RU2072926C1

RU2072926C1 - Vehicle electric transmission with controlled electrodynamic braking

Info

Publication number: RU2072926C1
Application number: RU9393040130A
Authority: RU
Inventors: О.И. Новиков
Original assignee: Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: transport engineering; vehicles with self-contained power sources and DC motors. SUBSTANCE: electric transmission has self- contained controlled DC voltage source (traction generator or synchronous generator with rectifier), group of traction motors with reversers and braking resistors, switches to provide change-over of traction motor windings, and diodes. Novelty is use of diodes. EFFECT: simplified realization and optimization of braking. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортных средств с автономными источниками электрической энергии, тяговыми электродвигателями постоянного тока и предназначено для тепловозов с электрическими передачами постоянного и переменно-постоянного тока. The invention relates to the field of vehicles with autonomous sources of electrical energy, traction electric motors of direct current and is intended for diesel locomotives with electric transmissions of direct and alternating direct current.

Известна электрическая передача тепловоза, которая содержит автономный источник регулируемого постоянного напряжения, тяговые электродвигатели, реверсоры, контакторы, тормозные резисторы и обеспечивает тяговый режим и режим регулируемого электродинамического торможения тепловоза. Изменение режимов осуществляется переключением электродвигателей. В тяговом режиме к источнику напряжения подключены параллельно соединенные электродвигатели. В режиме торможения тормозные резисторы подключены к якорным обмоткам электродвигателей, а их обмотки возбуждения соединены последовательно и подключены на напряжение источника. Регулирование торможения осуществляется изменением напряжения источника. Известному устройству присущи такие недостатки. В силовые цепи электрической передачи включено большое количество контакторов, что усложняет ее исполнение, техническое обслуживание и снижает надежность. При малых скоростях движения тепловоза имеет место низкая эффективность электродинамического торможения. Отсутствует тормозной эффект при невращающихся электродвигателях. Регулирование торможения осуществляется недостаточно плавно. Known electric transmission of the locomotive, which contains an autonomous source of adjustable constant voltage, traction motors, reversers, contactors, brake resistors and provides traction mode and a mode of adjustable electrodynamic braking of the locomotive. Change of modes is carried out by switching electric motors. In traction mode, parallel-connected motors are connected to the voltage source. In braking mode, the brake resistors are connected to the armature windings of the electric motors, and their field windings are connected in series and connected to the source voltage. Braking regulation is carried out by changing the source voltage. The known device has such disadvantages. A large number of contactors are included in the power circuits of the electric transmission, which complicates its execution, maintenance and reduces reliability. At low speeds of the locomotive, there is a low efficiency of electrodynamic braking. There is no braking effect with non-rotating electric motors. Braking control is not smooth enough.

Сущность изобретения состоит в следующем. Электрическую передачу, которая содержит автономный источник регулируемого постоянного напряжения, тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения с реверсорами и тормозными резисторами, рабочие и тормозные ключи, выполненные контактными в виде контактов коммутационных аппаратов (контакторов, тормозных переключателей), дополняют разделительными диодами и вспомогательными ключами. Тормозные и вспомогательные ключи выполняют или контактными, или бесконтактными в виде диодов. Изменяют соединение элементов электрической передачи и включают разделительные диоды последовательно с тормозными резисторами. Рабочие ключи выполняют или контактными, или бесконтактными из тиристоров. Этим достигается уменьшение количества коммутационных аппаратов в силовых цепях электрической передачи, повышение при малых скоростях движения эффективности электродинамического тормоза и его действие при невращающихся электродвигателях. The invention consists in the following. The electric transmission, which contains an autonomous source of adjustable constant voltage, series traction DC electric motors with reversers and brake resistors, working and brake keys made in the form of contacts in the form of contacts of switching devices (contactors, brake switches), are supplemented by isolation diodes and auxiliary keys. Brake and auxiliary keys are either contact or non-contact in the form of diodes. Change the connection of the elements of the electric transmission and include diode diodes in series with the braking resistors. Working keys are either contact or non-contact of thyristors. This achieves a decrease in the number of switching devices in the power circuits of an electric transmission, an increase in the efficiency of the electrodynamic brake at low speeds and its effect with non-rotating electric motors.

Технический результат изобретения характеризуется упрощением, улучшением надежности и повышением эффективности электродинамического торможения. The technical result of the invention is characterized by a simplification, improved reliability and increased efficiency of electrodynamic braking.

На фиг. 1 5 приведены схемы электрической передачи с четырьмя (n=4) тяговыми электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. In FIG. Figures 1-5 show electric transmission circuits with four (n = 4) traction DC electric motors of series excitation.

На фиг. 1 и 2 показаны автономный источник 1 регулируемого постоянного напряжения, который выполнен в виде тягового генератора постоянного тока, тяговые электродвигатели с якорными обмотками 2 и обмотками возбуждения 3, контактны 4 7 реверсоров, тормозные резисторы 8, разделительные диоды 9, рабочие 10 и тормозные 11 ключи. Ключи 10 выполнены контактными в виде замыкающих контактов коммутационных аппаратов. Ключи 11 выполнены контактными (фиг.1) и бесконтактными в виде диодов (фиг.2). In FIG. Figures 1 and 2 show an autonomous source of adjustable DC voltage, which is made in the form of a traction DC generator, traction motors with anchor windings 2 and field windings 3, contact 4 7 reversers, brake resistors 8, diodes 9, working 10 and 11 brake keys . The keys 10 are made contact in the form of closing contacts of switching devices. The keys 11 are made contact (figure 1) and contactless in the form of diodes (figure 2).

На фиг. 3 показаны элементы 1 11 и вспомогательные контактные ключи 12 и 13. Источник 1 состоит из синхронного генератора со статорными обмотками 1,1, которые соединены в трахфазную звезду, и трехфазного мостового выпрямителя 1.2. In FIG. Figure 3 shows the elements 1 11 and auxiliary contact keys 12 and 13. The source 1 consists of a synchronous generator with stator windings 1.1, which are connected to a traphase star, and a three-phase bridge rectifier 1.2.

Электрическая передача (фиг. 4) содержит элементы 1-9, аналогичные по выполняемым функциям элементам 1 9 (фиг. 1 3), тормозные бесконтактные ключи 10. Источник 1 состоит из синхронного генератора с соединенными в звезду статорными обмотками 1.1, двух трехфазных тиристорно-диодных мостов, которые собраны из тиристорных 1.2 и диодных 1.3 групп, и n-2 трехфазных тиристорных мостов, собранных из тиристорных групп 1.2. Тиристорные группы 1.2 выполняют функции рабочих ключей. The electric transmission (Fig. 4) contains elements 1-9, similar in function to the elements 1 9 (Fig. 1 3), brake contactless keys 10. Source 1 consists of a synchronous generator with stator windings 1.1 connected to a star, two three-phase thyristor diode bridges, which are assembled from thyristor 1.2 and diode 1.3 groups, and n-2 three-phase thyristor bridges, assembled from thyristor groups 1.2. Thyristor groups 1.2 perform the functions of working keys.

Электрическая передача (фиг. 5) содержит элементы 1 10, аналогичные по выполняемым функциям элементам 1 10 фиг. 4, и вспомогательный бесконтактный ключ 11, который выполнен в виде диода. Источник 1 имеет синхронный генератор со статорными обмотками 1.1, один трехфазный тиристорно-диодный мост на тиристорных 1.2 и диодных 1.3 группах, и n-1 тиристорных мостов из тиристорных групп 1.3. Тиристорные группы 1.3 являются рабочими ключами. The electric transmission (Fig. 5) contains elements 1 10, similar in function to the elements 1 10 of FIG. 4, and an auxiliary proximity key 11, which is made in the form of a diode. Source 1 has a synchronous generator with stator windings 1.1, one three-phase thyristor-diode bridge on thyristor 1.2 and diode 1.3 groups, and n-1 thyristor bridges from thyristor groups 1.3. Thyristor groups 1.3 are working keys.

Напряжение источника 1 имеет показанную на схемах полярность, которая не меняется и не совпадает с проводящим направлением разделительных диодов. Полярность напряжения обмоток 2 электродвигателей меняется и зависит от режима (тяговый, торможения), электрической передачи. Электрическая передача (фиг.4 и 5) имеет n трехфазных мостов. Каждый мост является индивидуальным для каждого из n тяговых электродвигателей. The voltage of the source 1 has the polarity shown in the diagrams, which does not change and does not coincide with the conductive direction of the separation diodes. The polarity of the voltage of the windings of 2 electric motors varies and depends on the mode (traction, braking), electric transmission. The electric transmission (FIGS. 4 and 5) has n three-phase bridges. Each bridge is individual for each of n traction electric motors.

Электрическая передача (фиг.1 -3) работает следующим образом. Electric transmission (Fig.1 -3) works as follows.

В тяговом режиме замкнуты контакты 4,5,10 и контакт 12 (фиг.3). Источник 1 питает параллельно соединенные электродвигатели. В их обмотках 2 и 3 протекают равные токи, которые обеспечивают движение транспортного средства. Напряжение обмоток 2 имеет полярность, которая показана на схемах знаками без скобок и не совпадает с проводящим направлением диодов 9. К диодам 11 (фиг.2) прикладывается напряжение источника 1, полярность которого не совпадает с их проводящим направлением. Регулирование частоты вращения электродвигателей осуществляется изменением напряжения источника 1. In traction mode closed contact 4,5,10 and contact 12 (figure 3). Source 1 supplies parallel connected motors. Equal currents flow in their windings 2 and 3, which ensure the movement of the vehicle. The voltage of the windings 2 has a polarity, which is shown in the diagrams with signs without brackets and does not coincide with the conductive direction of the diodes 9. A voltage of the source 1 is applied to the diodes 11 (Fig. 2), the polarity of which does not coincide with their conductive direction. The speed control of electric motors is carried out by changing the voltage of the source 1.

Для перехода из тягового режима в режим электродинамического торможения снимают напряжение с выхода тягового генератора (фиг.1 и 2), выпрямителя 1.2 (фиг. 3), размыкают контакты 4,5,10 и контакт 12 (фиг.3), замыкают контакты 6,7, контакты 11 (фиг. 1 и 3) и контакт 13 (фиг.3) и подают напряжение на выход источника 1. После таких переключений обмотки 3 соединены последовательно через контактны 6 и 7, контакты 11 (фиг. 1 и 3), диоды 11 (фиг.2). В схеме фиг. 3 в цепь обмоток 3 включен контакт 13. К цепи обмоток 3 прикладывается напряжение источника 1. Благодаря использованию контактов 12 и 13 в схеме фиг. 3 к обмоткам 3 прикладывается меньшее напряжение по сравнению с напряжением обмоток 3 фиг. 1 и 2. Под действием напряжения источника 1 в целях обмоток 3 протекают токи. Под действием напряжения обмоток 2, полярность которого показана на схемах знаками в скобках и совпадает с проводящим направлением диодов 9, протекают токи в цепях 8 9. При большой частоте вращения электродвигателей токи обмоток 3 меньше токов обмоток 2 и по диодам 9 протекает ток, равный их разности. Когда электродвигатели или вращаются с небольшой частотой, или находятся в неподвижном состоянии, то первые токи больше вторых токов и ток в цепях диодов 9 отсутствует. В цепи из последовательно соединенных обмоток 2 и 3, контактов 6 и 7, резисторов 8, контактов 11 (фиг. 1 и 3), диодов 11 (фиг.2) и контакта 13(фиг. 3) под действием напряжений источника 1 и обмоток 2 (вращающихся электродвигателем) протекает ток. При неподвижных электродвигателях, когда напряжения их обмоток 2 равны нулю, ток в этой цепи сохраняется и протекает под действием напряжения источника 1. To go from the traction mode to the electrodynamic braking mode, remove the voltage from the output of the traction generator (Figs. 1 and 2), rectifier 1.2 (Fig. 3), open contacts 4,5,10 and contact 12 (Fig. 3), close contacts 6 , 7, contacts 11 (Fig. 1 and 3) and contact 13 (Fig. 3) and supply voltage to the output of source 1. After such switching, the windings 3 are connected in series through contacts 6 and 7, contacts 11 (Figs. 1 and 3) , diodes 11 (figure 2). In the circuit of FIG. 3, contact 13 is connected to the winding circuit 3. The voltage of source 1 is applied to the winding circuit 3. Through the use of contacts 12 and 13 in the circuit of FIG. 3, lower voltage is applied to the windings 3 compared to the voltage of the windings 3 of FIG. 1 and 2. Under the action of the voltage of the source 1, currents flow for the purpose of the windings 3. Under the action of the voltage of the windings 2, the polarity of which is shown in parentheses on the diagrams and coincides with the conductive direction of the diodes 9, currents flow in circuits 8 9. At a high frequency of rotation of the electric motors, the currents of the windings 3 are less than the currents of the windings 2 and a current equal to them flows through the diodes 9 differences. When the motors either rotate at a low frequency, or are stationary, the first currents are greater than the second currents and there is no current in the circuits of the diodes 9. In a circuit of series-connected windings 2 and 3, contacts 6 and 7, resistors 8, contacts 11 (Fig. 1 and 3), diodes 11 (Fig. 2) and contact 13 (Fig. 3) under the action of voltage source 1 and windings 2 (rotating by electric motor) current flows. With stationary electric motors, when the voltages of their windings 2 are equal to zero, the current in this circuit is preserved and flows under the action of the voltage of the source 1.

Наличие тока в обмотках 2 и 3 электродвигателей при любой частоте их вращения, включая нулевую, обеспечивает торможение транспортного средства, как во время его движения, так и после остановки. Регулирование торможения осуществляется изменением напряжения источника 1. Электрическая передача (фиг.3) по сравнению с электрической передачей фиг. 1 и 2 обеспечивает более плавное регулирование торможения благодаря уменьшению напряжения источника 1 при переходе из тягового режима в режим электродинамического торможения. The presence of current in the windings of 2 and 3 electric motors at any frequency of their rotation, including zero, provides braking of the vehicle, both during its movement and after stopping. The braking control is carried out by changing the voltage of the source 1. The electric transmission (Fig. 3) in comparison with the electric transmission of Fig. 1 and 2 provides smoother braking control by reducing the voltage of source 1 during the transition from the traction mode to the electrodynamic braking mode.

Для перехода из режима электродинамического торможения в тяговый режим снимают напряжение с тяговых электродвигателей, размыкают контакты 6 и 7, контакты 11 (фиг. 1 и 3) и контакт 13 (фиг. 3). После этого замыкают контакты 4,5,10, контакт 12 (фиг.3) и подают напряжение источника 1 на электродвигатели. To switch from electrodynamic braking to traction mode, they remove voltage from the traction motors, open contacts 6 and 7, contacts 11 (Fig. 1 and 3) and contact 13 (Fig. 3). After that, close the contacts 4,5,10, contact 12 (figure 3) and apply the voltage of the source 1 to the electric motors.

При движении транспортного средства в противоположном направлении и в тяговом режиме замкнуты контакты 6,7,10 и контакт 12 (фиг.3). Переход из тягового режима в режим электродинамического торможения осуществляется размыканием контактов 6,7,10 и контакта 12 (фиг.3) и замыканием контактов 4 и 5, контактов 11 (фиг. 1 и 3) и контакта 13 (фиг. 3). После переключений электрическая передача работает в описанных режимах. When the vehicle is moving in the opposite direction and in traction mode, contacts 6,7,10 and contact 12 are closed (figure 3). The transition from the traction mode to the electrodynamic braking mode is carried out by opening the contacts 6,7,10 and contact 12 (Fig. 3) and closing the contacts 4 and 5, contacts 11 (Figs. 1 and 3) and contact 13 (Fig. 3). After switching, the electric transmission operates in the described modes.

Работа электрической передачи фиг. 4 и 5 по сравнению с описанной работой имеет такие особенности. В тяговом режиме поступает напряжение на управляющие электроды тиристоров трехфазных мостов и тиристоры выполняют функции диодов. Каждый трехфазный мост выпрямляет переменное напряжение обмоток 1.1 и питает индивидуальный электродвигатель выпрямленным напряжением. Напряжение, которое действует между общим выводом звезды обмоток 1.1 и общим анодом соответствующей тиристорной группы 1.2, прикладывается к диоду 11 (фиг. 5) и не совпадает с его проводящим направлением. Для перехода из тягового режима в режим электродинамического торможения снимают напряжение с обмоток 1.1 и с управляющих электродов тиристоров, переключают реверсоры и подают напряжение на обмотки 1.1. Напряжение, выпрямленное или двумя диодными группами 1.3 (фиг. 4), или одной диодной группой 1.3 (фиг.5), прикладывается через диод 11 (фиг.5) к цепи последовательно соединенных обмоток 3. Благодаря использованию диода 11 в схеме фиг. 5 к обмоткам 3 прикладывается напряжение, меньшее напряжения обмоток 3 схемы 4. Такое уменьшение напряжения позволяет более плавно регулировать торможение. Для перехода из режима электродинамического торможения в тяговый режим снимают напряжение с обмоток 1.1, переключают реверсоры и подают напряжение на обмотки 1.1 и на управляющие электроды тиристоров. The electric transmission operation of FIG. 4 and 5 in comparison with the described work has such features. In the traction mode, voltage is supplied to the control electrodes of the thyristors of three-phase bridges and the thyristors perform the functions of diodes. Each three-phase bridge rectifies the alternating voltage of the windings 1.1 and supplies the individual electric motor with rectified voltage. The voltage that acts between the common output of the star of the windings 1.1 and the common anode of the corresponding thyristor group 1.2 is applied to the diode 11 (Fig. 5) and does not coincide with its conducting direction. To switch from the traction mode to the electrodynamic braking mode, the voltage is removed from the windings 1.1 and from the control electrodes of the thyristors, the reversers are switched and the voltage is applied to the windings 1.1. The voltage rectified either by two diode groups 1.3 (Fig. 4), or by one diode group 1.3 (Fig. 5), is applied through diode 11 (Fig. 5) to a series of windings connected in series 3. Due to the use of diode 11 in the circuit of Figs. 5, a voltage lower than the voltage of the windings 3 of circuit 4 is applied to the windings 3. Such a decrease in voltage allows more smooth adjustment of braking. To switch from electrodynamic braking to traction mode, the voltage is removed from the windings 1.1, the reversers are switched and voltage is applied to the windings 1.1 and to the control electrodes of the thyristors.

Claims

1. The electric transmission of a vehicle with adjustable electrodynamic braking, containing an autonomous source of adjustable constant voltage, n traction DC electric motors of series excitation with reversers and brake resistors, working and brake keys installed with the possibility of parallel connection of electric motors with a voltage source in traction mode and sequential connections to the source of field windings of electric motors in braking mode, I distinguish in that the braking resistors are connected to the armature windings of the electric motors through isolation diodes connected in a conducting direction that does not coincide with the polarity of the source voltage, the nth motor has an excitation winding and a reverser with respect to the terminals of the source, and the isolation diode with respect to the terminals of the armature windings are turned on from the side opposite to the inclusion of similar elements of the remaining n 1 electric motors, working keys for electric motors, starting from the second and ending with (n 1) th, are installed on the wallpaper x the terminals of the voltage source, and for the first and nth motors only at the terminal of the source from the side of the armature windings, brake keys are installed between the circuits of adjacent electric motors, and for pairs of electric motors, starting from the first and ending with (n 1) th, between the common terminal the braking resistor and the diode of the previous electric motor and the common output of the corresponding working key and the reverser of the subsequent electric motor, and for a pair with the (n 1) th and nth motors between the two common terminals of the braking resistors and p separate diodes.

2. The transmission according to claim 1, characterized in that the brake keys are made diode.

3. The transmission according to claim 1, characterized in that it is equipped with two auxiliary keys, and the autonomous source of adjustable constant voltage consists of a synchronous generator with stator windings connected to the star and a three-phase bridge rectifier connected to its output, with auxiliary keys installed between the common the output of the working keys n 1 of the electric motors and the reverser of the nth electric motor and, accordingly, the general output of the star of the stator windings of the synchronous generator and the output of the rectifier.

4. The transmission according to claim 2, characterized in that the autonomous source of adjustable constant voltage consists of a synchronous generator with stator windings connected to the star, n 2 three-phase thyristor and two three-phase thyristor-diode bridges connected at its output, and the electric motor circuits are connected to outputs of individual bridges, thyristor groups of which are working keys of transmission.

5. The transmission according to claim 2, characterized in that the autonomous source of adjustable constant voltage consists of a synchronous generator with stator windings connected to the star, n 1 three-phase thyristor and one three-phase thyristor-diode bridges connected at its output, and the motor circuit is connected to the outputs of individual bridges, the thyristor groups of which are the working keys of the transmission, and between the common output of the n-th electric motor reverser and the thyristor group of the corresponding bridge and the common star output with Athorne windings of the synchronous generator is included an auxiliary key.