Устройство для импульсного регулирования скорости тягового электродвигателя транспортного средства

 

Использование: в электрическом подвижном составе с тяговыми электродвигателями постоянного тока. Сущность изобретения: в устройство, содержащее главный тиристор, датчик тока, коммутирующие конденсатор и дроссель, два вспомогательных диода, перезарядный тиристор, два формирователя импульсов, блок сравнения, задатчик тока, широтно-импульсный модулятор, генератор импульсов, введены два узла накопления и трансформации электрической энергии, два блока питания и две системы оптической связи. Устройство работает в режиме широтно-импульсной модуляции при постоянной частоте регулирования. Коэффициент заполнения по мере разгона электродвигателя увеличивается благодаря смещению управляющего сигнала главного тиристора по отношению к управляющему сигналу перезарядного тиристора. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам регулирования скорости тяговых электродвигателей постоянного тока транспортного средства. Оно может быть использовано на электрическом подвижном составе с тяговыми электродвигателями постоянного тока.

Известно устройство для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства [1] , содержащее главный, перезарядный коммутирующий и амплитудный тиристоры со своими формирователями импульсов и с системой управления. Недостатки этого устройства- сложность и ухудшенные массо-габаритные показатели, а также низкая надежность.

Наиболее лучшим по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства [2] , содержащее главный тиристор, включенный последовательно с датчиком тока в цепь связи якоря и обмотки возбуждения тягового электродвигателя с токоприемником, коммутирующие конденсатор и дроссель, включенные последовательно между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, соединенного вторым электродом с выводом присоединения главного тиристора к тяговому электродвигателю, второй вспомогательный диод, включенный между выводом присоединения и токоприемником встречно-параллельно главному тиристору, перезарядный тиристор, включенный в цепь между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, первый и второй формирователи импульсов, выходы которых соединены с цепями управляющих электродов соответственно главного и перезарядного тиристоров, блок сравнения, входы которого подключены к выходам датчика и задатчика тока, а выход - к первому входу широтно-импульсного модулятора, соединенного вторым входом с выходной цепью генератора импульсов.

Недостатки этого устройства - низкие помехоустойчивость и надежность из-за наличия гальванической связи между системой управления и силовой частью тиристорно-импульсного преобразователя. Эта цель осуществляется по проводам каналов управления формирователями импульсов и по проводам питания этих же элементов.

Цель изобретения - повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее главный тиристор, включенный последовательно с датчиком тока в цепь связи якоря и обмотки возбуждения тягового электродвигателя с токоприемником, коммутирующие конденсатор и дроссель, включенные последовательно между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, соединенного вторым электродом с выводом присоединения главного тиристора к тяговому электродвигателю, второй вспомогательный диод, включенный между упомянутым выводом присоединения и токоприемником встречно-параллельно главному тиристору, перезарядный тиристор, включенный в цепь между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, первый и второй формирователи импульсов, выходы которых соединены с цепями управляющих электродов соответственного главного и перезарядного тиристоров, блок сравнения, входы которого подключены к выходам датчика и задатчика тока, а выход - к первому входу широтно-импульсного модулятора, соединенного вторым входом с выходной цепью генератора импульсов, введены дополнительно два узла накопления и трансформации электрической энергии, два блока питания и две системы оптической связи. Узлы накопления и трансформации электрической энергии включены последовательно или параллельно соответственно с главным и перезарядным тиристорами, входы блоков питания соединены с выходами соответствующих узлов накопления и трансформации электрической энергии, а выходы - с первыми входами соответствующих формирователей импульсов. Первая система оптической связи включена между выходом широтно-импульсного модулятора и вторым входом первого формирователя импульсов, а вторая система оптической связи - между выходом генератора импульсов и вторым входом второго формирователя импульсов.

Устройство может быть выполнено также так, что каждый узел накопления и трансформации электрической энергии выполнен в виде дросселя насыщения, включенного последовательно с соответствующим тиристором и снабженного дополнительной обмоткой, являющейся выходом узла.

Устройство может быть выполнено также так, что каждый узел накопления и трансформации электрической энергии выполнен в виде цепи, включенной параллельно соответствующему тиристору и состоящей из последовательно включенных накопительного конденсатора, токоограничивающего резистора и трансформатора с вторичной обмоткой, являющейся выходом узла.

Устройство может быть выполнено также так, что каждый блок питания содержит подключенную к выходу соответствующего узла накопления и трансформации электрической энергии нагрузочную цепь из соединенных последовательно с чередованием первого, второго и третьего конденсаторов, первого, второго и третьего диодов, пятый, шестой, седьмой и восьмой диоды, каждый из которых включен встречно-параллельно одной из пар смежных конденсатора и диода из упомянутых нагрузочной цепи, исключая третий диод. Выходные выводы данного блока соединены с крайними в нагрузочной цепи обкладками первого и третьего конденсаторов.

Устройство может быть выполнено также так, что каждый формирователь импульсов состоит из последовательно включенных тиристора, зашунтированного конденсатором дросселя и импульсного трансформатора со вторичной обмоткой, являющейся выходом формирователя.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства с накопителем электрической энергии в виде дросселя насыщения; на фиг. 2 - принципиальная схема нагрузочной цепи, состоящая из диодов и конденсаторов; на фиг. 3 - функциональная блок-схема устройства с накопителем электрической энергии, представляющем собой цепь, состоящую из конденсатора, резистора и трансформатора, подключенную параллельно тиристору.

Устройство для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства с обмоткой 1 якоря и обмоткой 2 возбуждения содержит тиристорно-импульсный преобразователь с главным тиристором 3, перезарядным тиристором 4, дросселями насыщения 5 и 6, диодами 7, 8 и 9, коммутирующими конденсатором 10 и дросселем 11, задатчиком тока 12, командоаппаратом 13, датчиком тока 14, устройство сравнения 15, входы которого подключены к выходу датчика 14 и выходу задатчика тока 12, выход - к выходу широтно-импульсного модулятора 16, к выходу которого подключен задающий генератор 17, к выходам 16 и 17 подключены также оптические передатчики 18 и 19, которые посредством оптических кабелей подключены к оптическим приемникам 20 и 21, а выходы приемников 20 и 21 подключены к входам формирователей импульсов силовыми тиристорами 22 и 23, а вторые входы блоков 22 и 23 - к выходам блоков питания 24 и 25.

Каждый блок питания содержит подключенную к выходу соответствующего узла накопления и трансформации электрической энергии нагрузочную цепь, состоящую из диодов 26, 27 и 28 и конденсаторов 29, 30 и 31. Между анодами диодов 26 и 28 включена цепь из диодов 32 и 33. Между конденсатором 29 катодом диода 27 включена цепь диодов 34 и 35. Между катодами диодов 28 и 34 включен формирователь импульсов 22, содержащий тиристор 36, индуктивность 37, емкость 38, импульсный трансформатор 39, аналогична конструкция формирователя импульсов 23.

Устройство работает следующим образом. Коммутирующий конденсатор 10 предварительно заряжен от источника питания. Импульсы из генератора 17, задающего частоту коммутации тока двигателя поступают в оптический передатчик 18, где с помощью светоизлучающего диода превращаются в оптические сигналы и по волоконно-оптическому кабелю поступают в приемник оптического сигнала 21, где с помощью фотодиода производится обратное преобразование оптического сигнала в электрический сигнал, который поступает в блок 22, где формируется управляющий сигнал на отпирание тиристора 4. При отпирании тиристора 4 на выходной обмотке дросселя насыщения 6 формируется импульс, энергия которого служит для питания формирователя импульсов управления главного тиристора 3. С помощью блоков 12, 13, 15 и 16 формируется управляющий сигнал в оптический передатчик 19, в котором с помощью светоизлучающего диода происходит преобразование электрического импульcа в оптический сигнал, который по волоконно-оптическому кабелю поступает в оптический приемник 20, где с помощью фотодиода происходит обратное преобразование оптического сигнала в формирователь импульсов 23, который формирует импульс управления на тиристор 3. При отпирании тиристора 3 на вторичной обмотке дросселя насыщения 5, появляется импульс напряжения, энергия которого используется для питания формирователя импульсов тиристора 4. Таким образом, осуществляется полная гальваническая развязка между силовым блоком тиристорно-импульсного преобразователя и его системой управления, что делает невозможным наведение ложных сигналов в каналах управления силовыми тиристорами.

Система работает в режиме широтно-импульсной модуляции при постоянной частоте регулирования. Увеличение коэффициента заполнения по мере разгона электродвигателя осуществляется благодаря смещению управляющего сигнала тиристора 3 по отношению к управляющему сигналу тиристора 4.

Нагрузочная цепь блока питания 29, 26, 30, 27, 31 и 28 служит для деления напряжения выходного импульса дросселя насыщения. Диодные цепи 32, 33 и 35, 34 служат для параллельного включения конденсаторов 29, 39 и 31 при отпирании тиристора 36.

Цепь 37 и 38 позволяет формировать форсирующую часть импульса управления. Импульсный трансформатор 39 содержит для связи с управляющей цепью силового тиристора.

Устройство (фиг. 3) для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства с обмоткой 40 якоря и обмоткой 41 возбуждения содержит тиристорно-импульсный преобразователь с главным тиристором 43, диодами 44, 45 и 46, защитными резисторами 47, 48, 49 и 50 и защитными конденсаторами 51, 52, 53 и 54, трансформаторами 55 и 56, коммутирующими конденсатором 57 и дросселем 58, задатчик тока 59, командоаппарат 60, датчик тока 61, блок сравнения 62, входы которого подключены к выходам датчика и задатчика тока, а выходы к входу широтно-импульсного модулятора 63, к выходу которого подключен задающий генератор 64, к выходам элементов 63 и 64 подключен также оптический передатчик 66, который посредством оптических кабелей подключен к оптическим приемникам 67 и 68, а выходы приемников 67 и 68 - к входам формирователей импульсов силовыми тиристорами 69 и 70, а блоки 69 и 70 включены на выходы блоков питания 71, 72.

Устройство работает аналогично устройству, изображенному на фиг. 2.

При отпирании тиристоров 42 и 43 происходит разряд конденсаторов 51 и 52, при этом на вторичных обмотках трансформаторов импульсов 55 и 56 появляется импульс напряжения, энергия которого используется для питания формирователей импульсов 69 и 70.

Схемотехническое решение также обеспечивает полную гальваническую развязку между силовым блоком тиристорно-импульсного преобразователя и системой управления.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее главный тиристор, включенный последовательно с датчиком тока в цепь связи якоря, и обмотки возбуждения тягового электродвигателя с токоприемником, коммутирующие конденсатор и дроссель, включенные последовательно между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, соединенного вторым электродом с выводом присоединения главного тиристора к тяговому электродвигателю, второй вспомогательный диод, включенный между упомянутым выводом присоединения и токоприемником встречно параллельно главному тиристору, перезарядный тиристор, включенный в цепь между токоприемником и первым электродом первого вспомогательного диода, первый и второй формирователь импульсов, выходы которых соединены с цепями управляющих электродов соответственно главного и перезарядного тиристоров, блок сравнения, входы которого подключены к выходам датчика и задатчика тока, а выход к первому входу широтно-импульсного модулятора, соединенного вторым входом с выходной цепью генератора импульсов, отличающееся тем, что в него введены два узла накопления и трансформации электрической энергии, два блока питания и две системы оптической связи, причем узлы накопления и трансформации электрической энергии включены последовательно или параллельно соответственно с главным и перезарядным тиристорами, входы блоков питания соединены с выходами соответствующих узлов накопления и трансформации электрической энергии, а выходы - с первыми входами соответствующих формирователей импульсов, первая система оптической связи включена между выходами широтно-импульсного модулятора и вторым входом первого формирователя импульсов, а вторая система оптической связи - между выходом генератора импульсов и вторым входом второго формирователя импульсов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый узел накопления и трансформации электрической энергии выполнен в виде дросселя насыщения, включенного последовательно с соответствующим тиристором и снабженного дополнительной обмоткой, являющейся выходом узла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый узел накопления и трансформации электрической энергии выполнен в виде цепи, включенной параллельно соответствующему тиристору и состоящей из последовательно включенных накопительного конденсатора, токоограничивающего резистора и трансформатора с вторичной обмоткой, являющийся выходом узла.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок питания содержит подключенную к выходу соответствующего узла накопления и трансформации электрической энергии нагрузочную цепь из соединенных последовательно с чередованием первого, второго и третьего конденсаторов, первого и третьего диодов, пятый - восьмой диоды, каждый из которых включен встречно параллельно одной из пар смежных конденсатора и диода из упомянутой нагрузочной цепи, исключая третий диод, при этом выходные выводы блока соединены с крайними в нагрузочной цепи обкладками первого и третьего конденсаторов.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый формирователь импульсов состоит из последовательно включенных тиристора, зашунтированного конденсатором дросселя и импульсного трансформатора с вторичной обмоткой, являющейся выходом формирователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3