Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя

 

Предлагаемое устройство относится к области тягового электропривода и может быть использовано на электротранспортных средствах с асинхронными тяговыми двигателями. Устройство позволяет повысить КПД за счет улучшения формы кривой выходного напряжения. Устройство содержит импульсные преобразователи, включенные в проводящем направлении между полюсами источника питания и переключателями фаз, состоящих из тиристоров. Образованный диодный мост, состоящий из диодов, включен между входами первых импульсов регуляторов и выходами вторых регуляторов. Между средней точкой источника питания и выходами первых регуляторов и входами вторых регуляторов включены последовательно соединенные ключевой управляемый элемент и тиристоры. Диагонали переключателей фаз, обратного диодного моста объединены и подключены к фазам асинхронного двигателя. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электрического транспорта и может быть использовано для регулирования частоты вращения асинхронных тяговых электродвигателей (АТД) при питании их от сети постоянного напряжения.

Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 985918, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 18.06.81, опубликованное 30.12.82, БИ N 48, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, связанные диагоналями с фазами тягового электродвигателя, четыре ключевых элемента, два из которых включены между положительным полюсом источника питания и анодными группами тиристоров, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и отрицательным полюсом источника питания, конденсаторы и реакторы для выключения этих четырех элементов, каждый из которых шунтирован в обратном направлении диодами, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и тиристора, причем катоды тиристоров подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора, а свободные зажимы реакторов - к анодной группе диодов обратного моста, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания.

Недостатком данного устройства является невозможность улучшения формы кривой выходного напряжения. Известно также устройство для регулирования скорости тягового электродвигателя, а.с. 771841, СССР, кл. H 02 P 7/62, заявленное 13.07.79, опубликованное 15.10.80, БИ N 38, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, диагонали которых связаны с фазами асинхронного тягового электродвигателя, четыре тиристора, шунтированных в обратном направлении диодами, причем два тиристора включены в проводящем направлении между положительным полюсом источника и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и минусовым полюсом источника питания, коммутационный узел, состоящий из однофазного тиристорного моста, в диагонали которого находятся последовательно соединенные конденсатор и реактор, включенного в проводящем направлении между положительным и отрицательным полюсами источника питания, четыре тиристора, два из которых катодами соединены с анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - анодами с катодными группами переключателей фаз, свободные электроды этих тиристоров подключены к точке соединения двух последовательно соединенных тиристоров коммутационного моста. Недостаток данного устройства состоит в том, что параметры общего узла коммутации должны выбираться с учетом повышенной по отношению к выходной частоте переключения тиристоров и перезаряда коммутирующего конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 813654, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 22.06.79, опубликованное 15.03.81, БИ N 10 (прототип). Устройство содержит два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенные по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз. В качестве импульсных регуляторов могут быть использованы преобразователи на основе полностью управляемых ключевых элементов или на однооперационных тиристорах с устройствами принудительной для них коммутации.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является невозможность улучшить форму кривой выходного напряжения, что необходимо для уменьшения амплитуд высших гармонических составляющих.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, повышение КПД за счет приближающейся к синусоидальной форме выходного напряжения.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз, дополнительно введены четыре тиристора, два из которых катодами и два анодами подключены к анодным и катодным группам тиристоров переключателей фаз соответственно, два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, общая точка которых подключена к средней точке источника питания, а катод одного и анод другого элемента подключены к точкам соединения анодов и катодов дополнительных тиристоров соответственно.

Каждый управляемый ключевой элемент, отпираемый одновременно с одним из двух импульсных регуляторов и одним из двух дополнительных тиристоров и соответствующих тиристоров одного из переключателей фаз, формирует на фазах двигателя импульс напряжения с амплитудами в два раза меньшими, чем в устройстве, принятом за прототип.

Новым по сравнению с прототипом является подключение к выходам и входам импульсных регуляторов, катодов и анодов тиристоров соответственно и двух управляемых ключевых элементов, включенных между средней точкой источника питания и точками соединения анодов и катодов указанных тиристоров, поэтому данное техническое решение обладает новизной. Введение дополнительных тиристоров и управляемых ключевых элементов позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения, повысить плавность регулирования тягового электродвигателя и снизить потери в нем.

Авторам не известно техническое решение с подобными отличительными признаками, что соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, которое содержит тиристоров 1, -6,7-12 и диоды 13-18, собранные в анодные и катодные группы переключателей фаз 19, 20 и обратного диодного моста 21, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания 22. Между плюсовым и минусовым зажимами источника питания 22 и анодными и катодными группами тиристоров переключателей фаз 19, 20 включены в проводящем направлении импульсные регуляторы 23, 24 и 25, 26 соответственно. К выходам регуляторов 23, 24 подключены катоды тиристоров 27, 28, аноды которых соединены с катодом управляемого ключевого элемента 29, анодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К входам регуляторов 25, 26 подключены аноды тиристоров 30, 31, катоды которых подключены к аноду управляемого ключевого элемента 32, катодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К точкам соединения диагоналей переключателей фаз 19, 20 и диодного моста 21 подключены фазы тягового электродвигателя 33. Переключатели фаз 19, 20 предназначены для формирования кривой выходного напряжения. Обратный диодный мост 21 обеспечивает протекание реактивного и тормозного токов. Импульсные регуляторы 23-26 и управляемые ключевые элементы 29, 32 обеспечивают регулирование напряжения на зажимах тягового электродвигателя 33 и выключение тиристоров переключателей фаз 19, 20. Тиристоры 27, 28 и 30, 31, отпираемые поочередно и одновременно с управляемыми ключевыми элементами 29, 32 соответственно, предназначены для синхронизации работы импульсных регуляторов 23, 26, переключателей фаз 19, 20 и управляемых ключевых элементов 29, 32, в качестве которых могут быть использованы двухоперационные тиристоры или транзисторы.

Устройство работает следующим образом. Отпираются, например, регулятор 23, тиристоры 1, 2, 3, 31 и ключевой управляемый элемент 32. Ток протекает от плюса источника питания 22 через указанные элементы и фазы электродвигателя 33 к средней точке источника 22. К фазе, например, приложен импульс напряжения амплитудой U/6 (U-напряжение источника питания 22). Пауза в кривой выходного напряжения формируется при выключении элемента 32, что приводит к запиранию тиристоров 2, 31, после чего ток фаз через диод 17, регулятор 23 и тиристоры 2, 3 переключателя фаз 19. Для формирования импульса той же полярности выключается регулятор 23 и включаются управляемый элемент 29, тиристор 27, тиристоры 7, 8, 9 переключателя фаз 20, регулятор 26. Следующая пауза формируется при выключении управляемого элемента 29, тиристора 27 и тиристоров 7, 9 переключателя фаз 20.

Для изменения направления тока в фазах после выключения управляемого элемента 32 необходимо выключить регулятор 23 и включить регулятор 24, тиристоры 8, 9, 10 переключателя фаз 20, тиристор 30, управляемый элемент 32. К фазе B будет приложено напряжение U/3. Для увеличения амплитуды напряжения на нагрузке следует выключить элемент 32, импульсный регулятор 24, включить регуляторы 23, 25, тиристоры 2, 3, 4 переключателя фаз 19. Напряжение на фазе B двигателя 33 возрастет до величины 2/3 U. Затем фазы давления подключаются к средней точке источника питания 22 с помощью управляемых элементов 29 и 32, что приводит к снижению амплитуд импульсов напряжения до значений U/3 и U/6.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить энергетические характеристики тягового электродвигателя, так как форма кривой выходного напряжения в большей степени приближается к синусоидальной из-за переключений тиристоров через тридцать электрических градусов, что совместно с независимостью выходного напряжения от характера нагрузки уменьшает пульсации электромагнитного момента, вызванные вращающимся и колебательными моментами, обусловленными высшими гармоническими составляющими в кривой выходного напряжения и их взаимодействием с основной гармоникой.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, включенных по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены четыре тиристора, два из которых катодами и два анодами подключены к анодным и катодным группам тиристоров переключателей фаз соответственно, два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, общая точка которых подключена к средней точке источника питания, а катод одного и анод другого элемента подключены к точкам соединения анодов и катодов дополнительных тиристоров соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1