Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза

 

Использование: тепловозы с электропередачей . Сущность изобретения: определенную часть электрической .энергии, которая поступает в тяговые двигатели разгруженных колесных пар, преобразуют сначала в механическую энергию, затем получают из нее электрическую энергию, которую передают в тяговые электродвигатели догруженных колесных пар. Такое преобразование электрической энергии осуществляется при помощи двух электрических машин посеянного тока. Эти машины имоют механические соединенные якоря, обмотки последовательного возбуждения и независимого возбуждения. Якорная обмотка одной (другой) машины включена в цепь разгруженных (догруженных ) электродвигателей, которая работает в двигательном (генераторном) режиме. Напряжение якорной обмотки машины, работающей в двигательном Оенераторном) режиме, направлено согласии (встречно ) напряжению якорных обмоток тяговых электродвигателей. Обмочи независимого возбуждения обеих машин подключены через дополнительные контакты реверсивного переключателя транспортного средства к его источнику напряжения управления. Такое включение обмоток независимого возбуждения позволяет менять режим работы (двигательный, генераторный) дополнительных электрических машин при изменении направления движения транспортного средства и, таким образом, обеспечивать при любом направлении его движения передачу электрической энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей. 2 ил. сл С ч xj Ю О го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51>5 В ЬО(11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4808660/11 (22) 04.04.90 (46) 07.12.92. Бюл. № 45 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) О.И.Новиков и Г.Я.Белобаев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1568416, кл. В 60 1 11/02, 1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗА (57) Использование: тепловозы с электропередачей. Сущность изобретения: определенную часть электрической энергии, которая поступает в тяговые двигатели разгруженных колесных пар, преобразуют сначала в механическую энергию, затем получают из нее электрическую энерги>о, которую передают в тяговые электродвигатели догруженных колесных пар. Такое преобразование электрической энергии осуществляется при помощи двух электрических машин пос оянного тока. Эти машины имеют механические соединенные

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано для распределения нагрузок тягOBb>x электродвигателей тепловоза с электропередачей.

Цель изобретения — повыше»ие экономии электроэнергии и улучшения тяговых свойств.

На фиг. 1 представлена силовая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема

его управления, „„5U„„1779626 А1 якоря, обмотки последовательного возбуждения и независимого возбуждения. Якорная обмотка одной (другой) машины включена в цепь разгруженных (догруженных) электродвигателей, которая работает в двигательном (генераторном) ре>киме.

Напряжение якорной обмотки машины, работающей в двигательном (генераторном) режиме, направлено согласно (встречно) напряжению якорных обмоток тяговых электродвигателей. Обмо ки независимого возбуждения обеих глашин подключены через дополнительные контакты реверсивного переключателя транспортного средства к его источнику напряжения управления, Такое включение обмоток независимого возбуждения позволяет менять режим работы (двигательный, генераторный) дополнительных электрических маши. I при изменении направления движения транспортного средства и, таким образом, обеспечивать при л>обом направлении его движения псредачу электрической энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей. 2 ил.

Устройство состоит из генератора 1 тока постоянного напряже>:,ия, последовательно с которым включены группы тяговых электродв> гателей с якорны> и обмотками 2 и обмотками 3 возбуждения, якор;>ые обмотки 4.1, 5.1 и обмотки 4.2, 5,2 последовательного возбу>кдения элсктрических машин посто„::ного тока (фиг, 1), которые име>от г-:ще «б; отки 4.3 и 5,3 не авис;>мого возбуждения (фиг. 2), Устройство имеет ре /79626

15

30

50

55 версивный переключатель с обмотками 6 и контактами 7.1-7.8. Первые контакты 7,17.4 реверсивного переключателя включены в цепи обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей. Через вторые контакты 7,57.0 реверсивного переключателя цепь, образованная из обмоток 4,3 и 5.3 независимого возбуждения электрических машин, подключена к выводам G. К этим же выводам подключены обмотки б реверсивного переключателя через контакты 9 задатчика направления движения тепловоза и источник напря>кения управления (на фиг. не показано). Якоря электрических машин имеют механическую связь 10. Одноименные выводы обмоток возбуждения электрических машин иа схемах отмечены точками.

Тяговые электродвигатели, которые принадлежат к одной группе и соединены последовательно, вращают колесные пары с одинаковым характером механического агружения. Злектродвигатели одной группы вращают разгруженные колесные пары, второй — pогруженные. При изменении направления движения тепловоза и соответственно направляя вращения тяговых электродвигателей меняется характер механического нагру>кения колесных пар, т.е. электродвигатели, вращавшие разгруженные (догру>кенные) колесные пары до изменения направления движения, после его изменения вращают догруженные (разгруженные) колесные пары.

Злектрические машины постоянного тока выполнены так, что при максимально возмо>кных токах генератора 1 магнитный поток их обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбужденич меньше магнитного потока их обмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждения. В каждой электрической машине ха. рактер взаимодействия (складываются, вычитаются) магнитных потоков ее обмоток возбуждения зависит от направления движения тепловоза и задается положением контактов 7.5 — 7.7 реверсивного переключателя.

Рассмотрим порядок работы устройства для следующих условий, Тепловоз двига.ется в направлении, когда тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращают разгруженные (догруженные) колесные пары (фиг. 1). При этом замкнут соответствующий контакт 9 задатчика направления движения, напряжение управления поступает на одну из обмоток 6 реверсивного переключателя и через его замкнутые контакты 7:5 и 7.7 прикладывается к цепи обмоток 4.3 и 5.3. По этим обмоткам протекает ток, направление которого показано на схеме фиг, 2 стрелками, В цепях обмоток возбуждения 3 тяговых электродвигателей замкнуты соответствующие пары контактов 7.1, 7.3 или 7.2, 7.4 реверсивного переключателя. Напряжения генератора 1, якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и якорных обмоток 4 1 и

5.1 электрических машин имеют полярность, которая показана на схеме фиг. 1. На этой же схеме стрелками показано направление тока, который под действием напряжения генератора 1 протекает по тяговым электродвигателям и по обмоткам 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 электрических машин.

В рассматриваемом режиме движения тепловоза электрическая машина с обмотками 4.1 — 4.3 работает в режиме двигателя и благодаря наличию механической связи 10 вращает якорь электрической машины с обмотками 5.1 — 5.3, которая работает в режиме генератора. Напряжение якорной обмотки

4.1(5.1) электрической машины имеет одинаковую (противоположную) полярность с полярностью напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей. Магнитные потоки обмоток 4.2 и 4.3 (5.2 и 5.3) машины двигателя (машины генератора) складываются (вычитаются) и результирующий магнитныйй поток двигателя (генератора) равен сумме (разности) потоков обмоток возбуждения. Так как магнитные потоки обмоток

4,3 и 5,3 независимого возбуждения больше магнитных потоков обмоток 4,2 и 5.2 последовательного возбуждения, то направление разности этих магнитных потоков всегда совпадает с направлением магнитного потока обмоток независимого возбуждения.

Наличие электрических машин в цепях тяговых электродвигателей на перераспределение их токов (нагрузок) влияет следующим образом. Напряжение параллельно соединенных цепей с обмотками 2, 3 тяговых электродвигателей и с обмотками 4.1, 4.2, 5,1, 5,2 электрических машин равно напряжению генератора 1. Так как напряжение генератора 1 не зависит от напряжения якорных обмоток 4,1 и 5.1 электрических машин, то их включение последовательно в цепи тяговых электродвигателей приводит к принудительному перераспределению их нагрузок. Под действием напряжения обмотки 4.1 ток в левой цепи тяговых электродвигателей уменьшается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи становится меньше на величину, равную напряжению обмотки 4.1. Таким образом, сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и достигается требуемое по условиям сцепления уменьшение тока и соответственно силы тяги электродвигате1779626 лей левой цепи, которые вращают разгруженные колесные пары.

Под действием напряжения обмотки 5.1 ток в правой цепи тяговых электродвигателей увеличивается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи становится больше на величину, равную напряжению обмотки 5.1. В результате этого сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и обеспечивается допустимое по условиям сцепления увеличение тока и соответствен но тя ги электродвигателей правой цепи, которые вращают догруженные колесные пары.

Принудительное перераспределение нагрузок тяговых электродвигателей сопровождается следующими преобразованиями энергии. Часть электрической энергии, поступающей в разгруженные тяговые двигатели (в левую цепь), двигателем с обмотками

4.1-4.3 преобразуется в механическую энергию, которая расходуется на вращение генератора с обмотками 5.1 — 5,3, Последний превращает механическую энергию в электрическую, которая поступает в цепь догружен ных тяговых двигателей (в правую цепь), Такие преобразования энергии сопровождаются ее потерями, величина которых определяется КПД электрических машин.

Поэтому в правую цепь поступает электрическая энергия, равная электрической энергии, которая обирается из левой цепи, за вычетом энергии, теряемой в обеих электрических машинах, В процессе принудительного перераспределения нагрузок тяговых электродвигателей наличие у каждой электрической машины включенных определенным образом двух обмоток возбуждения обеспечивает требуемую пропорциональность между изменениями механической нагрузки колесных пар и изменениями тяговых усилий электродвигателей. Это осуществляется следующим образом. С одной стороны, чем больше (меньше) ток генератора 1, тем больше (меньше) опрокидывающие моменты действуют на механическую часть тепловоза и тем на большую (меньшую) величину отличаются механические нагрузки на разгруженные и догруженные колесные пары, вращаемые тяговыми электродвигателями левой и правой цепи. С другой стороны, чем больше (меньше) ток генератора, тем больше (меньше) ток в цепях тяговых электродвигателей и тем на большую (меньшую) величину отличаются результирующие магнитные потоки электрических машин. Так как их якоря благодаря механической связи

10 имеют одинаковую частоту вращения, то отмеченный характер изменения результи5

55 рующих магнитных потоков повторяют ЭДС их якорных обмоток 4,1 и 5.1. Включение обмоток 4.1 и 5.1 с такими ЭДС в цепи тяговых электродвигателей, вращающих по разному нагруженные механические колесные пары, позволяет в любых рабочих режимах тепловоза обеспечить пропорциональность между их механической нагрузкой.и силой тяги, Такая пропорциональность позволяет реализовать большую силу тяги тепловоза.

Для изменения направления движения тепловоза на противоположное размыкает ранее замкнутый и замыкает ранее разомкнутый контакты 9 задатчика направления движения. После этого снимается напряжение с обмотки 6 реверсивного переключателя, которая находилась под напряжением, и подается напряжение на обмотку 6, которая раньше была без напряжения, Реверсивный переключатель размыкает одни пары и замыкает вторые пары соответствующих контактов 7.1 — 7.4 в цепях обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей и замыкает (размыкает) контакты 7.6 и 7.8 (7.5 и 7.7) в цепи обмоток 4.3 и

5.3 независимого возбуждения электрических машин. Это приводит к изменению направления тока в обмотках 4.3 и 5.3. После переключения контактов реверсивного переключателя ток в обмотках 4,3 и 5.3 имеет направление, противоположное тому, которое показано на схеме фиг. 2 стрелками.

Изменение направления тока в обмотках 3 тяговых электродвигателей позволяет изменить направление их вращения и таким образом обеспечить движение тепловоза в направлении, противоположном по отношению к прежнему направлению. Во время движения тепловоза в новом направлении остаются без изменений полярность напряжения генератора 1, напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и направление тока в их цепях (показаны на фиг. 1).

После изменения направления движения меняется характер механического нагружения колесных пар. Если до изменения направления движения тяговых двигателей левой (правой) цепи схемы фиг. 1 вращали разгруженные (догруженные) колесные пары, то при новом направлении движения тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращают догруженные (разгруженные) колесные пары.

Изменение направления тока в обмотках 4.3 и 5.3 независимого возбуждения меняет режим работы электрических машин и полярность напряжения на их якорных обмотках 4.1 и 5,1. Электрическая машина левой цепи электродвигателей переходит из

1779626 двигательного режима в генераторный режим, Полярность напряжения ее якорной обмотки 4.1 меняется на противоположную по отношению к показанной на схеме фиг.1, Результирующий магнитный поток этой ма- 5 шины становится равным разности магнитных потоков обмоток 4.3 и 4.2 за счет изменения направления тока в обмотке 4.3.

Электрическая машина правой цепи тяговых электродвигателей переходит из гене- 10 раторного режима в двигательный режим, При этом полярность напряжения ее якорной обмотки 5.1 меняется на противоположную по отношению к той, которая показана . на схеме фиг. 1. В результате изменения 15 направления тока в обмотке 5.3 результирующий магнитный поток электрической машины становится равным сумме магнитных потоков обмоток 5.2 и 5.3.

После изменения направления движе- 20 ния тепловоза и описанного изменения ре>кима работы электрических машин машина, якорная обмотка 5,1 которой находится в правой цепи разгруженных тяговых двигателей, работает как двигатель, враща- 25 ющий якорь второй машины. Эта машина работает генератором и имеет якорную обмотку 4.1 в левой цепи догруженных тяговых двигателей. Работающие в описанной последовательности электрические машины 30 снова обеспечивают необходимую для принудительного перераспределения токов передачу энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей.

Формула изобретения

Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза, содержащее реверсивный переключатель, первые контакты которого включены в цепи обмоток возбуждения соответствующих тяговых электродвигателей, а его обмотки соответственно через контакты задатчиков направления движения подключены к источнику напря>кения управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии и улучшения тяговых свойств, оно дополнительно снабжено не менее чем двумя электрическими машинами постоянного тока с механически соединенными якорями и с обмотками независимого и последовательного возбуждения, а реверсивный переключатель снабжен вторыми контактами, причем якорная обмотка одной электрической машины включена в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей разгруженных колесных пар, а якорная обмотка второй электрической машины — в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей догруженных колесных пар, цепь, образованная из последовательно соединенных обмоток независимого возбуждения электрических машин, подключена через вторые контакты реверсивного переключателя к источнику напря-. жения управления.

1779626

1779626

Составитель А. Ефремов

Техред М.Моргентал Корректор А, Мотыль

Редактор

Производственно-издательский комбинат Т! атент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 4414 Тирам< Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5