существенно меньше напряжения контактной сети, в цепь якорных обмоток 12 и 16 электродвигателей для ограничения тока вводят резисторы 15 и 19 путем размыкания контакторов 14 и 18 соответственно. По мере увеличения скорости транспортного средства резисторы поочередно выводят из цепи тяговых электродвигателей путем замыкания контакторов 14 и 18.

При этом ток в обмотках 2 и 3 возбуждения электродвигателей регулируют таким образом, чтобы поддерживать заданное уставкой значение тока якоря. В случае выполнения резисторов 15 и 19 секционированными, они образу ют пусковой реостат, обеспечивая возможность прямого пуска от контактной сети при нулевой скорости.

При колебаниях напряжения контактной сети, связанных с пиковым потреблением тока другими потребителями, блок 27 отслеживает заданное значение тока якоря электродвигателей путем регулирования тока в обмотках 2 и 3 возбуждения аналогично тому, как это описано для случае изменения сигнала уставки.

Для обеспечения благоприятного протекания переходных процессов при кратковременной потере и последующем восстановлении контакта токоприемников с троллеями контактной сети в блоке 27 при исчезновении напряжения контактной сети осуществляется сравнение сигнала, пропорционального сумме напряжений электродвигателей, с сигналом опорного напряжения, величина которого соответствует минимальному уровню напряжения контактной сети. В функции рассогласования этих сигналов ток в обмотках 2 и 3 возбуждения регулируется таким образом, чтобы на время исчезновения напряжения контактной сети обеспечить поддержание ЭДС электродвигателей на минимально допустимом уровне, исключающем недопустимые броски тока в якорных обмотках при последующем восстановлении напряжения.

При необходимости указанные броски тока могут быть дополнительно ограничены кратковременным введением в цепь якорей электродвигателей резисторов 15 и 19.

Переход из тягового троллейного режима в режим рекуперативного торможения осу5

50 ществляется без каких-либо переключений в силовой цепи и цепях возбуждения. Для этого вначале сигнал уставки от блока 31 снижают до нуля, чтобы уменьшить до нуля ток в якорных обмотках электродвигателей.

Сумма ЭДС обмоток 12 и 16 якорей электродвигателей равна при этом напряжению контактной сети. После этого изменяют полярность сигнала уставки на противоположную и плавно увеличивают его до тех пор, пока изменивший свое направление ток в якорных обмотках электродвигателей (ток рекуперации) не достигнет требуемой величины, а тормозной эффект — необходимого уровня, определяемого условиями движения.

Для увеличения эффективности торможения в зоне высоких скоростей при ограниченной возможности рекуперации может быть использовано комбинированное реостатнорекуперативное торможение. Для этого в цепь обмоток 12 и 16 якорей электродвигателей вводят резисторы 15 и 19, а для сохранения тока рекуперации на заданном ограниченном уровне увеличивают ток в обмотках 2 и 3 возбуждения электродвигателей.

Благодаря этому при неизменной мощности, рекуперируемой в контактную сеть, тормозная мощность и тормозной момент, развиваемые тяговыми электродвигателями, возрастают. Излишек тормозной мощности рассеивается в резисторах 15 и 19.

Для перехода из троллейного в автономный режим вначале отключают контактор 22, а затем контактор 20. При этом для обеспечения бестоковой коммутации контакторов сначала ток в обмотках 2 и 3 возбуждения электродвигателей изменяют так, чтобы уменьшить до нуля ток якоря, и отключают контактор 20, а затем снижают ток в обмотках 2 и 3 возбуждения до минимально возможного значения и отключают контактор 20. При такой последовательности операций выключение контактора 22 происходит без тока.

Важной особенностью работы схемы в троллейном режиме является минимальная загрузка током диодов выпрямительных мостов: ток обмоток якорей тяговых электродвигателей по диодам не протекает, а ток обмоток возбуждения протекает только по диодам 7 и 8. Контактор 20 в тяговом троллейном режиме нагружен разностью токов обмоток якоря и возбуждения и, следовательно, также находится в благоприятных условиях.

Электропривод автономного транспортного средства по авт. св. Ме 1207836, отличаюи ийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы от контактной сети, он снабжен

1364509

Составитель Л. Резникова

Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 63! 3/! 3 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I !3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 токоприемниками, один из которых подключен к точке соединения катодов диодов одного моста, а другой через контактор — к точке соединения анодов диодов другого моста, причем между точками соединения анодов и катодов диодов соответственно одного и другого мостов также включен конта ктор.