схема для питания электрической машины постоянного тока

Формула изобретения

1. Схема для питания электрической машины постоянного тока с обмоткой якоря (14) и обмоткой возбуждения (11), отличающаяся тем, что обмотка возбуждения (11) на выходе полупроводникового преобразователя (6) соединена с другой фазой (7) того же или другого источника напряжения, чем обмотка якоря (14).

2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что токи через обмотку возбуждения (11) и/или обмотку якоря (14) являются регулируемыми непрерывно.

3. Схема по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что две электрические машины постоянного тока соединены с полупроводниковым преобразователем (6) через перекрещивание возбуждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к схеме для питания электрической машины постоянного тока с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения.

Подобная схема известна из опубликованной немецкой заявки на патент DE 19726233 A1.

Она служит для соответствующего питания электродвигателя постоянного тока от источника постоянного напряжения необходимого режима работы. В случае тяговых электродвигателей, например для локомотивов и т.п., этими режимами работы являются режим движения и режим торможения соответственно для обоих направлений вращения двигателя (движение вперед и назад). В качестве регулятора цепи якоря, регулятора возбуждения и регулятора торможения используют компактный полупроводниковый преобразователь, состоящий, например, из трех фаз регулятора возбуждения и двух фаз регулятора торможения на одном общем конденсаторе звена постоянного тока. Обмотка возбуждения находится в соединении через линию с обмоткой якоря и за счет этого управляется одинаковым образом.

В известной схеме необходимы контакторы направления, чтобы иметь возможность изменять направление тока в двигателе для изменения направления движения вперед и назад. Известная схема поэтому является сложной с точки зрения аппаратуры. Ослабление поля является возможным только ступенчато с применением контакторов.

В основе изобретения лежит задача указания улучшенной схемы, которая позволяет без сложных контакторов направления эксплуатировать электродвигатель вперед и назад и соответственно в режиме движения и в режиме торможения и/или позволяет реализовать непрерывное ослабление поля возбуждения с помощью регулятора возбуждения.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что обмотка возбуждения на выходе полупроводникового преобразователя соединена с другой фазой того же или другого источника напряжения, чем обмотка якоря.

Тем самым достигается преимущество, что полупроводниковый преобразователь работает как регулятор цепи якоря и регулятор возбуждения, в то время как силы тока в обмотках статора и якоря могут управляться отдельно. Следовательно, могут быть сэкономлены выпрямители, диоды и при подходящих обстоятельствах контакторы направления. За счет подходящего выбора силы тока предпочтительным образом электрическая машина постоянного тока может при необходимости эксплуатироваться вперед и назад. Это является возможным за счет того, что ток якоря можно устанавливать независимо от тока статора и тем самым также его направление протекания можно реверсировать единственно путем подходящего управления фаз.

Также переключение с режима движения на режим торможения можно производить единственно за счет выбора сил тока и направлений тока в статоре и якоре.

При этом полупроводниковым преобразователем (компактный преобразователь) выполняются задачи регулятора возбуждения.

Например, является возможным непрерывное регулирование токов через обмотку возбуждения и/или через обмотку якоря без использования контакторов только полупроводниковым преобразователем. При необходимости ток статора может быть меньше, чем ток якоря.

С помощью последующих фаз является возможным изменение полярности возбуждения при экономии диодных выпрямителей и контакторов направления.

В случае если имеются два электродвигателя, они могут быть соединены через так называемое перекрещивание возбуждения. При этом первая фаза соединена с якорем первого электродвигателя и статором второго электродвигателя, в то время как вторая фаза соединена с якорем второго электродвигателя и статором первого электродвигателя. Перекрещивание возбуждения производится при переходе от движения к торможению самостоятельно за счет действия диодов без приведения в действие контакторов.

С соответствующей изобретению схемой достигается то преимущество, что машина постоянного тока без применения сложных контакторов и диодов только с известным полупроводниковым преобразователем в режиме вперед и назад может быть использована как для движения, так и для торможения.

Примеры для такой схемы поясняются более подробно с помощью чертежа. При этом показано:

Фиг.1 - схема, которая требует только две фазы преобразователя, зато, однако, еще контакторы направления и диоды,

Фиг.2 - подобная схема без диодов и без контакторов направления,

Фиг.3 - схема с возможностью перекрещивания возбуждения и хорошим использованием полупроводникового преобразователя, но без регулятора возбуждения,

Фиг.4 - вариант схемы согласно Фиг.2.

На всех фигурах стрелки указывают направление тока. Движение и торможение отличаются друг от друга тем, что ток якоря изменяет свое направление, в то время как ток статора сохраняет свое направление. При движении назад в случае Фиг.1 и 3 реверсируют направление тока якоря. В случае Фиг.2 и 4 реверсируют направление тока статора (ток возбуждения).

В случае если за счет подходящей схемы может свободно устанавливаться направление тока статора (Фиг.2 и 4), реверсирование направления движения можно производить также путем реверсирования тока статора. Тогда не требуются никакие контакторы.

Схема состоит из соединенной с контактным проводом 1 первой линии 2 и второй линии 5, соединенной по крайней мере с одним колесом 3, которое находится в контакте с рельсом 4. Между этими двумя линиями 2 и 5 расположен известный полупроводниковый преобразователь 6, от которого отходят три различные фазы 1, 8 и 9. Каждая фаза соединена с дросселем 10, который имеет конденсатор.

Согласно Фиг.1 первая фаза 7 соединена с обмоткой возбуждения 11, параллельно которой включен постоянный шунт 12. Обмотке возбуждения 11 придана диодная мостовая схема. Вторая фаза 8 в обход обмотки возбуждения 11 находится непосредственно в соединении с обмоткой якоря 14 электродвигателя через линию 15. Перед обмоткой якоря 14 могут быть включены шунтируемые тормозные сопротивления 16. Исходя от обмотки якоря 14, альтернативно замыкаемые через контакторы направления 17, 18 линии ведут к первой или второй линиям 2 или 5.

При полном возбуждении первая фаза 7 проводит только ток якоря. Для того чтобы при торможении не появлялась слишком большая токовая нагрузка второй фазы 8 (ток якоря и ток в первой фазе стали бы суммироваться во второй фазе 8), имеются диоды 13 выпрямителя для питания цепей возбуждения диодной мостовой схемы. Третью фазу 9 включают параллельно к первой фазе 7 только при необходимости, чтобы повысить мощность полупроводникового преобразователя 6. По выбору можно подключать третью фазу 9 с целью повышения мощности параллельно к первой фазе 7 или привлекать для питания второго электродвигателя с независимым регулированием. Для этого в случае привода с двумя электродвигателями к фазе 9 через линию 9* может быть подключен якорь второго электродвигателя 14*. Его обмотку возбуждения 11* тогда включают последовательно к обмотке возбуждения 11 первого электродвигателя 14.

Фиг.2 соответствует в основном Фиг.1. Однако здесь нет диодов 13 выпрямителя для питания цепей возбуждения. Кроме того, отсутствует соединительная линия от контактора 17 между обмоткой якоря 14 и первой линией 2. Контактор 18 в линии 5 отпадает. Кроме того, третья фаза 9 точно так же, как и первая фаза 7, параллельно соединена со второй фазой 8. За счет параллельного включения отдельная нагрузка фаз 7, 8 и 9 уменьшается настолько, что можно отказаться от диодов 13 выпрямителя для питания цепей возбуждения. Для движения назад можно путем подходящего управления полупроводникового преобразователя 6 реверсировать направление тока в обмотке возбуждения 11 так, что можно отказаться от контактора 17 и от соответствующей линии. Также показанный в соединительной линии от обмотки якоря 14 ко второй линии 5 контактор 18 не является обязательным. Он, однако, может быть предусмотрен для прерывания тока в аварийной ситуации. Эту функцию может, однако, брать на себя также включенный параллельно к тормозным сопротивлениям 16 контактор.

На Фиг.3 дана подходящая схема для перекрещивания возбуждения за счет подходящей схемы включения (параллельно включенный контактор) 19, причем обмотка возбуждения 11а первого электродвигателя может быть соединена с обмоткой якоря 14b второго электродвигателя и обмотка возбуждения 11b второго электродвигателя с обмоткой якоря 14а первого электродвигателя. За счет другого коммутационного положения, однако, могут быть соединены друг с другом также соответственно обмотка возбуждения и обмотка якоря одного и того же электродвигателя.

Со схемой на Фиг.4 обмотка якоря 14 является полностью независимой от обмотки возбуждения 11. Первая фаза 7 и третья фаза 9 соединены в виде так называемого Н-образного моста. Ток через обмотку возбуждения 11 можно реверсировать для движения назад так, что можно отказаться от контакторов 17 и 18. Этот вариант схемы является очень предпочтительным в случае параллельного возбуждения, так как тогда не текут никакие токи статора. В случае последовательного возбуждения устройства являются более выгодными схемы согласно Фиг.1 или 2.

Все схемы являются применимыми по смыслу также в случае компактных преобразовательных схем с четырьмя фазами, например четырьмя квадрантными регуляторами. В принципе является возможным повышение мощности за счет параллельного включения фаз того же самого полупроводникового преобразователя 6 или также других преобразователей.

Во всех схемах согласно Фиг.1 или 2 и 4 силу тока в различных фазах 7, 8 и 9 можно устанавливать независимо друг от друга. За счет этого сила тока в обмотке возбуждения 11 может быть также больше, чем сила тока в обмотке якоря 14. Протекающая через постоянный шунт 12 на обмотке возбуждения 11 токовая составляющая может быть компенсирована.

Во всех схемах за счет дросселей 10 в виде многофазного дросселя с уравнительным плечом достигается конструкция, экономящая вес ферромагнитного сердечника и позволяющая иметь равномерный нагрев. Так как дроссели 10 расширены конденсаторами до фильтров, нагрузки по напряжению обмоток и потери в электродвигателе снижаются. Это является предпочтительным особенно относительно модернизации приводов постоянного тока при сохранении старых электродвигателей.

В частности, достигается преимущество, что без сложных схемных элементов только с обычными полупроводниковыми преобразователями 6 электродвигатель можно использовать для режима вперед и назад и, соответственно, для режима движения и торможения.