Устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Л.) 3460262/24-07)71) Ленинградский ордена Ленинститут инженеров железнодортранспорта им.акад.В.Н.Образц53) 62-83: 621. 313. 333. 077 (08(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯСКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее два переключателя фаэ, выполненных на тиристорах,соединенных по трехфазной мостовойсхеме, обратный диодный мост, выходыуказанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены междусобой и предназначены для подключенияк фазным выводам тягового электродвигателя, два импульсных регулятора,каждый иэ которых образован двумярабочими тиристорами, шунтированнымивстречно-.параллельно обратными диодами, и цепью коммутации, составленнойиз последовательно соединенных конденсатора и реактора, аноды рабочихтиристоров первого импульсного регулятора подключены к плюсовому выводуисточника питания, а их катоды, - к анодным группам тиристоров переключателей фаз, соответственно, катоды рабочих тиристоров второго импульсного регулятора подключены к минусовому выводу источника питания, а их аноды - к соответствующим катодным группам тиристоров переключателей фаз, обратный диодный мост подключен к источнику питания в непроводящем направлении, цепи коммутации конденсаторов связаны с катодной и анодной группами тиристоров одного из переключателей фаз, четыре вспомогательных тиристора, два однофазных диодных моста, нагрузку, два вспомога тельных конденсатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расши- Я рения диапазона регулирования выходных напряжения и частоты, в усуройство дополнительно введены два дополнительных коммутирующих конденса-тора, подключенных между свободными зажимами реакторов цепи коммутации и анодной и катодной группами тиристоров второго переключателя фаз, однофазные .диодные мосты зажимами переменного тока подключены к дополнительным конденсаторам, а эажи мами постоянного тока - к нагрузке, вспомогательные тиристоры соединены попарно встречно-параллельно и подключены к одному из зажимов вспомогательных конденсаторов соответствен но, образуя последовательные цепи, каждая иэ которых подсоединена параллельно одному из реакторов цепи коммутации.Изобретение относится к электротехнике, а точнее к устройствамдля регулирования скорости вращения тягового асинхронного электродвигателя и питания нетяговых потребителей, и может быть использовано на электроподвижном составе с асинхронными тяговыми электродвигателями, в качестве нетяговых потребителей могут быть использованы вентиляторы для ох. лаждения тяговых электродвигателей и преобразователя.Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового .электродвигателя, содержащее два переключателя фаз, обратный диодный 15 Мост, диагоналями связанные с фазами тягового электродвигателя, четыре импульсных регулятора напряжения, включенных между плюсом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, а также минусом источника питания и катодными группами переключателей фаз, обратНый диодный мост связан с источником Питания в непроводящем направле нии 11 .В автономных инверторах напряжения используются узлы коммутации только с независимым перезарядом коммутирующего конденсатора. В этом случае коммутирующий реактор может быть включен в цепь обратных диодов и последовательно с коммутирующим конденсатором.В первом случае отсутствует эфФект накопления энергии в узле комму-З 5 тации, но к тиристорам переключателей фаз прикладывается напряжение, превыщающее питающее в два раза, Во втором за счет накопления энергии в узлах коммутации увеличивается напряжение на коммутирующем конденсаторе, которое определяет потенциальные условия работы полупроводников и потери в контуре перезаряда.Таким образом, устройство имеет 4 неудовлетворительные массогабаритные показатели, недостаточно высокий КПД и ограниченные функциональные возможности. Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, которое содержит два переключателя фаз, обратный диодный мост, связанные, диагоналями с Фазами электродвигателя, четыре ра бочих тиристора, шунтированных встречно-параллельно обратными диодами между плюсом источника питания и анодными группами, а также между минусом источника питания и катодны ми группами тиристоров переключателей Фаэ-в проводящем направлении соответственно, коммутирующие конденсатор и реактор, соединенные последовательно, четыре вспомогательных тиристора,65 обратный диодный мост связан с источником питания в непроводящем направлении 21 .Недостатками устройства являютсянеудовлетворительные массогабаритныепоказатели, вследствии накопленияэнергии в коммутирующем устройстве,недостаточно высокий КПД и ограниченные функциональные возможности.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является устройство для регулирования скоростивращения тягового электродвигателя,содержащее два переключателя фаз,выполненных на тиристорах, соединенных по трехфаэной мостовой схеме,обратный диодный мост, выходы указанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены междусобой и предназначены для подключенияк фазным выводам тягового электродвигателя, два импульсных регулятора,каждый из которых образован двумярабочими тиристорами, шунтированныевстречно-параллельнообратными диодами; и цепью коммутации, составленнойиз последовательно соединенных конденсатора и реактора, аноды рабочихтиристоров первого импульсного регулятора подключены к плюсовому выводуисточника питания, а их катоды - канодным группам тиристоров переключателей фаз, соответственно, катодырабочих тиристоров второго импульс"ного регулятора подключены к минусовому выводу источника питания, а иханоды - к соответствующим катоднымгруппам тиристоров переключателейфаз, обратный диодный мост подключенк источнику питания вфнепроводящемнаправлении, цепи коммутации конденсаторов связаны с катодной и аноднойгруппами тиристоров одного из переключателей фаз, четыре вспомогательных тиристора, два однофазных диодных моста, нагрузку, два вспомогательных конденсатора 31 .Недостатками устройства являютсянедостаточный диапазон регулированиявыходного напряжения и частоты инеудовлетворительные массогабаритныепоказатели.Время доэаряда коммутирующего конденсатора указанного устройства определяется выражением1 в цт сс 1,где ., С - параметры узла коммутации. Амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе при дозаряде-фис максПосле разряда дополнительного конденсатора на питающую сеть, напряжение на коммутирующем конденсаторе уменьшится до величины Ч с=Ч н, )сс5 где Ц - напряжение источника питания;С - емкость дополнительногоконденсатора;3 - ток нагрузки.Следовательно, ухудшится коммутационная способность. Для предотвращения этого нежелательного явления необходимо увеличивать емкость дополнительного конденсатора, что ухудшает диапазон регулирования выходного на пряжения и частоты или увеличивает затухание в контуре разряда С на источник питания. Это требует установки трансформатора и приводит к ухудшению массогабаритных показате лей.Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выход ных напряжения и частоты эа счет уменьшения времени дозаряда комму тирующего конденсатора и улучшение массогабаритных показателей эа счет исключения трансформатора,10 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулиро- ЗО вания скорости вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз, выполненных на тиристорах, соединенных по трехфазной схеме, обратный диодный мост, выхо ды указанных переключателей фаз и обратного диодного моста соединены между собой и предназначены для под. ключения к фазным выводам тягового электродвигателя, два импульсных ре р гулятора, каждый иэ которыхобразован двумя рабочими тиристорами, шунтиро ванными встречно-,параллельно обратными диодами, и цепью коммутации, составленной из последовательно сое диненных конденсатора и реактора, аноды рабочих тиристоров первого импульсного регулятора подключены к виюсовому выводу источника питания, а их катоды - к анодным группам тиристоров переключателей фаэ,соответственно, катоды рабочих тиристоров второго импульсного регулятора подключены к минусовому выводу источника питания, а их аноды - к соответствующим катодным группам тиристо ров переключателей фаз, обратный диодный мост подключен к источнику питания в непроводящем направлении, цепи коммутации конденсаторов связаны с катодной и анодной группами ти ристоров одного из переключателей фаз четыре вспомогательных тиристора, два однофаэных диодных моста, нагрузку, два вспомогательных конденсатора, дополнительно введены два 65 дополнительных коммутирующих конден-. сатора, подключенных между свободными зажимами реакторов цепи коммутации и анодной и катодной группами тиристоров второго переключателя фаэ однофазные диодные мосты зажимами переменного тока подключены к дополнительным конденсаторам, а зажимами постоянного тока - к нагрузке, вспомогательные тиристоры соединены попарно встречно-параллельно и подклю" чены к одному из зажимов вспомогательных конденсаторов соответственно, образуя последовательные цепи, каждая из которых подсоединена параллельно одному иэ реакторов цепи коммутации.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя.Устройство для регулирования скорости вращения содержит тиристоры 1-6 переключателя 7 фаэ, тиристоры 8-13 переключателя 14 фаз, диоды 15-20 переключателя 21 фаз, тиристоры 22-25 рабочие, диоды 26-29 обратные, тиристоры 30-33 вспомогательные, конденсаторы 34 и 35 цепи коммутации, .конденсаторы 36 и 37 дополнительные коммутирующие, реакторы 38 и 39 цепи коммутации, конденсаторы 40 и 41 вспомогательные, мосты 42 и 43 диод. ные однофазные, нагрузки 44 и 45, электродвигатель 46 тяговый, источник 47 питания. Переключатели 7 и 14 фаз и обратный диодный мост 21 связаны диагона лями с фазным выводом тягового электродвигателя 46, обратный диодный мост 21 подключен к источнику 47 питания, и в непроводящем направлении. Рабочие тиристоры 22 и 23 включены между плюсом источника питания и.анодными группами переключателей 7 и 14 фаз соответственно в проводящем направлении, а рабочие тиристоры 24 и 25 включены между минусом источника питания и катодными группами переключателей 14 и 7 фаэ соответственно в проводящем направлении. Обратные диоды 26-29 включены встречно-параллельно рабочим тиристорам 22-25 соответственно, Коммутирующий конденсатор 34, реактор 38, дополнительный конденсатор 35 соединены последовательно и подключены к катодам рабочих тиристоров 22 и 23. До-, полнительные коммутирующие конденсатор 35, реактор 39, конденсатор 37 соединены последовательно и подключены к анодам рабочих тиристоров 24 и 25. Вспомогательные тиристоры 30 и 31 (32 и 33) соединены встречно-параллельно, одним из зажимов связаны с дополнительным конденсатором 40 41), Цепочки из вспомогательных тиристорови дополнительного конденсатора подключены к коммутирующим реакторам38(39) . Однофаэный диодный мост42(43) зажимами переменного тока свя.зан с дополнительным конденсатором40 (41), а зажимами постоянного токас нагрузкой 44 (45),Переключатели 7 и 14 фаэ представляют собой трехфазные инверторяыемосты и предназначены для формирования кривой выходного напряжения. Об Оратный диодный мост обеспечивает протекание реактивного и тормозного токов.Рабочие тиристоры, обратные диоды,коммутирукщие конденсаторы и реакто ры, вспомогательные тиристоры, дополнительные конденсаторы, однофазныедиодные мосты предназначены для регулирования напряжения на нагрузке,выключения тиристоров переключателей щфаз, ограничения напряжения на коммутирующем конденсаторе и питания нетнговых потребителей.Разделение- коммутирующего конденсатора на две равные части, прч пита нии от источников высокого напряженияне вызывает увеличения установленной мощности конденсаторов, но обеспечивает развязку нетягового потребителя с источником питания,Устройство работает следующим образом.Предположим, что включены тиристоры 1, 2, 3, 22 и 25 и ток протекаетот источника питания через указанныеэлементы и фазы тягового электродвиателя, Конденсаторы 34-37 заряженыполярность указана без скобок) . Чтобы обеспечить паузу в кривой выходного напряжения, необходимо отперетьтиристор 23, при этом начинается ко Олебательный,перезаряд конденсаторов34 и 36 по контуру; конденсатор 34 -реактор 38 - конденсатор 36 - диод26 - тиристор 23 - конденсатор 34,что вызывает запирание тиристора 22, 45После достижения суммарного напряжения на конденсаторах 34 и 36 величины 0) и отпирания диодов моста 21начинается их дозаряд по контуру;плюс источника 47 питания - тиристор23 - конденсатор 34 - реактор 38конденсатор 36 - тиристоры 1(3), диоды 18 (20) - минус источника 47 питания. Для прекращения процесса дозаряда необходимо подать управляющий сигнал на вспомогательный тиристор 30,ЕСли напряжение на дополнительномконденсаторе 40 имеет полярность,указанную в скобках, к тиристорам 1 и 3 приложено обратное напряжение, равное разности суммы напряжения на конденсаторах 34, 36 и 40 и питающего по контуру: минус источника 47 питания - тиристоры 28 и 25 - диоды 18 (20) - тиристоры 1 (3) - конденсатор 36 - тиристор 30 - конденсатор 40 - конденсатор 34 - диод 27 - плюс источника 47. Энергия коммутирующего реактора 38 передается дополнительному конденсатору 40 и потребителю. Таким образом, суммарное нагряжение на конденсаторах 34 и 36 стабилизируется на заранее заданном уровне (1,0 - 1,2) 0) . Для обеспечения независимости формы выходного напряжения от характера нагрузки необходимо подать управляющие сигналы на тиристоры 4 и б.Для формирования следующего импульса напряжения необходимо отпереть тиристор 24 и после перезаряда коммутирующих конденсаторов 35 и 37 по контуру; конденсатор 37 - реактор 39 - конденсатор 35 - тиристор 24 - диод 29 - конденсатор 37, что приводит к запиранию тиристоров 25 и б, подаются управляющие сигналы на тиристоры 8, 9, 10, 23, 24 и 32, что обеспечивает приложение напряжения к фазам нагрузки и за счет отбора избыточной энергии реактора 39 - стабилизации суммарного напряжения на конденсаторах 36 и 37 на уровне,(1,0-1,2) О,)Следующая пауза реализуется отпиранием тиристора 22 и после переэаряда коммутирующих конденсаторов 34 и 35 отпиранием тиристоров 11, 13 и 31.Для изменения полярности напряжения в одной из фаз, при формировании следующего импульса напряжения на нагрузке, необходимо вместо тиристоров 1, 2, 3, 22 и 25 подать управляющие сигналы на тиристоры 2, 3, 4, 22,и 25. Далее процесс повторяется, регулирование выходного напряжения осуществляется широтно-импульсным методом на несущей частоте. Таким образом, диапазон регулирования выходного напряжения практически не ограничен и может быть реализо 1 ван в пределах от нуля до наибольшего. Мощность, передаваемая нетяговым потребителем, не зависит от режима работь тяговых двигателей, поскольку на интервале окончания коммутации может быть обеспечен активный дозаряд Конденсатора.1069112 Составитель В,ТарасовРедактор Н.Бобкова Техред Т.Маточка Корректор А.По ака иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,11487/53 Тираж б 67 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушПодписноемитета СССРткрытийая наб д.4/