Устройство для регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей

 

11 56498 3

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

h (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27,06.75 (21) 2148994/11 с присоединением заявки № (23) Г1рноритет

Опубликовано 15,07.77. Бюллетень № 26

Дата опубликования о|писания 05.07.77 (51) М. Кл В 60 L 15/04//

Н 02Р 7/Об

Государственный камите

Совета Мииистраа СССР па делам изабретеиий и открытий (53) УДК 621.335.22 (088.8) (72) Автор изобретения Л. Г. Кощеев (71) Заявитель Уральское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ВОЗБУ)КДЕНИЯ

ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к области тягового электрооборудования электроподвижного состава с тяговыми электродвигателями постоянного тока.

Известны устройства для регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей последовательного возбуждения, содержащие подключенные параллельно обмоткам возбуждения тиристоры с элементами гашения тока в них (1). При этом все обмотки возбуждения тяговых электродвигателей соединяются последовательно, а обмотки якорей могут быть соединены параллельно или последовательно-параллельно (2).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей, содержащее подключенные параллельно обмоткам возбуждения встречные тиристоры и активно-емкостную цепь, а также релаксаторный генератор управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющему электроду одного из вышеуказанных тиристоров, включенного по направлению протекания тока тяговых электродвигателей (3).

Недостатком известного устройства является зависимость тока возбуждения от тока якоря тягового электродвигателя.

Цель изобретения — улучшить тяговые характеристики устройства.

Достигается цель тем, что устройство снабжено подключенной параллельно обмоткам возбуждения колебательной индуктивно-емкостной цепью и трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно с активно-емкостной цепью, а вторичная подключена к управляющему электроду другого из вышеуказанных тиристоров, включенного против направления протекания

10 тока тяговых электродвигателей, вход релаксаторного генератора управляющих импульсов подключен через зарядный резистор к выводам обмоток возбуждения.

Для форсировки тока возбуждения при ко15 лебаниях питающего тяговыЕ электродвигатели напряжения устройство может быть снабжено подключенным к источнику питающего напряжения трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель и динистор

20 подключена ко входу релаксаторного генератора управляющих импульсов.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2— временные диаграммы напряжения и токов

25 основных элементов устройства; на фиг. 3 приведены зависимости тока возбуждения I, от тока якоря 1„тяговых электродвигателей в установившемся режиме; на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема устройства

30 при последовательно-параллельном соединении тяговых электродвигателей, 564983

Устройство содержит встречные тиристоры

1 и 2, колебательную индуктивно-емкостную цепь, образованную конденсатором 3 и дросселем 4, релаксаторный генератор 5 управляющих импульсов, зарядный резистор 6, динистор 7 и выпрямитель 8. Устройство соединено с обмотками возбуждения 9 и 10, тяговых электродвигателей 11 и 12. Обмотки возбуждения соединены последовательно с обмотками якорей тяговых электродвигателей. Устройство содержит трансформатор 13 тока, резистор 14, конденсатор 15, добавочный резистор

16, согласующий трансформатор 17 и нагрузочный резистор 18.

Выход релаксаторного генератора 5 управляющих импульсов подключен к управляющему электроду тиристора 1, включенного по направлению протекания тока тяговых электродвигателей, Активно-емкостная цепь образована резистором 14 и конденсатором 15. Первичная обмотка трансформатора 13 включена последовательно с активно-емкостной цепью 14 и 15, а вторичная обмотка подключена к управляющему электроду тиристора 2, включенного против направления протекания тока тяговых электродвигателей.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии через обмотки возбуждения протекает полный ток якоря и сохраняется обычный режим последовательного возбуждения тяговых электродвигателей.

При увеличении тока тяговых электродвигателей настолько, что падение напряжения на обмотках возбуждения становится достаточным для срабатывания генератора 5, происходит включение тиристора 1.

Как следует из диаграмм фиг. 2, в момент времени 1 напряжение U на тиристорах и напряжение Ур на конденсаторе генератора 5 становится равным напряжению срабатывания релаксатора и на выходе генератора 5 появляется импульс тока i». Этот импульс тока поступает на управляющий электрод тиристора 1. Включение тиристора 1 приводит к закорачиванию обмоток возбуждения. При этом через тиристор 1 будет протекать ток 4, величина которого определяется током тяговых электродвигателей и параметрами колебательной индуктивно-емкостной цепи 3 и 4. Благодаря колебательному контуру ток 4 в цепи тиристоров имеет форму, близкую к синусоидальной. При такой форме тока i, в момент времени 4 ток становится равным нулю и тиристор 1 выключается.

При включении тиристора 1 появляется импульс тока в цепи управляющего электрода тиристора 2. С этой целью цепь управляющего электрода соединена через трансформатор

13 тока и активно-емкостную цепь, содержащую резистор 14 и конденсатор 15, с анодом тиристора 2. Его включение обеспечивает протекание обратной полуволны тока колебательной индуктивно-емкостной цепи 3 и 4. При этом обмотки возбуждения остаются закороченными, а ток тяговых электродвигателей

25 зо

4 протекает через тиристор 2. В момент времени tq ток i, снова становится равным нулю и тиристор 2 выключается. В этот момент времени происходит восстановление напряжения

U на тнристорах и ток тяговых электродвигателей протекает через обмотки возбуждеHHSI.

В момент времени 1, напряжение Up на конденсаторе генератора 5 снова увеличивается до значения, равного напряжению срабатывания релаксатора, что обеспечивает формирование импульса тока i» и включение тиристора 1. При этом электромагнитные процессы повторяются.

Периодическое закорачивание тиристорами

1 и 2 обмоток возбуждения тяговых электродвигателей обеспечивает уменьшение тока возбуждения i, в установившемся режиме по отношению к току тяговых электродвигателей.

Среднее значение мощности на входе описываемого устройства в установившемся режиме работы равно мощности, рассеиваемой в его элементах.

Параметры колебательной индуктивно-емкостной цепи 3 и 4 и генератора 5 выбраны таким образом, что практически исключена зависимость напряжения на обмотках возбуждения от максимального напряжения на колебательной индуктивно-емкостной цепи 3 и 4 и, следовательно, от тока тяговых электродвигателей, Например, изменение тока нагрузки тяговых электродвигателей в три раза может привести к изменению напряжения на обмотках возбуждения только на 20 . При этом снижение тока тяговых электродвигателей вызывает уменьшение тока в обмотках возбуждения.

В случае скачкообразного изменения напряжения источника питания происходит резкое изменение тока в цепи резистора 16 и первичной обмотки трансформатора 17. На вторичной обмотке трансформатора 17 наводится э, д. с., которая через выпрямитель 8 подается в цепь нагрузочного резистора 18 и катода динистора 7, что вызывает включение последнего и шунтирование цепи заряда релаксатора генератора 5. Прекращается формирование импульсов тока управления тиристором 1 и происходит форсированное изменение тока возбуждения, обусловленное протеканием всего тока якоря через обмотки возбуждения.

После окончания переходного процесса при скачкообразном изменении напряжения источника питания динистор 7 выключается и восстанавливается нормальная работа генератора 5. Поскольку сигнал при возникновении скачкообразного изменения напряжения тяговых электродвигателей подается в цепь динистора 7 через выпрямитель 8, то формирование импульсов управления релаксаторным генератором 5 прекращается при любом знаке изменения питающего тяговые электродвигатели напряжения.

Наличие конденсатора 3 в колебательной индуктивно-емкостной цепи приводит к за564983

15 держке нарастания напряжения на обмотках возбуждения. Однако время задержки пренебрежимо мало и наличие конденсатора 3 в колебательной цепи не оказывает заметного влияния на характер переходных процессов при колебаниях напряжения источника питания.

Эффективность работы предлагаемого устройства проверена экспериментально на опытном образце, изготовленном применительно к электровозу ВЛ10. Опытный образец выполнен на тиристорах ТЛ 2008 класса. Для обеспечения работы при токе 500 А три тиристора соединены параллельно. Колебательная индуктивно-емкостная цепь имеет емкость

400 мкФ и индуктивность 25 мкГ. Как следует из графиков фиг. 3, изменение тока в общей цепи с 200 до 700 А приводит к увеличению тока в цепи обмоток возбуждения только с 200 до 205 А. Таким образом, описываемое устройство практически исключает зависимость тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей от тока якоря при последовательном включении их в цепь якоря и позволяет осуществить независимое возбуждение.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства вытекает из сопоставления с системой независимого возбуждения тяговых электродвигателей электровоза ВЛ 10, выполненной с использованием тиристорного возбудителя. Необходимость форсировки изменения тока в обмотках возбуждения при такой системе возбуждения обусловливает увеличение максимальной мощности возбудителя до 500 кВт при номинальной мощности, потребляемой обмотками главных полюсов, 63 кВт.

Мощность предлагаемого устройства имеет максимальное значение при небольшом ослаблении поля и для электровоза ВЛ10 составляет 36 кВт. Масса и стоимость силового оборудования описываемого устройства соответственно в 9 и 3,15 раза меньше массы и стоимости оборудования тиристорного возбудителя.

Устройство может быть использовано для обеспечения независимого возбуждения электровозов постоянного тока с последовательнопараллельным соединением тяговых электродвигателей.

На фиг. 4 приведена принципиальная электрическая схема системы независимого возбуждения тяговых электродвигателей электровоза постоянного тока при последовательнопараллельном соединении обмоток якоря и шунтировкой обмоток возбуждения описываемым устройством. В этом случае описанные выше устройства j и П подключены парал20

".eëbHo обмоткам возбуждения 9, 10 и 9ь

10ь включенным последовательно в общую цепь тяговых электродвигателей 11, 12 и 11ь 12ь Релаксаторные генераторы управляющих импульсов указанных устройств через выпрямители 8, 8ь трансформатор 17 и резистор 16 подключены к источнику питания. Кроме этого, они имеют небольшую отрицательную обратную связь по току тяговых электродвигателей отдельно для каждой ветви через датчики 19 и 20 тока.

Включение обмоток возбуждения 9, 10 и 9ь

10> в общую цепь тяговых электродвигателей позволило создать ток возбуждения, больший тока якоря даже при максимальном ослаблении поля.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования тока возбуждения тяговых электродвигателей, содержащее подключенные параллельно обмоткам возбуждения встречные тиристоры и активноемкостную цепь, а также релаксаторный генератор управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющему электроду одного из вышеуказанных тиристоров, включенного по направлению протекания тока тяговых электродвигателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения тяговых характеристик, оно снабжено подключенной параллельно обмоткам возбуждения колебательной индуктивно-емкостной цепью и трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно с активно-емкостной цепью, а вторичная подключена к управляющему электроду другого из вышеуказанных тиристоров, включенного против направления протекания тока тяговых электродвигателей, вход релаксаторного генератора управляющих импульсов подключен через зарядный резистоо к выводам обмоток возбуждения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью форсировки тока возбуждения при колебаниях питающего тяговые электродвигатели напряжения, оно снабжено подключенным к источнику питающего напряжения трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель и динистор подключена ко входу релаксаторного генератора управляющих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2151747, кл. Н 02Р

7/00, 1973.

2. Патент Англии № 1061850, кл. Н 2J, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР № 415180, кл. В 60L 7/16 1972