устройство для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей вагона метрополитена

Формула изобретения

Устройство для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей вагона метрополитена, содержащее две параллельные группы тяговых электродвигателей, в каждой из которых якорные обмотки тяговых электродвигателей соединены через диод в последовательную цепь с обмотками возбуждения, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы тока обмоток возбуждения, анодными реакторами, первыми ступенями тормозного резистора с тиристорами, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы напряжения якорных обмоток тяговых электродвигателей, вторыми ступенями тормозного резистора, параллельно которым подключены тиристоры, а начала якорных обмоток в каждой группе тяговых электродвигателей соединены через два первых индивидуальных контактора с входным индуктивно-емкостным фильтром, токоприемником и контактной сетью, а также через вторые два индивидуальных контактора они соединены по перекрестной схеме с началами обмоток возбуждения тяговых электродвигателей параллельных групп, параллельно анодным реакторам, обмоткам возбуждения и якорным обмоткам тяговых электродвигателей включены в обратном направлении диоды и между концами якорных обмоток тяговых электродвигателей и общей шиной питания также включены в обратном направлении диоды, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено в каждой группе тяговых электродвигателей конденсаторным накопителем энергии, дополнительными тремя тиристорами, дополнительными индивидуальным контактором и диодом, при этом аноды первого и второго дополнительных тиристоров подключены соответственно к аноду и катоду тиристорного регулятора напряжения якорных обмоток тяговых электродвигателей, а катодами они подключены к положительному полюсу конденсаторного накопителя энергии и через дополнительные индивидуальный контактор и диод к началу якорных обмоток тяговых электродвигателей, третий дополнительный тиристор включен последовательно с второй ступенью тормозного резистора, отрицательный полюс конденсаторного накопителя энергии соединен с общей шиной питания устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим системам транспортных средств с двигателями постоянного тока, в частности к устройствам для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей вагона метрополитена.

Известно устройство (Скибинский В. А. , Карасев С.И., Бриксман Я.А. "Электрооборудование "ПУЛЬС" новых вагонов" - Локомотив, 12, 1997, с. 32-33) для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей вагонов метрополитена, содержащее две группы тяговых электродвигателей с тиристорно-импульсными регуляторами напряжения якорных обмоток и тока обмоток возбуждения тяговых электродвигателей, тормозными резисторами, диодами, тиристорами и контакторами.

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, так как оно может использоваться только на линиях метрополитена с тяговыми подстанциями, оборудованными устройствами для приема энергии рекуперации.

Целью изобретения является расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что устройство для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей вагона метрополитена, содержащее две параллельные группы тяговых электродвигателей, в каждой из которых якорные обмотки тяговых электродвигателей соединены через диод в последовательную цепь с обмотками возбуждения, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы тока обмоток возбуждения, анодными реакторами, первыми ступенями тормозного резистора с тиристорами, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы напряжения якорных обмоток тяговых электродвигателей, вторыми ступенями тормозного резистора, параллельно которым подключены тиристоры, а начала якорных обмоток в каждой группе тяговых электродвигателей соединены через два первых индивидуальных контактора с входным индуктивно-емкостным фильтром, токоприемником и контактной сетью, а также через вторые два индивидуальных контактора они соединены по перекрестной схеме с началами обмоток возбуждения тяговых электродвигателей параллельных групп, параллельно анодным реакторам, обмоткам возбуждения и якорным обмоткам тяговых электродвигателей включены в обратном направлении диоды и между концами якорных обмоток тяговых электродвигателей и общей шиной питания также включены в обратном направлении диоды, отличающееся тем, что с целью расширения области применения, оно снабжено в каждой группе тяговых электродвигателей конденсаторным накопителем энергии, дополнительными тремя тиристорами, дополнительными индивидуальным контактором и диодом, при этом аноды первого и второго дополнительных тиристоров подключены соответственно к аноду и катоду тиристорного регулятора напряжения якорных обмоток тяговых электродвигателей, а катодами они подключены к положительному полюсу конденсаторного накопителя энергии и через дополнительные индивидуальный контактор и диод к началу якорных обмоток тяговых электродвигателей, третий дополнительный тиристор включен последовательно с второй ступенью тормозного резистора, отрицательный полюс конденсаторного накопителя энергии соединен с общей шиной питания устройства.

На чертеже показана схема устройства.

Якорные обмотки 1, 3 и 2, 4 тяговых электродвигателей соединены через диоды 5 и 6 последовательно с обмотками 7, 9 и 8, 10 возбуждения, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы 11 и 12 тока обмоток возбуждения, анодными реакторами 13 и 14, первыми ступенями 15 и 16 тормозного резистора с тиристорами 17 и 18, параллельно которым подключены тиристорные регуляторы 19 и 20 и вторыми ступенями 21 и 22 тормозного резистора, параллельно которым подключены тиристоры 23 и 24. Начала якорных обмоток 1 и 2 соединены через первые индивидуальные контакторы 25 и 26 с входным индуктивно-емкостным фильтром 27 и 28, токоприемником 29 и контактным рельсом 30, а через вторые индивидуальные контакторы 31 и 32 по перекрестной схеме с началами обмоток 7 и 8 возбуждения тяговых электродвигателей параллельных групп, начала якорных обмоток 1 и 2 соединены также через диоды 33 и 34, включенные в обратном направлении, с концами анодных реакторов 13 и 14, а концы якорных обмоток 3 и 4 соединены через диоды 35 и 36, включенные в обратном направлении, с общей шиной питания устройства. Вновь введенными элементами являются конденсаторные накопители энергии 37 и 38, дополнительные тиристоры 39 - 44, дополнительные индивидуальные контакторы 45, 46 и дополнительные диоды 47, 48.

К положительному полюсу накопителя 37 энергии подключены катоды дополнительных тиристоров 39 и 41, а их аноды подключены соответственно к анодам и катодам тиристорного регулятора 19. Положительный полюс накопителя 37 энергии также соединены через дополнительные индивидуальные контактор 45 и диод 47 с началом якорной обмотки 1. К положительному полюсу накопителя 38 энергии подключены катоды дополнительных тиристоров 40 и 42, а их аноды подключены соответственно к аноду и катоду тиристорного регулятора 20. Положительный полюс накопителя энергии 38 также соединен через дополнительные индивидуальные контактор 46 и диод 48 с началом якорной обмотки 2. Отрицательные полюсы накопителей энергии 37 и 38 подключены к общей шине питания устройства. Дополнительные тиристоры 43 и 44 включены последовательно с вторыми ступенями 21 и 22 тормозного резистора.

Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии, когда вагон находится в отстое и токоприемник 29 отсоединен от контактного рельса 30, конденсатор 28 входного фильтра и конденсаторные накопители энергии 37 и 38 разряжены (цепи разряда на схеме не показаны). При подключении токоприемника 29 к контактному рельсу 30 происходит заряд конденсатора 28 входного фильтра до напряжения контактной сети (цепь заряда на схеме не показана). Конденсаторные накопители энергии 37 и 38 разряжены и их состояние контролируется датчиками напряжения (на схеме датчики не показаны). При первоначальном пуске вагона, т.е. когда напряжение на накопителях энергии 37 и 38 равно нулю, включаются индивидуальные контакторы 25 и 26, тиристоры 41 и 42 и задается импульсный режим работы тиристорных регуляторов 19 и 20, обеспечивающих заданный уровень тока в параллельных цепях тяговых электродвигателей. Под действием протекающего тока начинается заряд конденсаторных накопителей энергии 37 и 38.

При заряде накопителей энергии 37 и 38 до уровня напряжения, соответствующего падения напряжения на ступенях 21 и 22 тормозного резистора в режиме торможения, с тиристоров 41 и 42 снимаются сигналы управления и включаются тиристоры 23 и 24. В результате этого тиристоры 41 и 42 закрываются и заряд накопителей энергии прекращается.

Продолжение пуска тяговых электродвигателей происходит в известном порядке: регуляторы 19 и 20 доводят напряжение на якорных обмотках 1, 3 и 2, 4 до уровня напряжения контактной сети, и затем начинают работать регуляторы 11, 12 тока обмоток возбуждения тяговых электродвигателей.

Для переключения устройства в режим торможения тяговых электродвигателей контакторы 25 и 26 размыкают, а контакторы 31 и 32 замыкают. Торможение тяговых электродвигателей начинается с режима рекуперации.

При рекуперации в зоне высоких скоростей, когда тяговые электродвигатели работают с помощью регуляторов 11 и 12 в режиме ослабления тока обмоток возбуждения, включают тиристоры 17, 18 и 41, 42. При этом ток якорных обмоток 1 и 3 проходит через контактор 31, обмотки 8 и 10 возбуждения, анодный реактор 14, ступень 16 тормозного резистора, тиристоры 18 и 42, конденсаторный накопитель энергии 38, общую шину питания, диод 35. Аналогичным образом и по соответствующим элементам проходит ток тяговых электродвигателей параллельной цепи. Конденсаторные накопители 37 и 38 энергии начинают заряжаться полным током тяговых электродвигателей.

В указанном режиме рекуперации происходит совместная работа тиристорных регуляторов 11, 12 и 19, 20. Регуляторы 11, 12 тока обмоток возбуждения поддерживают по мере снижения скорости движения вагона заданный уровень напряжения якорных обмоток тяговых электродвигателей. Регуляторы 19, 20, изменяя сопротивление ступеней 15 и 16 тормозного резистора, поддерживают по мере заряда конденсаторных накопителей 37, 38 энергии заданный уровень тока якорных обмоток 1, 3 и 2, 4 тяговых электродвигателей.

При выходе тяговых электродвигателей на полное поле (зона низких скоростей) или при начале торможения в зоне низких скоростей, тиристорные регуляторы 11, 12 тока обмоток возбуждения выключаются, напряжение якорных обмоток 1, 3 и 2, 4 по мере снижения скорости вагона начинает уменьшаться, и поддержание тока цепи на заданном уровне обеспечивается только регуляторами 19 и 20 сопротивления ступеней 15 и 16 тормозного резистора. При уменьшении напряжения якорных обмоток 1, 3 и 2, 4 до уровня, не обеспечивающего заданное значение тока цепи, устройство переключается в режим импульсной рекуперации энергии. Для этого снимают управляющие импульсы с тиристоров 17, 18, которые затем выключаются, и выключают тиристоры 39, 40, 43, 44.

При включении тиристоров 43 и 44 тиристоры 41 и 42 закрываются под действием встречно-направленного напряжения на накопителях 37 и 38 энергии, а ток цепи проходит через регуляторы 19 и 20 при их импульсном включении и ступени 21 и 22 тормозного резистора или через тиристоры 39, 40 и накопители 37, 38 при импульсном выключении регуляторов 19 и 20. Импульсный заряд накопителей 37 и 38 происходит за счет энергии, накопленной в индуктивностях якорных обмоток 1-4, обмоток возбуждения 7-10 и анодных реакторов 13 и 14.

При заряде накопителей энергии 37 и 38 до уровня напряжения в контактной сети включаются тиристоры 17, 18 и снимаются управляющие сигналы с тиристоров 39, 40. Тиристоры 39, 40 при очередном включении регуляторов 19, 20 выключаются, и в устройстве реализуется известный режим реостатного торможения с тормозными резисторами 15, 21 и 16, 22.

Последующий после торможения пуск тяговых двигателей происходит в следующей последовательности. В начальный момент пуска включают дополнительные контакторы 45, 46, тиристоры 23, 24 и задают импульсный режим работы тиристорных регуляторов 19, 20, обеспечивающих заданный уровень тока тяговых электродвигателей. Питание тяговых электродвигателей в этом режиме осуществляется от конденсаторных накопителей 37, 38 энергии. При уменьшении напряжения на накопителях 37, 38 энергии до уровня, не обеспечивающего заданное значение тока тяговых электродвигателей, замыкаются контакторы 25, 26. В результате этого дополнительные диоды 47, 48 закрываются, контакторы 45, 46 размыкают, разряд накопителей энергии 37, 38 прекращается, и пуск тяговых электродвигателей осуществляется от контактной сети в указанной выше последовательности.

Таким образом, устройство обеспечивает рекуперативное торможение на линиях метрополитена с тяговыми подстанциями, не оборудованными устройствами для приема энергии рекуперации.