Устройство для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока

Устройство для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 08.IV.1968 (№ 1233132/24-7) с присоединением заявки №

Приори гет

Опубликовано 04.XI.1969. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 9.IV.1970 йомнтет по делам изобретениИ и открытиИ ори Совете Министров

СССР

УДК 621.335.22(088.8) Авторы изобретения

А. П. Доценко, В. П. Дорош, Л. В. Бирзниек, И. С. Ефремов, Г. В. Косарев, О. А. Коськин и В. И. Стратий

Рижский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института вагоностроения и Московский энергетический институт

Заявители

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА п Г п -,të нач—

Известны устройства для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока, содержащие соединенные последовательно-параллельно цепи тяговых двигателей последовательного возбуждения и параллельно включенные тиристорные прерыватели с емкостной коммутацией. Причем тиристорные прерыватели работают при одинаковой и постоянной частоте и со сдвигом по фазе так, что частота пульсаций тока и напряжения на входе устройства равна сумме частот отдельных прерывателей.

Однако эти устройства имеют низкие пределы плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях, большую установленную мощность и значительное количество дополнительных элементов. Кроме того, в этих устройствах занижен к.п.д. вследствие значительных потерь энергии, затрачиваемой на емкостную коммугацию. Особенно сильно эти недостатки проявляются при высоком напряжении в контактной сети.

При работе каждого прерывателя в течение одного периода повторения возникают два нерегулируемых по длительности режима: режим гашения силового тиристора, длительность которого зависит от времени восстановления запирающей способности тиристоров, и режим подготовки конденсатора к следующему процессу гашения (режим перезаряда конденсатора прн открытом силовом тнристоре), длительность которого зависит от коэффициента перезаряда, обеспечивающего надежность работы прерь|вателя, допустимой амплитуды то«а тиристоров и др.

В течение этих неконтролируемых режимов к тяговым двигателям приложено напряжение источника питания за один период повторения процесса.

10 Так как для надежной работы устройства между этими двумя режимами необходимо иметь дополнительное время, то к тяговым двигателям в на|альный момент пуска прикладыва;от среднее напряжение, определяемое

>5 выражением где U — начальное напряжение на тяговых

20 двигателях;

U„— напряжение источника питания;

t„— время перезаряда конденсатора режима гашения;

t, — гремя перезаряда конденсатора

25 при подготовке к гашению, t дополнительное резервное время, Т вЂ” период регулирования.

Такой скачок среднего напряжения вызывает значительный неконтролируемый бросок

ЗО тока двигателей н силы тяги в начале процес255977

3 са разгона. Для предупреждения этого скачка необходимо увеличить период регулирования (снижается частота регулирования), что вызывает значительное увеличение установленной мощности 1 С-фильтра и повышение пульсации тока в тяговь!х двигателях. Кроме того, из-за «холостого перезаряда» конденсатора в режиме подготовки к процессу гашения, когда он перезаряжается по цепи, содержащей управляемые или неуправляемые диоды и индуктивные дроссели перезаряда, возникают дополнительные потери энергии.

Предлагаемая схема устройства для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока позволяет расширить пределы регулирования напряжения (скорости) двигателей, повысить к.п.д., снизить установленную мощность и количество элементов дополнительного электрооборудования и др. Это достигается тем, что параллельно каждому из силовых тиристоров прерывателя включена цепь, состоящая из последовательно включенных вспомогательных тиристоров и коммутирующего конденсатора. В силовых схемах электроподвижного состава, содержащих только последовательную цепь или жестко соединенные параллельные цепи тяговых двигателей, между отдельными тиристорными прерывателями и тяговыми двигателями включаются индуктивные дроссели, каждый из которых шунтирован вместе с двигателями диодами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, содержащего параллельные цепи тяговых двигателей, подключенные к отдельным тиристорным прерывателям; на фиг. 2 — схема устройства с жестко соединенными последовательно-параллельными цепями тяговых двигателей; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства по фиг. 1; на фиг. 4 — диаграммы, поясняющие работу устройства по фиг. 2 до перекрытия токов в силоt вых тиристорах — .. 0,5; на фиг. 5 — ro же, при перекрытии тока в силовых тиристорах — )0,5.

Устройство подключено к контактной сети через индуктивно емкостной фильтр, содержащий дроссель 1 и конденсатор 2. Параллельные цепи двигателей 8 и 4 с обмотками возбуждения 5 и б подключены через силовые тиристоры 7 и 8 соответственно, к выходу фильтра.

Параллельные цепи тяговых двигателей шунтированы диодами 9 и 10. Для гашения силовых тиристоров при импульсном регулировании напряжения на двигателях в широких пределах непосредственно к каждому силовому тиристору 7 и 8 параллельно подключены по два последовательно соединенных вспомогательных тиристора 11 и 12 и 18 и 14, а между средними точками цепей вспомогательных тиристоров включен коммутирующий конденсатор 15. Для жестко соединенных последовательно-параллельных цепей тяговые двигате35

4 ли 8, 4 подсоединены к силовым тиристорам

7 и 8 через индуктивные дроссели 1б и 17, которые обеспечивают уменьшение пульсаций тока и напряжения тяговых двигателей, амплитуды тока во вспомогательньix тирис и коммутирующем конденсаторе и выполняют роль делителя тока в силовых тиристорах 7 и

8, шунтирующих диодах 9 и 10 и делителя напряжения для тяговых двигателей. На диаграммах, поясняющих работу устройства (см. фиг. 3 — 5), обозначено:

i< — ток в дросселе 1 фильтра;

i3, i, — ток в цепи якорей тяговых двигателей 8,4; ток силОВых тиристоров 7 и 8;

4, 4, — ток шунтирующих диодов 9 и 10;

i,3 — ток коммутирующего конденсатора 15;

L1G, Lli — ток индуктивных дросселей 1б и 17;

i,„— ток на входе устройства, справа от фильтра;

Uq — напряжение на конденсаторе 2 фильтра;

U3,5 — напряжение на тяговых двигателях

8и5;

U>.- — напряжение на коммутирующем конденсаторе 15;

T — период повторения процесса;

11 — длительность открытого состояния силового тиристора;

1 — время перезаряда коммутирующего конденсатора в процессе гашения силового тиристора;

13 — длительность проводящего состояния шунтирующих диодов 9 или 10 в течение одного периода повторения.

Устройство (см. фиг, 1) работает следующим образом. В начале процесса разгона от схемы управления поступают импульсы управления одновременно на вспомогательные тиристоры 11 и 14. При этом коммутирующий конденсатор 15 заряжается по цепи элементов 11, 15, 14, 4, б до напряжения источника питания, после чего тиристоры 11 и 14 запираются. Через половину периода повторения подаются импульсы управления на вспомогательные тиристоры 12, 18, и конденсатор перезаряжается по цепи элементов 18, 15, 12, 8, 5 до напряжения источника питания с обратной полярностью. В следующий период импульсы управления поступают на тиристоры 11, 14, и процесс периодически повторяется с заданной частотой. При этом один раз за период при перезаряде конденсатора к одной цепи двигателей поступают импульсы напряжения, среднее значение которых обеспечивает минимальное напряжение на тяговых двигателях и определяется временем перезаряда конденсатора: 2

60 1нач — п

7 (2) где U начальное минимальное напряжение на тяговых двигателях;

l — время перезаряда коммутирующего конденсатора;

65 U„— напряжение источника питания, 255977

20 1макс2 !

41з,з

1.л ин—

При отсутствии внешних импульсов напряжения на двигателях ток в тяговых двигателях поддерживается за счет энергии, накопленной обмотками двигателей и замыкается по контуру 8, 5, 9 или 4, 6, 10.

Далее, схемой управления автоматически обеспечивается плавное изменение длительности t> открытого состояния силовых тиристоров 7 и 8 (см. фиг. 3), благодаря чему плавно нарастают напряжение на тяговых двигателях и соответственно ток и сила тяги по заданному оптимальному закону. Если, например, при открытом тиристоре 7 конденсатор гашения заряжен до напряжения источника питания с полярностью «+», « — », то при одновременном включении вспомогательных тиристоров 12 и 18 конденсатор перезаряжается по цепи элементов 18, 15, 12, 8, 5, а к силовому тиристору 7 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Коммутирующий конденсатор при этом подготавливается к гашению другого силового тиристора 8. Тиристор 8 гасится через половину периода после гашения тиристора 7. Затем процесс повторяется. При этом скважность регулирования

tl силовых тиристоров — можно плавно измеТ нять от нуля до единицы, Таким образом, благодаря описываемой схеме включения силовых тиристоров в предлагаемом устройстве исключаются два нерегулируемых режима (режим подготовительного «холостого» перезаряда конденсатора и дополнительное время открытого состояния силового тиристора, обеспечивающее надежность емкостной коммутации известного прерывателя), вследствие чего значительно расширяются пределы плавного регулирования напряжения, повышается к.п.д. устройства, уменьшается количество дополнительных элементов. В устройстве, изображенном на фиг. 2, процесс управления силовыми и вспомогательными тиристораыи осуществляется аналогично. Но протекание электромагнитных процессов в этом устройстве существенно отличается от первой схемы.

При включении силового тиристора 7 ток в дросселе 16 нарастает от некоторого минимального значения, обусловленного предыдущим периодом регулирования. При этом ток в дросселе 17, вызванный энергией, накопленной в индуктивности дросселя за предшествующий период, и протекающий по контуру 17, 8, 5, 10, уменьшается. При закрытом тиристоре 8 образуется индуктивный делитель напряжения из элементов 7, 16, 17, 10 с выходом в средней точке соединения дросселей, к которой подключены тяговые двигатели. Таким образом, при открытом одном силовом тиристоре

7 в течение одного периода повторения к двигателям приложен импульс напряжения, рав 1п ныи половине питающего напряжения

2 (см. фиг. 4), и ток в них медленно нарастает.

После гашения тиристора 7 в дросселях 16 и

17 поддерживаются токи за счет э.д,с. само25

6 индукции дросселей и индуктпвности двигателей, а ток в двигателях, равный сумме токов дросселей, медленно уменьшается. При этом ток двигателей распределяется по двум контурам, образованным элементами 16, 8, 5, 9 и 17, 8, 5, 10. Затем через половину периода повторения включается силовой тиристор 8, что вызывает рост тока в дросселе 17 и соответственное уменьшение тока в дросселе 16, а результирующий ток двигателей медленно увеличивается. В этом случае к двигателям прикладывается также импульс напряжения, равный половине напряжения источника питания и обусловленный делителем напряжения, образованным элементами 8, 17, 16, 9.

В следующем периоде процесс повторяется.

Необходимо подчеркнуть, что дроссели 16 и 17 могут выполнять роль такого делителя напряжения в том случае, если величина пх индуктивности будет выбрана из условия непрерывности тока в них во всем диапазоне регулирования: где L„„z — минимальная индуктивность дросселя;

U максимально допустимое напряжение в контактной сети;

1з,з — средний пусковой ток двигателей.

При увеличении коэффициента регулироваt ния (угла) - больше, чем — ) О,о, период включенного состояния тиристоров 7 и 8 начинает перекрываться (см. фиг. 5). В этот момент к двигателям прикладываются импульсы практически полного напряжения источника питания, в то время, как при одиночном включении тиристоров этп импульсы составляют только половину напряжения питания. Гаким образом, пульсации напряжения на тяговых двигателях в этой схеме составляют половину напряжения источника питания, что в дза раза меньше, чем в известных схемах. Это позволяет также наряду с мощным тиристорным регулятором скорости применять маломощный тиристорный регулятор поля 18, 19 (см. фиг. 2), что вызывает шунтирование обмотки возбуждения сопротивлением, и практически исключить из цепи двигателей дополнительную индуктивность обмоток возбуждения. В известных устройствах такая схе»а включения привела бы к недопустимым перенапряжениям на коллекторах тяговых двигателей при перезаряде коммутирующего конденсатора или других нестационарных процессах.

В обоих вариантах схем амплитуда токов в силовых и вспомогательных тиристорах, шунтирующих диодах, коммутирующем конденсаторе составляет половину результирующего тока последовательно-параллельных цепей двигателей. Пульсация тока на входе устройства составляет также половину результирующего среднего тока двигателей и изменяется

255977 с частотой в два раза большей, чем частота переключений тиристоров и коммутирующего конденсатора. Это позволяет значительно уменьшить габариты и вес входного 1 С-фильтра, снижающего пульсации тока в контактной сети до требуемых значений, обусловленных мешающими воздействиями на линии связи.

Предлагаемая схема устройства позволяет также осуществлять реостатное или рекуперативное торможение электроподвижного состава до остановки после несложного переключения в силовой схеме.

Предмет изобретения

1. Устройство для плавного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока, содержащее соединенные последовательно-параллельно тяговые двигатели постоянного тока, диоды, шунтирующие последовательно соединенные тяговые двигатели, и тиристорные прерыватели с силовыми вспомогательными тиристорами и коммутирующим конденсатором, отличающееся тем, что, с целью расширения пределов регулирования, снижения установленной мощности оборудования и повышения к.п.д., параллельно каждому из силовых тиристоров прерывателя включена цепь, состоящая из последовательно включенных вспомогательных тиристоров, между средними точками которых включен указанный коммутирующий конденсатор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено индуктивными дросселями, включенными между тиристорными прерывателями и группой тяговых двигателей.

255977

Составитель В. Попова

Редактор Т. И. Гребенник Техред Л. В. Куклина Корректоры: Л. Корогод и В. Петрова

Заказ 656119 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений к открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4,5

Типография, пр. Сапунова, 2