Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 60 1 11/02 ИСАНИ РЕ Е ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКО транспорту и распределе- родвигателей ше ие эконония тяговых овал с г.2 - с ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта(56) Авторское свидетельство СССРМ 1568416, кл. В 60 1 11/02, 1990,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯНАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗА(57) Использование: тепловозы с электропередачей. Сущность изобретения: определенную часть электрической энергии,которая поступает в тяговые двигатели разгруженных колесных пар, преобразуют сначала в механическую энергию, затемполучают из нее электрическую энергию, которую передают в тяговые электродвигатели догруженных колесных пар. Такоепреобразование электрической энергииосуществляется при помощи двух электрических машин пос оянного тока. Эти машины имеют механические соединенные Изобретение относится кжет быть использовано дляя нагрузок тяговых электпловоза с электропередачейЦель изобретения - павыи электроэнергии и улучше На фиг. 1 представленапредлагаемого устройства; него управления,1779626 А якоря, обмотки последовательного возбуждения и независимого возбуждения. Якорная обмотка одной (другой) машины включена в цепь разгруженных (догруженных) электродвигателей, которая работает в двигательном (генераторном) режиме. Напряжение якорной обмотки машины, работающей в двигательном (генераторном) режиме, направлено согласно (встречно) напряжению якорных обмоток тяговых электродвигателей. Обмоки независимого возбуждения обеих машин подключены через дополнительные контакты реверсивного переключателя транспортного средства к его источнику напряжения управления, Такое включение обмоток независимого возбуждения позволяет менять режим работы (двигательный, генераторный) дополнительных электрических маши.при изменении направления движения транспортного средства и, таким образом, обеспечивать при лобом направлении его движения передачу электрической энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей, 2 ил. Устройство состоит из генератора 1 тока постоянного напряжения, последовательно с которым включены группы тяговых элетродв гателей с якорны и обмотками 2 и обмотками 3 возбуждения, якор;ые обмотки 4.1, 5.1 и обмотки 4.2, 5,2 последовательного возбуждения злсктрических машин посто:ного тока (фиг, 1), которые имеот г-:ще обмотки 4.3 и 5,3 не авис;мого возбуждения (фиг. 2), Устройство имеет ре77962610 25 30 40 50 55 версивный переключатель с обмотками 6 и контактами 7.1-7,8. Первые контакты 7,1- 7.4 реверсивного перекл ачателя включены в цепи обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей. Через вторые контакты 7,5- 7.8 реверсивного переключателя цепь, образованная из обмоток 4,3 и 5,3 независимого возбуждения электрических машин, подклочена к выводам 8. К этим же выводам подключены обмотки б реверсивного переключателя через контакты 9 задатчика направления движения тепловоза и источник напряжения управления (на фиг. не показано). Якоря электрических машин имеют механическую связь 10. Одноименные выводы обмоток возбуждения электрических машин иа схемах отмечены точками.Тяговые электродвигатели, которые принадлежат к одной группе и соединены последовательно, вращают колесные пары с Ьдинаковым характером механического агружения. Злектродвигатели одной группы вращают разгруженные колесные пары, отарой - рогруженные. При изменении направления движения тепловоза и соответственно направляя вращения тяговых электродвигателей меняется характер механического нагрукения колесных пар, т.е. электродвигатели, вращавшие разгруженные (догрукенные) колесные пары да изменения направления движения, после ега изменения вращают дагруженные (разгруженные) колесные пары,Злектрические машины постояпнога тока выполнены так, что при максимально возможных токах генератора 1 магнитный поток их обмоток 4.2 и 5.2 последовательного возбужденич меньше магнитного потока ихобмоток 4.3 и 5.3 независимого возбуждения. В каждой электрической машине ха. рактер взаимодействия (складываются, вычитаются) магнитных потоков ее обмоток возбуждениязависит от направления движения тепловоза и задается положением контактов 7.5 - 7.7 реверсивного переключателя.Рассмотрим порядок работы устройства для следующих условий, Тепловоз двига.ется в направлении, когда тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращают разгруженные догрукенные) колесные пары (фиг, 1), При этом замкнут соответствующий контакт 9 задатчика направления движения, напряжение управления поступает на одну из обмоток 6 реверсивного переключателя и через его замкнутые контакты 7:5 и 7.7 прикладывается к цепи обмоток 4.3 и 5.3. По этим обмоткам протекает ток, направление которого показано на схеме фиг, 2 стрелками, В цепях обмоток возбуждения 3 тяговых электродвигателей замкнуты соответствующие пары контактов 7.1, 7.3 или 7.2, 7.4 реверсивного переклочателя. Напряжения генератора 1, якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и якорных обмоток 4 1 и 5.1 электрических машин имеют полярность, которая показана на схеме фиг. 1. На этой же схеме стрелками показано направление тока, который под действием напряжения генератора 1 протекает по тяговым электродвигателям и по обмоткам 4.1, 4.2,5.1, 5.2 электрических машин. В рассматриваемом режиме движениятепловоза электрическая машина с обмотками 4.1 - 4,3 работает в режиме двигателя и благодаря наличию механической связи 10 вращает якорь электрической машины с обмотками 5.1 - 5.3, которая работает в режиме генератора. Напряжение якорной обмотки 4.1(5.1) электрической машины имеет одинакавую (противоположную) полярность с полярностью напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей. Магнитные потоки обмоток 4,2 и 4.3 5.2 и 5.3) машины двигателя (машины генератора) складываются (вычитаются) и результирующий магнитный поток двигателя (генератора) равен сумме (разности) потоков обмоток возбуждения. Так как магнитные потоки обмоток 4,3 и 5,3 независимого возбуждения больше магнитных потоков обмоток 4,2 и 5.2 последовательного возбуждения, то направление разности этих магнитных потоков всегда совпадает с направлением магнитного потока обмоток независимоговозбуждения.Наличие электрических машин в цепях тяговых электродвигателей на перераспределение их токов (нагрузок) влияет следующим образом. Напряжение параллельно соединенных цепей с обмотками 2, 3 тяговых электродвигателей и с обмотками 4.1, 4,2, 5,1, 5,2 электрических машин равно напряжению генератора 1. Так как напряжение генератора 1 не зависит от напряжения якорных обмоток 4,1 и 5.1 электрических машин, то их включение последовательно в цепи тяговых электродвигателей приводит к принудительному перераспределению их нагрузок. Под действием напряжения обмотки 4.1 ток в левой цепи тяговых электродвигателей уменьшается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи становится меньше на величину, равную напряжению обмотки 4.1. Таким образом, сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и достигается требуемое по условиям сцепления уменьшение тока и соответственно силы тяги электродвигате 1779626лей левой цепи, которые вращают разгруженные колесные пары.Под действием напряжения обмотки 5.1 ток в правой цепи тяговых электродвигателей увеличивается и падение напряжения на сопротивлении этой цепи становится больше на величину, равную напряжению обмотки 5.1. В результате этого сохраняется равенство напряжений этой цепи, генератора 1 и обеспечивается допустимое по условиям сцепления увеличение тока и соответственно тяги электродвигателей правой цепи, которые вращают догруженные колесные пары,Принудительное перераспределение нагрузок тяговых электродвигателей сопровождается следующими преобразованиями энергии. Часть электрической энергии, поступающей в разгруженные тяговые двигатели(в левую цепь), двигателем с обмотками 4.1-4.3 преобразуется в механическую энергию, которая расходуется на вращение генератора с обмотками 5.1 - 5,3, Последний превращает механическую энергию в электрическую, которая поступает в цепь догружен н ых тяговых двигателей (в и равую цеп ь), Такие преобразования энергии сопровождаются ее потерями, величина которых определяется КПД электрических машин. Поэтому в правую цепь поступает электрическая энергия, равная электрической энергии, которая обирается из левой цепи, за вычетом энергии, теряемой в обеих электрических машинах,В процессе принудительного перераспределения нагрузок тяговых электродвигателей наличие у каждой электрической машины включенных определенным образом двух обмоток возбуждения обеспечивает требуемую пропорциональность между изменениями механической нагрузки колесных пар и изменениями тяговых усилий электродвигателей. Это осуществляется следующим образом, С одной стороны, чем больше(меньше) ток генератора 1, тем больше (меньше) опрокидывающие моменты действуют на механическую часть тепловоза и тем на большую (меньшую) величину отличаются механические нагрузки на разгруженные и догруженные колесные пары, вращаемые тяговыми электродвигателями левой и правой цепи. С другой стороны, чем больше (меньше) ток генератора, тем больше (меньше) ток в цепях тяговых электродвигателей и тем на большую (меньшую) величину отличаются результирующие магнитные потоки электрических машин. Так как их якоря благодаря механической связи 10 имеют одинаковую частоту вращения, то отмеченный характер изменения результи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рующих магнитных потоков повторяют ЭДС их якорных обмоток 4,1 и 5.1. Включение обмоток 4.1 и 5.1 с такими ЭДС в цепи тяговых электродвигателей, вращающих по разному нагруженные механические колесные пары, позволяет в любых рабочих режимах тепловоза обеспечить пропорциональность между их механической нагрузкой.и силой тяги, Такая пропорциональность позволяет реализовать большую силу тяги тепловоза.Для изменения направления движения тепловоза на противоположное размыкает ранее замкнутый и замыкает ранее разомкнутый контакты 9 задатчика направления движения. После этого снимается напряжение с обмотки 6 реверсивного переключателя, которая находилась под напряжением, и подается напряжение на обмотку 6, которая раньше была без напряжения, Реверсивный переключатель размыкает одни пары и замыкает вторые пары соответствующих контактов 7.1 - 7,4 в цепях обмоток 3 возбуждения тяговых электродвигателей и замыкает (размыкает) контакты 7.6 и 7,8 (7,5 и 7.7) в цепи обмоток 4.3 и 5,3 независимого возбуждения электрических машин. Это приводит к изменению направления тока в обмотках 4.3 и 5.3. После переключения контактов реверсивного переключателя ток в обмотках 4,3 и 5.3 имеет направление, противоположное тому, которое показано на схеме фиг. 2 стрелками,Изменение направления тока в обмотках 3 тяговых электродвигателей позволяет изменить направление их вращения и таким образом обеспечить движение тепловоза в направлении, противоположном по отношению к прежнему направлению. Во время движения тепловоза в новом направлении остаются без изменений полярность напряжения генератора 1, напряжения якорных обмоток 2 тяговых электродвигателей и направление тока в их цепях (показаны на фиг. 1).После изменения направления движения меняется характер механического нагружения колесных пар. Если до изменения направления движения тяговых двигателей левой (правой) цепи схемы фиг, 1 вращали разгруженные (догруженные) колесные пары, то при новом направлении движения тяговые электродвигатели левой (правой) цепи вращаютдогруженные(разгруженные)колесные пары.Изменение направления тока в обмотках 4.3 и 5.3 независимого возбуждения меняет режим работы электрических машини полярность напряжения на их якорных обмотках 4.1 и 5,1. Электрическая машина левой цепи электродвигателей переходит издвигательного режима в генераторный режим, Полярность напряжения ее якорной обмотки 4.1 меняется на противоположную по отношению к показанной на схеме фиг.1, Результирующий магнитный поток этой ма шины становится равным разности магнитных потоков обмоток 4.3 и 4.2 за счет изменения направления тока в обмотке 4.3. Электрическая машина правой цепи тяговых электродвигателей переходит из гене раторного режима в двигательный режим, При этом полярность напряжения ее якорной обмотки 5.1 меняется на противоположную по отношению к той, которая показана на схеме фиг. 1. В результате изменения 15 направления тока в обмотке 5.3 результирующий магнитный поток электрической машины становится равным сумме магнитных потоков обмоток 5,2 и 5,3.После изменения направления движе ния тепловоза и описанного изменения рекима работы электрических машин машина, якорная обмотка 5,1 которой находится в правой цепи разгруженных тяговых двигателей, работает как двигатель, враща ющий якорь второй машины. Эта машина работает генератором и имеет якорную обмотку 4.1 в левой цепи догруженных тяговых двигателей. Работающие в описанной последовательности электрические машины 30 снова обеспечивают необходимую для принудительного перераспределения токов передачу энергии из цепи разгруженных тяговых электродвигателей в цепь догруженных тяговых электродвигателей.Формула изобретения Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей тепловоза, содержащее реверсивный переключатель, первые контакты которого включены в цепи обмоток возбуждения соответствующих тяговых электродвигателей, а его обмотки соответственно через контакты задатчиков направления движения подключены к источнику напрякения управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии и улучшения тяговых свойств, оно дополнительно снабжено не менее чем двумя электрическими машинами постоянного тока с механически соединенными якорями и с обмотками независимого и последовательного возбуждения, а реверсивный переключатель снабжен вторыми контактами, причем якорная обмотка одной электрической машины включена в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей разгруженных колесных пар, а якорная обмотка второй электрической машины - в цепь якорных обмоток тяговых электродвигателей догруженных колесных пар, цепь, образованная из последовательно соединенных обмоток независимого возбуждения электрических машин, подключена через вторые контакты реверсивного переключателя к источнику напря-. жения управления.1779626 Составитель А. ЕфремовТехред М.Моргентал Корректор А, Мотыль Редактор Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 4414 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5