Пристрій для регулювання струмів збудження тягових електродвигунів

Изобретение относится к транспорту, в частности, к тяговым многодвигательным электроприводам рельсовых транспортных средств. Известно устройство для регулирования токов возбуждения тяговых электродвигателей, содержащее включенные параллельно два тяговых электродвигателя с сериесным возбуждением. Регулирование магнитного потока осуществляется комплектом дополнительных обмоток возбуждения, включенных через усилитель в диагональ моста, образованного якорями и обмотками возбуждения тяговых электродвигателей (А.с. СССР №1511161, кл. B60L11/04, заявл. 16.07.85). Недостатком известного технического решения является необходимость использования тяговых электродвигателей с двумя комплектами обмоток возбуждения, причем второй комплект должен быть выполнен из провода малого сечения, что резко снижает надежность электродвигателя. В качестве прототипа принято устройство для регулирования токов возбуждения тяговых электродвигателей, состоящее из силовой цепи, содержащей токоприемник, якоря и обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, датчик тока и тиристорные ключи, а также цепи управления, включающей в себя задающее устройство, сравнивающее устройство и формирователь импульсов, содержащий соединенный последовательно задающий генератор, сравнивающее устройство, усилитель, триггер и два блокинг-генератора (Гаврилов Я.И., Мнацаканов В.А. Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями. - М.: Транспорт, 1986. - С.105, рис.42). Общими признаками прототипа и заявляемого устройства является наличие силовой цепи, содержащей токоприемник, якоря и обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, датчик тока и тиристорные ключи, а также цепи управления, включающей формирователь импульсов, содержащий соединенные последовательно задающий генератор, сравнивающее устройство, усилитель, триггер и два блокинг-генератора. Получение требуемого технического результата, заключающегося в реализации предельной силы тяги транспортного средства по условиям сцепления колес с рельсами при использовании прототипа невозможно потому, что токи, притекающие через ключи, включенные параллельно обмоткам возбуждения равны и не зависят от токораспределения между тяговыми электродвигателями. При потере сцепления известный прототип не реагирует на изменение тока тягового электродвигателя боксующей колесной пары, способствуя тем самым развитию боксования. Перечисленные недостатки не позволяют реализовать максимальный коэффициент сцепления колеса с рельсом при работе как в области криппа, так и в зоне боксования характеристики сцепления. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для регулирования токов возбуждения тяговых электродвигателей, в котором за счет использования новых элементов и изменения схемы, обеспечивается реализация предельной силы тяги многодвигательного транспортного средства по условиях сцепления колес с рельсами. За счет этого повышается сила тяги, скорость движения, ускорение разгона, надежность, а также снижается износ бандажей колесных пар и рельсов. Поставленная задача решается тем, что в транспортном средстве, состоящем из силовой цепи, содержащей токоприемник, якоря и обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, датчик тока и тиристорные ключи, а также цепь управления, включающей формирователь импульсов, содержащий соединенные последовательно задающий генератор, сравнивающее устройство, усилитель, триггер и два блокинг-генератора, согласно изобретению, между якорем и обмоткой возбуждения каждого тягового электродвигателя включены два датчика тока, а управляющие входы тиристорных ключей соединены с выходами блокинг-генераторов четырех формирователей импульсов цепи управления, при этом датчики тока, примыкающие к якорным цепям, соединены со входами первого сумматора, выход которого через ключ и фазочувствительное устройство соединен со входами сравнивающих устройств двух формирователей импульсов, а датчики тока, примыкающие к обмоткам возбуждения соединены со входами второго сумматора, выход которого через пороговый элемент и фазочувствительное устройство соединен со входами сравнивающих устройств двух других формирователей импульсов, при этом выход порогового элемента соединен с управляющим входом ключа. От прототипа заявляемое изобретение отличается тем, что между якорем и обмоткой возбуждения каждого тягового электродвигателя, включены два датчика тока, а управляющие входы тиристорных ключей соединены с выходами блокинггенераторов четырех формирователей импульсов цепи управления, при этом датчики тока, примыкающие к якорным цепям, соединены со входами первого сумматора, выход которого через ключ и фазочувствительное устройство соединен со входами сравнивающих устройств двух формирователей импульсов, а датчики тока, примыкающие к обмоткам возбуждения, соединены со входами второго сумматора, выход которого через пороговый элемент и фазочувствительное устройство соединен со входами сравнивающих устройств двух других формирователей импульсов, при этом выход порогового элемента соединен с управляющим входом ключа. В результате использования заявляемого изобретения обеспечивается получение технического результата, заключающегося в реализации предельной силы тяги транспортного средства по условиям сцепления колес с рельсами при работе как в зоне криппа, так и боксования характеристики сцепления. Между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Использование существенных отличительных признаков в предлагаемом устройстве для регулирования токов возбуждения тяговых электродвигателей позволяет изменить ток подпитки обмотки возбуждения тягового электродвигателя и тем самым обеспечить стабилизацию его магнитного потока. Это приводит к выравниванию якорных токов в зоне криппа и получению тяговой характеристики электропривода с жесткостью порядка 5%, при работе в зоне боксования характеристики сцепления. При любом изменении якорного тока, восстанавливается их равенство в зоне криппа. При любом изменении коэффициента сцепления в зоне боксования колесная пара будет работать в области максимума характеристики сцепления колеса с рельсом. При такой жесткости характеристики электропривода динамический момент колесно-моторного блока будет равен нулю. Предлагаемое устройство содержит группу, параллельно соединенных сериесных тяговых электродвигателей с обмотками якорей 1, 2 и возбуждения 3, 4. В каждой параллельной цепи может быть один или несколько последовательно соединенных тяговых электродвигателей. Датчики тока 5, 6 фиксируют значения якорных токов, а 7, 8 - токов обмоток возбуждения. Сигналы с датчиков тока поступают на входы сумматоров 9, 10, где они алгебраически сравниваются. Выход сумматора 9 соединен со входом фазочувствительного устройства 11, а выход сумматора 10 соединен со входом фазочувствительного устройства 12 через ключ 13. Один из выходов каждого фазочувствительного устройства 11, 12 через сравнивающие устройства 14, 15, 16 или 17, усилитель 18, 19, 20 или 21, триггер 22, 23, 24 или 25 и формирователь импульсов 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 или 33 соединен с управляющим или запирающим входами тиристорных ключей 34 или 35, включенных параллельно обмоткам якорей 1, 2. Вторые входы сравнивающих устройств 14, 15, 16, 17 соединены со входом задающего генератора 36. Для исключения влияния датчиков цепей обмоток возбуждения 7, 8 на датчики токов якорных цепей до начала работы ключей 34, 35 применен пороговый элемент 37, пропускающий сигнал после его превышения заданной величины, обусловленной настройкой порогового элемента 37. В режиме тяги группа тяговых электродвигателей подключается к контактной сети через токоприемник 38. Предлагаемое устройство предназначено для работы в двух режимах - уменьшение неравномерности токораспределения и ликвидации боксования. При отсутствии боксования электромеханические характеристики тяговых электродвигателей отличаются. Следовательно, их якорные токи различны и фиксируются датчиками тока 5, 6. Выходные сигналы датчиков 5, 6 поступают на сумматор 10, где выделяется сигнал рассогласования, равный их алгебраической разности. Сигнал рассогласования через открытый ключ 13 поступает на фазочувствительное устройство 12. В зависимости от полярности сигнала рассогласования выходной сигнал появляется на левом или правом выходе фазочувствительного устройства 12. В сравнивающем устройстве 16 или 17 сигнал рассогласования суммируется с пилообразным выходным сигналом задающего генератора 36. Сумма этих сигналов через усилитель 20 или 21 и триггер 24 или 25 поступает на входы формирователей импульсов 30, 31 или 32, 33. Формирователи импульсов 30 или 32 открывают главные тиристоры тиристорного ключа 34 или 35, а формирователи импульсов 31, 33 закрывают тиристорные ключи 34, 35 посредством открытия запирающих тиристоров этих ключей. Тяговый электродвигатель с большим током имеет меньший магнитный поток. Если датчик тока 6 показывает большее значение тока, то сумматор 10 и фазочувствительное устройство 12 выдает сигнал на открытие ключа 35, тем самым обеспечивая подпитку обмоток возбуждения 4. Увеличение тока обмотки возбуждения приводит к повышению магнитного потока и уменьшению тока якорей. Подпитка осуществляется до тех пор, пока якорные токи обеих ветвей не выравниваются. Если же сигнал датчика тока 5 больше сигнала датчика тока 6, то происходит открытие тиристорного ключа 34, увеличение магнитного потока обмотки возбуждения 3 и снижение тока якоря обмотки 1. Подпитка осуществляется до тех пор, пока якорные токи обеих ветвей не выравняются. При боксовании колесной пары какого-либо тягового электродвигателя его частота вращения увеличивается, а ток и магнитный поток уменьшается. Разность токов между двигателями боксующей и небоксующей колесных пар возрастает. Датчики токов возбуждения 7, 8 выдают сигналы, поступающие на вход сумматора 9. Так как разница токов между двигателями значительна, сигнал рассогласования на выходе сумматора 9 превышает уставку порогового элемента 37. Его выходной сигнал блокирует ключ 13 и проходит на один из выходов фазочувствительного элемента 11. С этого выхода фазочувствительного элемента 11 сигнал поступает на сравнивающее устройство 14 или 15. В сравнивающем устройстве 14 или 15 сигнал рассогласования суммируется с пилообразным выходным сигналом задающего генератора 36. Полученная сумма идет на усилитель 18 или 19, триггер 22 или 23 и формирователь импульсов 26, 27 или 28, 29, после чего поступит на тиристорный ключ 34 или 35. Открывшись, тиристорный ключ 34 или 35, увеличивает ток возбуждения боксующего двигателя, вследствие чего его частота вращения уменьшается. Выходной сигнал формирователя импульсов 26 или 28 открывает тиристорные ключи 34 или 35, а формирователя 31 или 33 - закрывает их. За счет того, что при боксовании ключ 13 закрыт, схема выравнивания токов не работает. Использование заявляемого устройства для регулирования токов возбуждения тяговых электродвигателей позволит повысить силу тяги, скорость движения, ускорение разгона, надежность, а также снизить износ бандажей колесных пар и рельсов.