Спосіб реалізації динамічних режимів тягового електротехнічного комплексу постійного струму з конденсаторним накопичувачем

Реферат: Спосіб реалізації динамічних режимів тягового електротехнічного комплексу постійного струму з конденсаторним накопичувачем полягає у тому, що задають швидкість обертання якоря двигуна постійного струму в сталому режимі, шляхом перетворення напруги зовнішнього джерела енергії формують номінальний струм збудження двигуна постійного струму, шляхом фазо-імпульсного регулювання мережевої напруги формують напругу якоря двигуна постійного струму. У гальмівному режимі шляхом імпульсного дозування струму якоря двигуна забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею та накопиченням її у електростатичному вигляді. У режимі розгону шляхом імпульсного дозування струму електростатичного накопичувача забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею її до якоря двигуна. UA 103716 U (12) UA 103716 U UA 103716 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки і може бути використана на транспортних засобах з тяговими двигунами постійного струму. Відомий пристрій (Багатодвигунний електропривод пат. Російської Федерації 2332315, МПК B60L7/08, B60L15/08. Опубл. 27.08.2008, бюл. № 24, Мазнєв А.С., Євстаф'єв А.М.), що містить джерело живлення, послідовно з'єднаний перший контактор, якірні обмотки першого і другого тягових двигунів постійного струму, до спільного виводу першого контактора і якірної обмотки першого тягового двигуна постійного струму через другий контактор підключений катод першого діода, послідовно з'єднані обмотки збудження першого і другого тягових двигунів постійного струму, послідовно з'єднані дросель та анод другого діода, послідовно з'єднані третій контактор та анод третього діода, катод якого з'єднаний із загальним виводом четвертого і п'ятого контакторів, резистор, конденсаторний накопичувач, четвертий діод, шостий контактор, землю, сьомий, восьмий, дев'ятий контактори, два біполярних транзистора з ізольованими затворами, вільний вивід першого контактора з'єднаний з джерелом живлення, анод першого діода і вільні виводи якірної обмотки другого тягового двигуна постійного струму і п'ятого контактора об'єднані та через резистор з'єднані з анодом третього діода, до вільного виводу третього контактора підключений загальний вивід анода четвертого діода, емітера першого біполярного транзистора з ізольованим затвором, шостого контактора та відмінний вивід конденсаторного накопичувача, додатній вивід якого з'єднаний з вільним виводом дроселя, до катода першого діода підключений загальний вивід катода другого діода і колектора другого біполярного транзистора з ізольованим затвором, його емітер з'єднаний з колектором першого біполярного транзистора з ізольованим затвором, анодом другого і катодом четвертого діодів, вільний вивід четвертого контактора з'єднаний з вільним виводом обмотки збудження першого тягового двигуна постійного струму і першим виводом сьомого контактора, вільний вивід обмотки збудження другого тягового двигуна постійного струму через восьмий контактор з'єднаний із землею, загальний вивід четвертого і п'ятого контакторів через дев'ятий контактор з'єднаний із загальним виводом обмотки збудження другого тягового двигуна постійного струму і восьмого контактора, вільний вивід шостого і другий вивід сьомого контакторів об'єднані і підключені до землі. Спільними ознаками даного технічного рішення та пропонованої корисної моделі є: імпульсне регулювання напруги якоря двигуна постійного струму, передача електричної енергії при гальмуванні двигуна на конденсаторний накопичувач, живлення в установлених режимах роботи двигуна від зовнішнього джерела постійного струму, підвищення вихідної напруги накопичувального кола. Недолік відомого технічного рішення полягає в розсіюванні електричної енергії у вигляді тепла на гальмівному резисторі, який установлений у силовому колі, що створює додаткові втрати в схемі, відсутність можливості реверсу електричної енергії конденсаторного накопичувача для зміни полярності напруги якоря двигуна, неможливість передачі енергії від двигуна до конденсаторного накопичувача при рівності напруги двигуна та напруги конденсаторного накопичувача, що не дозволяє реалізувати процес накопичення енергії при середніх та малих значеннях електрорушійної сили двигуна. Відоме технічне рішення (Спосіб гальмування двигуна постійного струму та пристрій його реалізації, пат. України № 47111, МПК Н02Р3/08. Опубл. 17.06.2002, бюл. № 6, Дрючін О.О.), при якому величину струму гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, а частину енергії двигуна передають до мережі, на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з верхньою і нижньою межами та рівнем мережі, при перевищенні рівня мережі вихід накопичувача підключають до мережі, при досягненні верхньої межі до виходу накопичувача підключають баластний опір, який відключають при досягненні нижньої межі. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: величину струму встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють проміжкові накопичення енергії. Недолік відомого технічного рішення полягає в тому, що величину струму гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, що не дозволяє отримати задане значення струму, частину енергії передають до мережі, що збільшує втрати від передачі енергії, підключення баластного опору призводить до додаткових втрат електричної енергії, спосіб не передбачає розгін двигуна. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є технічне рішення (Тяговий електропривод транспортного засобу, пат. Російської федерації 2501674, МПК B60L11/04. Опубл. 20.12.2013, бюл. № 35, Кім С.І.), яке містить джерело електропостачання, не менше 1 UA 103716 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 одного тягового електродвигуна постійного струму, перетворювач напруги, що являє собою електричний міст, плечі якого утворені шістьма транзисторами, шунтованими шістьма зворотними діодами, причому обмотка якоря тягового електродвигуна включена між середніми точками двох суміжних плечей моста, що містять по два транзистори, а обмотка збудження тягового електродвигуна - між виводами вихідної діагоналі моста, додатковий діод, підключений анодом до спільної точки з'єднання емітера першого, колектора другого транзисторів, анода першого зворотного діода і катода другого зворотного діода і позитивного виводу обмотки якоря тягового електродвигуна, причому відмінний вивід обмотки якоря тягового електродвигуна підключений до загальної точки з'єднання емітера третього і колектора четвертого транзисторів, анода третього зворотного діода і катода четвертого зворотного діода, роздільний діод, підключений своїм катодом до позитивного виводу вхідної діагоналі електричного мосту, сьомий транзистор, шунтований сьомим зворотним діодом, восьмий зворотний діод, накопичувач енергії, підключений позитивним виводом до анода восьмого зворотного діода, а негативним виводом до колектора сьомого транзистора, емітер якого з'єднаний з негативним виводом вхідної діагоналі електричного моста, катод восьмого зворотного діода підключений до позитивного виводу вхідної діагоналі електричного моста, в тяговому електроприводі джерело електропостачання виконане у вигляді дизель-генераторної установки, що складається з дизеля і тягового генератора постійного струму, причому тяговий електропривід забезпечений восьмим транзистором і гальмівним резистором, сполученим послідовно і шунтувальним роздільним діодом, катод додаткового діода підключений до загальної точки з'єднання додатного виводу накопичувача енергії і анода восьмого зворотного діода, а загальна точка з'єднання анода розділового діода і емітера восьмого транзистора підключена до додатного виводу тягового генератора постійного струму, при цьому відмінний вивід тягового генератора підключений до полюсів вхідної діагоналі електричного мосту. Спільними ознаками даного технічного рішення та пропонованої корисної моделі є: імпульсне регулювання напруги якоря двигуна постійного струму, передача електричної енергії при гальмуванні двигуна на конденсаторний накопичувач, живлення в установлених режимах роботи двигуна від зовнішнього джерела постійного струму. Недолік відомого технічного рішення полягає в розсіюванні електричної енергії у вигляді тепла на гальмівному резисторі, який установлений у силовому колі, що створює додаткові втрати в схемі, неможливість передачі енергії від двигуна до конденсаторного накопичувача при рівності напруги двигуна та напруги конденсаторного накопичувача, що не дозволяє реалізувати процес накопичення енергії при середніх та малих значеннях електрорушійної сили двигуна. Дане технічне рішення вибрано як прототип корисної моделі, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача реалізації динамічних режимів тягового комплексу з двигуном постійного струму, шляхом керованої передачі електричної енергії між двигуном та конденсаторним накопичувачем, забезпечити зниження втрат електричної енергії в тяговому комплексі із формуванням необхідної інтенсивності її протікання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому технічному рішенні, що включає імпульсне регулювання напруги якоря двигуна постійного струму, передачу електричної енергії при гальмуванні двигуна на конденсаторний накопичувач, живлення в установлених режимах роботи двигуна від зовнішнього джерела постійного струму, згідно з корисною моделлю, задають швидкість обертання якоря двигуна постійного струму в сталому режимі, шляхом перетворення напруги зовнішнього джерела енергії формують номінальний струм збудження двигуна постійного струму, шляхом фазо-імпульсного регулювання мережевої напруги формують напругу якоря двигуна постійного струму, контролюють напругу якоря двигуна, контролюють струм якоря, шляхом регулювання напруги якоря забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої, у гальмівному режимі шляхом імпульсного дозування струму якоря двигуна забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею та накопиченням її у електростатичному вигляді, контролюють струм якоря двигуна, регулюють інтенсивність передачі енергії, контролюють напругу якоря двигуна, забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої, у режимі розгону шляхом імпульсного дозування струму електростатичного накопичувача забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею її до якоря двигуна, контролюють струм якоря двигуна, регулюють інтенсивність передачі енергії, контролюють напругу якоря двигуна, забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої. Вказані додаткові дії, послідовність та умови їх виконання дозволяють забезпечити зниження втрат електричної енергії в тяговому комплексі із формуванням необхідної 2 UA 103716 U 5 10 15 20 25 30 35 інтенсивності її протікання в динамічних режимах гальмування та розгону двигуна постійного струму. Запропонована корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 представлений алгоритм способу реалізації динамічних режимів тягового електротехнічного комплексу постійного струму з конденсаторним накопичувачем енергії, на фіг. 2 - блок-схема варіанта пристрою, що реалізує спосіб, на якій прийняті позначення: 1 - пантограф; 2 - трансформатор напруги; 3 - випрямна установка збудження; 4 - обмотка збудження тягового двигуна постійного струму; 5 - тиристорний випрямно-інверторний перетворювач; 6 - датчик струму тягових двигунів; 7 - якірна обмотка тягового двигуна постійного струму; 8 - датчик напруги двигунів; 9 датчик струму конденсаторного накопичувача енергії; 10 - блок керування конденсаторним накопичувачем енергії; 11 - конденсаторний накопичувач енергії. Спосіб реалізується діями та порядком, наведеним на фіг. 1, докладніше принципові особливості реалізації способу можна пояснити на схемі, представленій на фіг. 2. В стаціонарному режимі живлення якірної обмотки тягового двигуна постійного струму 7 здійснюють від тиристорного випрямно-інверторного перетворювача 5, з'єднаного через трансформатор напруги 2 з мережею змінного струму через струмоприймач (пантограф) 1. Випрямною установкою збудження 3 подають на обмотку збудження тягового двигуна постійного струму 4 струм, близький до номінального струму. При постійній швидкості обертання двигуна та постійному струмі обмотки збудження тягового двигуна 4 коло якірної обмотки тягового двигуна постійного струму 7 являє собою джерело електрорушійної сили постійної напруги. В динамічному режимі для реалізації гальмування (розгону) тиристорний випрямноінверторний перетворювач 5 блокують шляхом припинення формування імпульсів керування, блоком керування конденсаторним накопичувачем енергії 10 на підставі поточних значень струму обмотки якоря тягового двигуна постійного струму 7, що подається з виходу датчика струму тягового двигуна 6 на перший вхід блока керування конденсаторним накопичувачем енергії 10, напруги обмотки якоря тягового двигуна 7, що подається з виходу датчика напруги двигуна 8 на другий вхід блока керування конденсаторним накопичувачем енергії 10 та струму конденсаторного накопичувача енергії, що подається з виходу датчика струму конденсаторного накопичувача енергії 11 на третій вхід блока керування конденсаторним накопичувачем енергії 10, формує на виході сигнал керування конденсаторним накопичувачем енергії 11, який надходить на вхід останнього. При цьому сигнал управління конденсаторним накопичувачем енергії 11 формують, виходячи з помилки: iкне  іref  iкне , де кне іref - задане значення струму конденсаторного накопичувача енергії 11; кне iкне - поточне значення струму конденсаторного накопичувача енергії 11, 40 та відповідно до цього:  diкне di      0    iкне  HB, кне  0 ; 1, при  iкне  HB,     dt dt      uном   di di     1, при  i  кне  HB, кне  0    iкне  HB, кне  0 .      dt dt      Таким чином забезпечують перемикання силових ключів конденсаторного накопичувача енергії 11, коли похибка перевищує фіксовану величину - зону гістерезису HB  0,05іref . кне  іref кне 45 50  Заданим значенням струму зумовлюють величину інтенсивності розгону (гальмування), знаком «+» реалізацію режиму розгону, знаком «-» - гальмування. Це призводить до перезаряду конденсаторного накопичувача енергії 11. Зниження напруги конденсаторного накопичувача енергії 11 компенсують його зарядом від тиристорного випрямно-інверторного перетворювача 5 у статичному режимі. Таким чином, використання способу реалізації динамічних режимів тягового електротехнічного комплексу постійного струму з конденсаторним накопичувачем енергії дозволяє забезпечити накопичення електричної енергії, яка виробляється електродвигуном в процесі гальмування, та використання її в режимі розгону, шляхом блокування роботи тиристорного випрямно-інверторного перетворювача. 3 UA 103716 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Спосіб реалізації динамічних режимів тягового електротехнічного комплексу постійного струму з конденсаторним накопичувачем, що включає імпульсне регулювання напруги якоря двигуна постійного струму, передачу електричної енергії при гальмуванні двигуна на конденсаторний накопичувач, живлення в установлених режимах роботи двигуна від зовнішнього джерела постійного струму, який відрізняється тим, що задають швидкість обертання якоря двигуна постійного струму в сталому режимі, шляхом перетворення напруги зовнішнього джерела енергії формують номінальний струм збудження двигуна постійного струму, шляхом фазоімпульсного регулювання мережевої напруги формують напругу якоря двигуна постійного струму, контролюють напругу якоря двигуна, контролюють струм якоря, шляхом регулювання напруги якоря забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої, у гальмівному режимі шляхом імпульсного дозування струму якоря двигуна забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею та накопиченням її у електростатичному вигляді, контролюють струм якоря двигуна, регулюють інтенсивність передачі енергії, контролюють напругу якоря двигуна, забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої, у режимі розгону шляхом імпульсного дозування струму електростатичного накопичувача забезпечують електродинамічне накопичення енергії, з подальшою передачею її до якоря двигуна, контролюють струм якоря двигуна, регулюють інтенсивність передачі енергії, контролюють напругу якоря двигуна, забезпечують швидкість обертання якоря з мінімальним відхиленням від заданої. 4 UA 103716 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5