Испытательный стенд электропривода локомотива

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 M 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4878920/11 (22) 30,10.91 (46) 15,01.93 Бюл. ¹ 2 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им, M.È. Калинина (72) Л.А. Манашкин, А,M. Бондарев, P.I0. Пацовский и Ю.Н. Ивченко (56) Авторское свидетельство ССС

¹ 67786, кл. 6 01 М 17/00, 1944 г.

Иванов И,А. и др. Экспериментальный стенд электропривода с асинхронными тяговыми двигателями. — Известия высших учебных заведений, Электромеханика, 1987, ¹ 6, с, 66 — 70. (54) ИСПЫТАТЕЛЪНЫЙ СТЕНД ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЛОКОМОТИВА (57) Использование; испытания и наладка системы питания и защиты тяговых двигатеИзобретение относится к локомотивостроению и связано с созданием стендовых устройств для испытаний электроприводов и тяговых двигателей локомотива.

При создании и производстве локомотивов необходимы испытания электроприводов и тяговых двигателей с помощью стендовых устройств, Достоверность результатов испытаний достигается за счет использования стендов, способных имитировать работу этих устройств в реальных условиях.

Известен стенд для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотива с электропередачей, содержащий электродвигатель и нагрузочную машину, имитирующую тяговую нагрузку.

„„5U„„17SS454 А1 лей локомотива, Сущность изобретения; силовая часть сосуда содержит систему питания, тяговый двигатель, муфту, нагрузочную электрич. машину, реостат и регулируемый источник напряжения. В управляющую часть входят моделирующий блок, контроллер, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости, блок прерывания и вспомогательный источник напряжения.

Стенд обеспечивает имитацию условий эксплуатации локомотива, При этом в режимах трогания с места, тяги и буксований имеет место запись процессов изменения напряжений — аналогов усилий в элементах электроп ривода, а также процессов изменения токов и напряжений в системе питания тяговых двигателей. 1 ил.

Недостатком этого стенда является невозможность имитации буксований колесных пар локомотива, которые оказывают большое влияние на работу тягового привода.

Наиболее близким по технической сути аналогом является экспериментальный стенд электропривода, содержащий подключенный к системе питания тяговый двигатель, вал которого посредством муфты связан с валом нагрузочной электрической. машины, имитирующей тяговую нагрузку.

Недостатки указанного стенда заключаются в том, что не в полной мере воспроизводятся реальные условия эксплуатации, а именно не имитируется режим буксования колесных пар локомотива; не учитывается взаимодействие состава вагонов и локомо1788454

25

40

50 тива при троганиях поездов и при движении по переломам продольного профиля пути.

Цель изобретения — повышение достоверности результатов испытаний за счет более полной имитации условий эксплуатации локомотива.

Это достигается тем, что в стенд введен реостат, регулируемый источник напряжения, узел моделирования локомотива с составом вагонов, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости .вала тягОвого двигателя, блок прерывания, вспомогательный источник напряжения и контроллер, причем реостат и регулируемый источник напряжения включены последовательно в цепь обмотки якоря нагрузочной электрической машины, входы узла моделирования соединены с выходами обоих датчиков и первым выходом контроллера, а выход — co входом регулиру- 20 емого источника напряжения и первым входом блока прерывания, второй выход контроллера подключен ко входу системы питания, а выход вспомогательного источника подключен ко второму входу блока прерывания, выход которого включен на контакты обмотки независимого возбуждения нагрузочной электрической машины, На чертеже показана структурная схема испытательного стенда электропривода ло- 30 комотивд.

Испытательный стенд содержит систему питания 1 тяговых двигателей локомотива, на выход которой подключен тяговый двигатель 2, Вал тягового двигателя посредством муфты 3 связан с валом нагрузочной электрической машины 4, В цепи обмотки якоря нагрузочной электрической машины последовательно включены реостат 5 и выход регулируемого источника 6 напряжения. Вход регулируемого источника 6 соединен с выходом узла моделирования 7 локомотива с составом вагонов, Узел моделирования имеет три входа. Первый вход узла моделирования 7 соединен с первым 45 выходом контроллера 8, второй — с выходом датчика тока 9 якоря нагрузочной электрической машины 4, третий — с выходом датчика угловой скорости 10 вала тягового двигателя 2, Второй выход контроллера 8 соединен с входом системы питания 1. На выход узла моделирования 7 включен первый вход блока прерывания 11. Второй вход блока прерывания 11 соединен с выходом вспомогательного источника 12 напряжения. Выход блока прерывания 11 включен в цепь обмотки возбуждения нагрузочной электрической машины 4.

В основу построения схем узла моделирования 7, а также взаимодействия блоков между собой положены известны дифференциальные и алгебраические уравнения, описывающие движение локомотива с составом вагонов, Эти уравнения имеют вид

Vn=

1 (п1к Sa — Qn) п =М(Sа — Qc)

° - 1 мл Мс

Цлс — Vn п °

Sa = 1(Цлс Цлс) Mc = к

= N1 + » mi Oc (х — Xi ), х = Vn, 1-1

xi =хi-g+Ai <,i =2,k, М,9

Fx = 1Ч =т2(ск) и гзк

Чск = Вк Г, — Чл, „— Мр, гш

Енг = 0и + 1а R, 0и = <3 (к) где Vn и Чп — линейные скорости движения локомотива и состава вагонов, соответственно; и — число колесных пар локомотива;

Гк — сила тяги колесной пары локомотива; Sà — сила взаимодействия локомотива и состава вагонов; Qn u Qc — продольные составля-. ющие сил тяжести локомотива и состава, возникающие при движении поезда по уклону; Мл и Мс — массы локомотива и состава вагонов. п11 — масса первого вагона состава;

mi — масса i-ro вагона состава; о,.(x — x,)— единичная функция Хевисайдэ, значение которой равно 1, если х< xi или О, при x xi

Л -1. — зазор между i-м и i — 1-м вагонами состава; х — перемещение локомотива; xi— перемещение локомотива от момента трогания с места до момента начала движения

1-го вагона; цл, — взаимное перемещение локомотива и состава вагонов; Ч вЂ” коэф-. фициент сцепленйя колес локомотива с рельсами; V« — относительная скорость проскальзывания колес локомотива по рельсам; а, — угловая скорость вращения колесной пары локомотива; rK — радиус колеса колесной пары локомотива; вр — угловая скорость вращения вала тягового . двигателя; гак, гщ — радиусы зубчатого колеса и шестерни тяговой передачи локомотива; Еиг — э.д,с. нагрузочной электрической машины; 0и — напряжение на выходе регулируемого источника; ток обмотки якоря нагрузочной машины; R — сопротивление реостата.

Конструктивно стенд состоит из следующих устройств и блоков, взаимосвязанных друг с другом.

Система питания 1 представляет собой преобразователь с системой управления и защиты для питания тяговых двигателей локомотива.

1788454

Тяговый двигатель 2 представляет собой двигатель постоянного или переменного тока (в зависимости от типа системы питания), обеспечивающий тягу локомотива. 5

Муфта 3 — соединительное устройство, передающее вращающий момент от тягового двигателя 2 нагрузочной электрической машине 4.

Нагрузочная электрическая машина 4 — 10 электрическая машина постоянного тока независимого возбуждения с мощностью такого же порядка, что и тяговый двигатель

2. . Реостат 5 — реостат, способный рассеи- 15 вать преобразованную в тепловую часть энергии, вырабатываемую нагрузочной электрической машиной 4.

Регулируемый источник 6 — однофазный источник постоянного напряжения с диапа-- 20 зоном регулирования, определяемым величиной напряжения, вырабатываемого нагрузочной электрической машиной 4.

Узел моделирования 7 локомотива с составом вагонов — устройство на базе блоков 25 вычислительных машин дискретного или непрерывного действия, работающее в реальном масштабе времени.

Контроллер 8 — контроллер машиниста или его имитатор, задающий режим движе- 30 ния локомотива.

Датчик тока 9 — устройство, преобразующее ток обмотки якоря нагрузочной машины в напряжение — аналог этого тока.

Датчик угловой скорости 10 — тэхогене- 35 ратор, преобразующий угловую скорость вращения вала тягового двигателя 2 в напряжение-аналог этой угловой скорости.

Блок прерывания 11 представляет собой устройство, работающее по логической 40 схеме И.

Вспомогательный источник 12 напря. жения — однофэзный источник постоянного напряжения, питающий независимую обмотку возбуждения нагрузочной электриче- 45 ской машины 4.

Стенд в соответствии с характером движения реального локомотива с составом ваганов имитирует следующие режимы: трогание с места, движение в режиме тяги с 50 определенной скоростью, буксование колесных пар локомотива.

При трогании с места поезда локомоти- . ву необходимо развить тяговое усилие от нуля до некоторого значения в течение тре- 55 буемого промежутка времени, обеспечивающее разгон поезда определенной массы на любом прямолинейном в плане участке продольного профиля пути до некоторой скорости при условии, что усилия в автосцепных устройствах не превысят норма- . тивных значений, Имитация трогания с места осуществляется следующим образом. По сигналу извне контроллер 8 подает сигнал пуска в ход локомотива, обеспечивающий заданный закон изменения скорости, на выходы системы питания 1 и узла моделирования 7 локомотива с составом вагонов. Получив этот сигнал, система питания 1 формирует токи и напряжения, которые, поступая на тягoablA двигатель 2. обеспечивают его разгон. Тяговый двигатель 2 посредством муфты 3 вращает якорь нагрузочной электрической машины 4, Машина 4, работая в режиме генератора постоянногО тока и имея независимое возбуждение, имитирует нагрузки на вал тягового двигателя 2 изменением нагрузочн ого момента, Нагрузочный момент машины 4 определяется величиной тока обмотки якоря, который зависит от величины реостата 5 и напряжения регулируемого источника 6.

С другой стороны, получив сигнал от контроллера 8, узел моделирования 7 вырабатывает управляющий сигнал, обеспечивающий изменение силы тяги колесной пары локомотива в соответствии с изменением скорости, и передает его на входы регулируемого источника 6 напряжения и блока прерывания 11.

Блок прерывания 11 работает на логической схеме И, т,е., если на вход 1 подается ненулевой сигнал, то напряжение вспомога тельного источника 12 поступит на независимую обмотку возбуждения нэгрузочной электрической машины 4. Таким образом, получив с выхода узла моделирования 7 управляющий сигнал на вход 1, блок прерывания 11 передает поступившее на его вход 2 напряжение вспомогательного источника

12 на обмотку возбуждения нагрузочной машины 4. Нагрузочная машина 4 начинает работать как генератор постоянного тока и создает нагрузочный момент нэ валу тягового двигателя 2.

Регулируемый источник 6, получивший на вход сигнал от узла моделирования 7, вырабатывает напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения, вырабатываемого нагрузочной машиной 4, и частично компенсирующее это напряжение, за счет чего осуществляется управление током якоря, а следовательно и нагрузочным моментом машины 4, через реостат 5.

Таким образом, тяговый двигатель 2 нагружается электрической машиной 4, при этом нагрузочный момент пропорционален силе тяги колесной пары локомотива с учетом условий его движения, При этом силу

1788454 тяги локомотива и условия его движения имитирует узел моделирования 7 в соответствии с уравнениями, приведенными выше.

Обратная связь при работе стенда осуществляется при помощи датчиков 9 и 10.

На основании сигналов датчика тока 9 якоря нагрузочной машины и датчика угловой скорости 10 вала тягового двигателя узел моделирования 7 осуществляет контроль за имитацией трогания с места. Когда скорость вращения вала тягового двигателя 2 станет соответствовать требуемому значению скорости движения локомотива, то имитация процесса трогания с места локомотива с составом вагонов считается завершенной.

В режиме тяги локомотиву необходимо реализовать тяговое усилие, обеспечивающее движение поезда определенной массы на любом прямолинейном в плане участке продольного профиля пути с заданной скоростью, При этом имитация указанного режима движения на стенде осуществляется следующим образом. B отличие от имитации режима трогания, по сигналу извне контроллер 8 подает сигнал не пуска в ход, а движения с заданной скоростью на выходы системы питания 1 и узла моделирования

7. В соответствий с ним узел моделирования

7 вырабатывает сигнал, пропорциональный не изменению силы тяги в соответСтвии с изменением скорости, а величина силы тяги колесной пары, соответствующей заданной скорости, Взаимодействие остальных элементов стенда осуществляется таким >ке способом, как и при имитации трогания с места, Буксование колесных пар возникает при резком уменьшении сил трения на контакте колеса с рельсами или при черезмерном сопротивлении состава движению и приводит к резкому снижению силы тяги и возрастанию скорости вращения колес, Поскольку буксование может иметь место при трогании поезда или его движении в режиме тяги с заданной скоростью, то имитация буксования может начинаться либо с имитации трогания, либо с имитации режима тяги, По внешнему сигналу контроллер 8 вы ра-. батывает управляющий сигнал и подает его на выходы системы питания 1 и узла моделирования 7 локомотива с составом вагонов, Получив этот сигнал система питания. 1 формирует токи и напряжения, которые, поступая на тяговый двигатель 2, который, вырабатывая момент, через муфту 3 вращает вал на рузочной электрической машины 4, Одйовременно, получив от контроллера

8 входной сигнал, узел моделирования 7 в соотве>тСтвйи с измененйем признака наличия буксования вырабатывает нулевой выходной сигнал, имитирующий исчезновение силы тяги при буксовании, и передает его на выходы блока прерывания 11 и регулируемого источника 6 напряжения, Поскольку на вход блока. прерывания 11 подается нулевой сигнал, этот блок отключает вспомогательный источник 12 напряжения от независимой обмотки l0 возбуждения нагрузочной машины 4

Таким образом, электрическая машина

4 HB создает нагрузочног0 момента на валу тягового двигателя 2. Тяговый двигатель 2 оказывается нагруженным только инерцией вращающихся масс нагрузочной машины 4, Скорость вращения тягового двигателя 2 в этом случае резко возрастает, т.е, происходит имитация буксования колесной пары.

Выход из режима буксования осуществ20 ляется изменением признака наличия буксования в узле моделирования 7, по которому этот узел начинает вырабатывать ненулевой выходной сигнал, пропорциональный силе тяги колесной пары той же величины, которая предшествовала буксованию, Далее стенд имитирует режим, пред-. шествующий буксованию, В процессе работы стенда в ре>кимах трогэния с места, тяги и буксования регистрирующим устройством (не показано, запи-.

30 сыва ются процессы изменения напряжений — аналогов усилий в элементах привода, а также изменение токов и напряжений в системе питания и тяговом двигателе, Таким образом, имитация трогания с места, движения в режиме тяги локомотива с составом вагонов и буксования колесных пар локомотива позволяет приблизить ис40 пь1тания электропривода локомотива к реальным эксплуатационным условиям, что дает воэможность получить более достоверные результаты испытаний, 50 нагрузочной электрической машины, имитирующей Тяговую нагрузку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, Что, с целью повышения достоверности испытаний за счет более полной имитации условий эксплуатации электропривода, в него

55 введены реостат, регулируемый источник напряжения, узел моделирования локомотива с составом вагонов, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости вала тягового. двигателя, блок прерывания, вспомогательный источник на45 Фоомула изобретения

Испытательный стенд электропривода локомотива, содержащий подключенный к системе питания тяговый двигатель, вал которого посредством муфты связан с валом

1788454

Составитель Р.Пацовский

Техред М,Моргентал . Корректор Т,Палий

Редактор

Заказ 70 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

I пряжения и контроллер, причем реостат и регулируемый источник напряжения включены последовательно в цепь обмотки якоря нагрузочной электрической машины, входы узла моделирования соединены с выходами обоих датчиков и первым выходом контроллера, а выход — с входом регулируемого источника напряжения и первым входом блока прерывания, второй выход контроллера подключен к входу системы питания, а выход вспомогательного источника напряжения соединен с вторым входом бло5 ка прерывания, выход которого включен на контакты обмотки независимого возбуждения нагрузочной электрической машины,