Устройство для управления приводом электровоза переменного тока

 

Использование: в электрофицированном железнодорожном транспорте. Сущность изобретения: повышение средней величины силы тяги, реализуемой электровозом по условиям сцепления колес с рельсами, за счет предотвращения синхронных боксований. При потери сцепления группы колесных пар токи якорей тяговых двигателей (ТД), связанных с этими колесными парами, начинают падать и, если падает сигнал на выходе блока перемножения, пропорциональный силе тяги электровоза, то это означает наступление момента предсинхронного боксования. Большая часть мощности, подводимой к ТД, расходуется на увеличение скорости скольжения боксующих колесных пар. В этом случае знак производной сигнала на выходе первого дифференциатора - положительный, а на выходе второго дифференциатора - отрицательный, что вызывает появление положительного сигнала на выходе элемента И и на вычитающем входе элемента сравнения регулятора силы тяги. В конечном счете обеспечивается прекращение роста мощности, подводимой к ТД, и прекращение боксования групп колесных пар. 1 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию подвижного состава железных дорог и предназначено для автоматизации управления приводом электровоза переменного тока с независимым возбуждением.

Известно устpойство для управления приводом электровоза переменного тока, содержащее задатчик скорости, задатчик тока, регулятор скорости движения, регулятор тока якорей тяговых двигателей, блоки выделения максимального тока якорей двигателей, максимальной и минимальной скорости вращения колесных пар, датчики токов якорей тяговых электродвигателей, датчики скорости вращения колесных пар и дифференциатор максимальной скорости вращения колесных пар, подключенный выходом через последовательную цепь порогового элемента, блока сигнала обратной пропорциональности и блока выделения минимального сигнала к одному из входов регулятора тока якоря тяговых двигателей. На другой вход блока выделения минимального сигнала подключен через пороговый элемент блока сигнала обратной пропорциональности выход элемента сравнения, входы которого соединены с выходами блоков выделения максимальной и минимальной скорости.

Известно также устройство, содержащее задатчик тока, соединенный выходом со входом регулятора тока, состоящего из элемента сравнения и соединенного с ним решающего усилителя. Входы регулятора тока являются одновременно входами элемента сравнения, соединенного вычитающим входом с выходом блока выделения максимального тока, подключенного входами к выходам датчиков токов якорей тяговых двигателей. Вход задатчика тока соединен с выходом усилителя, входы которого подключены к выходам двух компараторов, соединенных входами соответственно с выходами двух сумматоров, одни входы которых подключены к выходам датчиков токов якорей, а инверсные входы - к выходу задатчика тока якорей.

Применение этих устройств может привести к тому, что при ликвидации буксования на руководящем подъеме, будет неопределенно снижена сила тяги электровоза, скорость движения и даже может произойти остановка поезда со всеми вытекающими последствиями, так как при буксовании всего лишь одной колесной пары устройства снижают подведенную мощность ко всем остальным тяговым двигателям, связанным с небуксующими колесными парами. Опыт показывает, что снижать мощность, подводимую к тяговым двигателям, целесообразно только в случае предсинхронного буксования колесных пар, когда меры, связанные с искусственным повышением коэффициента сцепления (например подсыпка песка в зону контакта колесо-рельс), с целью ликвидации буксования оказываются недостаточно эффективными.

В связи с вышеизложенным названное устройство не позволяет реализовать предельные по условиям сцепления силы тяги и поэтому не может быть признано эффективным.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для управления приводом электровоза переменного тока, содержащее задатчик скорости, соединенный выходом с одним из входов регулятора скорости, другой вход которого соединен с выходом блока выделения минимальной скорости, входы которого соединены с выходами датчиков скорости вращения колесных пар. Выход регулятора скорости соединен с одним из входов селектора минимального сигнала, соединенного другим входом с выходом задатчика силы тяги. Выход селектора минимального сигнала соединен с одним из входов регулятора силы тяги, состоящего из элемента сравнения и соединенного с ним решающего усилителя. Входы регулятора силы тяги являются одновременно входами элемента сравнения, один из вычитающих входов которого соединен с выходом блока перемножения, соединенного одним из входов с выходом блока выделения максимального тока якорей, соединенного входами с выходами датчиков тока якорей тяговых двигателей. Другой вход блока перемножения соединен с выходом первого функционального преобразователя, подключенного входом к выходу датчика тока возбуждения, выход регулятора силы тяги соединен с входом блока управления тиристорными преобразователями, соединенного выходом с управляющими входами тиристорных преобразователей, имеющими выходы для раздельного подключения якорей тяговых двигателей привода электровоза. Выход регулятора силы тяги соединен с входом другого функционального преобразователя, соединенного выходом с одним из входов регулятора тока возбуждения, выход которого соединен с управляющим входом тиристорного возбудителя, имеющего выходные клеммы для подключения последовательно соединенных обмоток возбуждения тяговых двигателей. Другой вход регулятора тока возбуждения подключен к выходу датчика тока возбуждения.

Указанное устройство обладает основным недостатком, проявляющимся в том, что при возникновении в процессе разгона электровоза одновременного (синхронного) буксования всех колесных пар сигнал обратной связи на входе регулятора силы тяги, пропорциональный максимальной силе тяги, развиваемой тяговыми двигателями, уменьшается и, поскольку, сигнал на другом входе регулятора силы тяги, равный заданному значению, остается неизменным, регулятор силы тяги, обрабатывая задание, интенсифицирует нарастание напряжения на выходных клеммах тиристорных преобразователей, питающих на выходных клеммах тиристорных преобразователей, питающих якоря тяговых двигателей, вплоть до величин, определяемых задатчиком скорости движения, что существенно снижает тяговые свойства.

Цель изобретения - улучшение свойств электровоза.

Цель достигается тем, что в устройство для управления приводом электровоза переменного тока, содержащее регулятор скорости, входы которого соединены с выходами задатчика скорости и блока выделения минимальной скорости, связанного с датчиками скорости вращения колесных пар, регулятор силы тока, состоящий из последовательно включенного элемента сравнения и решающего усилителя, селектор минимального сигнала, входы которого подключены к выходам регулятора скорости и задатчика силы тяги, а выход - к первому входу элемента сравнения, блока выделения максимального тока якоря, входы которого соединены с выходами датчиков тока якорей тяговых двигателей, первый блок перемножения, входы которого подключены к выходам блока выделения максимального тока якоря и первого функционального преобразователя, а выход - ко второму входу элемента сравнения, тиристорный возбудитель с выходом для последовательного подключения обмоток возбуждения тяговых двигателей, датчик тока возбуждения, включенный в выходную цепь тиристорного возбудителя и соединенный выходом со входом первого функционального преобразователя, регулятор тока возбуждения, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного возбудителя, один из входов - к выходу датчика тока возбуждения, а другой вход через второй функциональный преобразователь - к выходу решающего усилителя, тиристорные преобразователи с выходами для раздельного подключения якорей тяговых двигателей, блок управления тиристорными преобразователями, вход которого соединен с выходом решающего усилителя, а выход - с управляющими входами тиристорных преобразователей, введены второй блок перемножения, сумматор, два дифференциатора и элемент И. Один из входов второго блока перемножения соединен с выходом первого функционального преобразователя, а другой вход через сумматор - с выходами датчиков тока якорей тягового двигателя, входы первого и второго дифференциаторов подключены к выходам соответственно решающего усилителя и второго блока перемножения, а выходы через элемент И - к третьему входу элемента сравнения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления двух групп тяговых двигателей электровоза.

Устройство содержит датчики скорости вращения колесных пар (ДЖС) 1-4, подключаемые в цепь тяговых двигателей (ТД) 5-8 привода электровоза (ПЭ), выходы которых соединены с входами блока выделения минимальной скорости (БВМС) 9, подключенного выходом к одному из входов регулятора скорости (РС) 10. Другой вход РС 10 соединен с выходом задатчика скорости (ЗС) 11, а выход - с одним из входов блока выделения и минимального сигнала (БВМС) 12 (селектора минимального сигнала), другой вход которого подключен к задатчику силы тяги (ЗСТ) 13. Выход БВМС 12 соединен с одним из входов регулятора силы тяги (РСТ) 14, состоящего из элемента сравнения (ЭС) 15 и соединенного с ним решающего усилителя (РУ) 16. Входы РСТ 14 являются одновременно входами ЭС 15, один из вычитающих входов которого соединен с выходом блока перемножения (БП) 17, соединенного одним из входов с выходом блока выделения максимального тока якорей (БВМТ) 18, соединенного входами с выходами датчиков тока якорей тяговых двигателей (ДТ) 19-22. Другой вход БП 17 соединен с выходом первого функционального преобразователя (ФП) 23, типа нелинейное звено, подключенного входом к выходу датчика тока возбуждения тяговых двигателей (ДТВ) 24, выход РСТ 14 соединен с входом блока управления тиристорными преобразователями (БУТП) 25, соединенного выходом с управляющими входами тиристорных преобразователей (ТП) 26 и 27, имеющими выходы для раздельного включения якорей ТД 5-8 привода электровоза (ПЭ) 28. Кроме того, выход РСТ 14 соединен с входом второго ФП 29 типа усилитель с зоной нечувствительности, соединенного выходом с одним из входов регулятора тока возбуждения (РТВ) 30. Выход РТВ 30 соединен с управляющим входом тиристорного возбудителя (ТВ) 31, к выходным клеммам которого подключена последовательная цепь обмоток возбуждения (ОВ) тяговых двигателей 32-35. Другой вход РТВ30 подключен выходу датчика тока возбуждения, 24, К выходу РСТ 14 подключен вход первого дифференциатора (Д) 36, выход которого соединен с одним из входов элемента И 37, соединенного выходом с другим вычитающим входом элемента сравнения 15 РСТ 14. Второй вход элемента И 37 соединен с выходом второго дифференциатора Д 38, подключенного входом к выходу второго БП 39. Один из входов БП 39 соединен с выходом сумматора (С) 40, входы которого подключены к выходам датчиков тока якорей ДТ 19-22. Другой вход БП 39 соединен с выходом ФП 23.

Устройство работает следующим образом.

В процессе пуска электровоза с поездом, до момента достижения заданной скорости движения, регулятор РСТ 14 отрабатывает заданное значение силы тяги двигателя, так как блок БВМС 12 пропускает сигнал с выхода задатчика ЭСТ 13, который заведомо меньше сигнала на выходе регулятора РС 10, поступающего на другой вход БВМС 1, при этом растут сигналы управления на выходе регулятора РСТ 14 и отрицательной обратной связи, на выходе блока БП 17, что свидетельствует о росте силы тяги электровоза.

При потере сцепления группы колесных пар, токи якорей ТД, связанных с этими колесными парами, начинают падать и, если падает сигнал на выходе блока БП 39, пропорциональный силе тяги электровоза, то это означает наступление момента предсинхронного буксования, при этом большая часть мощности, подводимой к тяговым двигателям, расходуется не на увеличение силы тяги, и, соответственно, поступательной скорости движения поездов, а на увеличение скорости скольжения буксующих колесных пар.

В этом случае, знак производной сигнала на выходе блока дифференцирования Д 36 положительный, а на выходе Д 38 отрицательный, что вызывает появление положительного сигнала на выходе блока логического совпадения И 37 и, соответственно, на вычитающем входе ЭС 15 регулятора РСТ 14.

Таким образом, прекращается рост мощности, подводимой к тяговым двигателям электропривода, что способствует прекращению буксования групп колесных пар и, соответственно, упреждению синхронного буксования.

Предлагаемое техническое решение предотвращает возникновение синхронного буксования при пуске электровозов с автоматическим управлением, когда реализуется предельная сила тяги и вероятность возникновения синхронного буксования максимальна.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении средней величины силы тяги, реализуемой электровозом по условиям сцепления колес с рельсами на 3-5% за счет предотвращения синхронных буксований, в сокращении эксплуатации расходов по содержанию парка электровозов и железнодорожного пути.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее регулятор скорости, входы которого соединены с выходами задатчика скорости и блока выделения минимальной скорости, связанного с датчиками частоты вращения колесных пар, регулятор силы тяги, состоящий из последовательно включенных элемента сравнения и решающего усилителя, селектор минимального сигнала, входы которого подключены к выходам регулятора скорости и задатчика силы тяги, а выход - к первому входу элемента сравнения, блок выделения максимального тока якоря, входы которого соединены с выходами датчиков тока якорей тяговых двигателей, первый блок перемножения, входы которого подключены к выходам блока выделения максимального тока якоря и первого функционального преобразователя, а выход - к второму входу элемента сравнения, тиристорный возбудитель с выходом для последовательного подключения обмоток возбуждения тяговых двигателей, датчик тока возбуждения, включенный в выходную цепь тиристорного возбудителя и соединенный выходом с входом первого функционального преобразователя, регулятор тока возбуждения, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного возбудителя, один из входов - к выходу датчика тока возбуждения, а другой вход через второй функциональный преобразователь - к выходу решающего усилителя, тиристорные преобразователи с выходами для раздельного подключения якорей тяговых двигателей, блок управления тиристорными преобразователями, вход которого соединен с выходом решающего усилителя, а выход - с управляющими входами тиристорных преобразователей, отличающееся тем, что в него введены второй блок перемножения, сумматор, два дифференциатора и элемент И, причем один из входов второго блока перемножения соединен с выходом первого функционального преобразователя, а другой вход через сумматор - с выходами датчиков тока якорей тяговых двигателей, входы первого и второго дифференциаторов подключены к выходам соответственно решающего усилителя и второго блока перемножения, а выходы через элемент И - к третьему входу элемента сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1