ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2013230

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Имя изобретателя: Зеленченко А.П.; Левитский Б.Ю.; Чудаков А.И.; Чандер О.К.; Беркович Е.И.; Звягин А.Ф. 
Имя патентообладателя: Петербургский институт инженеров железнодорожного транспорта
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1991.03.29 

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.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

функциональная блок-схема устройства для импульсного регулирования тяговым электродвигателем транспортного средства с накопителем электрической энергии в виде дросселя насыщения

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.

принципиальная схема нагрузочной цепи, состоящая из диодов и конденсаторов
функциональная блок-схема устройства с накопителем электрической энергии

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.

Версия для печати


вверх