Устройство для управления рекуперативным торможением электровоза постоянного тока

 

Использование: электровозы с питанием от контактной сети постоянного тока при наличии рекуперативного торможения. Сущность изобретения: на электровозе с тяговыми электродвигателями, якорные обмотки которых подключены к контактной сети и узлу заземления, а обмотки возбуждения - к мотору-генератору, в систему регулирования мотора-генератора дополнительно введены блок суммирования и корректирующий нелинейный функциональный преобразователь. Эффективность устройства проявляется в переходном режиме включения рекуперации. Устройство характеризуется повышенным быстродействием и обеспечивает высокую скорость пуска рекуперативного тормоза. 3 ил.

Предложение относится к системам автоматического управления рекуперативным торможением тяговых электродвигателей постоянного тока и может быть использовано на магистральных электровозах постоянного тока.

Известно устройство для управления рекуперативным тормозом, содержащее генератор возбудитель для питания обмоток возбуждения тяговых машин, в цепь обмотки возбуждения которого включен регулируемый резистор, переключаемый контактами контроллера машиниста /1/.

Такое устройство широко применяется в практике (электровозы ВЛ8 и ВЛ10), но его недостаток связан с тем, что все операции выполняются вручную, что не гарантирует соблюдения ограничений по режимам использования тяговых машин.

Известно устройство для автоматического управления рекуперативным тормозом, содержащее вспомогательный генератор, выходы которого подключены к обмоткам возбуждения тяговых электромашин электровоза, а в цепь обмотки возбуждения этого генератора включен импульсный прерыватель, вход управления которого через регулятор тока соединен с выходом блока задания тока тяговых электромашин, причем другой вход регулятора тока соединен с датчиком тока, включенным в цепь якорных обмоток тяговых электромашин /2/.

Недостаток этого устройства связан с неудовлетворительным качеством динамических процессов, в частности процесса при включении тормоза, поскольку параметры тяговой электромашины, как объекта регулирования, существенно меняются в функции скорости электровоза. Рекуперативный тормоз используют в широком диапазоне скоростей (на электровозе ВЛ11М от 26 до 110 км/ч), что заставляет выбирать параметры регулятора для самого неблагоприятного случая (110 км/ч); тогда при низких скоростях проявляется значительная задержка времени (до 8-12 с) включения тормоза.

В качестве прототипа целесообразно принять устройство для управления рекуперативным тормозом электровоза постоянного тока, содержащее мотор-генератор для питания обмоток возбуждения тяговых машин электровоза, причем в цепь обмотки независимого возбуждения указанного генератора включен импульсный прерыватель, вход управления которого посредством интегрирующего звена и элемента сравнения соединен с блоком задания тока рекуперации и с датчиком фактического тока тяговых машин, а один из входов блока задания тока рекуперации подключен к выходу датчика скорости электровоза /3/.

Недостаток прототипа связан с затяжным включением режима рекуперативного торможения на низких скоростях электровоза.

Цель предложения повышение быстродействия устройства при включении тормоза.

Эта цель достигается за счет того, что предусмотрены дополнительный нелинейный функциональный преобразователь, подключенный своим входом к выходу датчика скорости, и дополнительный элемент сравнения, включенный в цепь между выходом интегрирующего звена и входом управления импульсного прерывателя, а к одному из входов дополнительного элемента сравнения подключен выход дополнительного нелинейного функционального преобразователя.

Существенные отличительные признаки предложения: предусмотрены дополнительно нелинейный функциональный преобразователь НФП и элемент сравнения; дополнительный НПФ своим входом подключен к датчику скорости электровоза, а выходом к входу дополнительного элемента сравнения; дополнительный элемент сравнения включен в цепь между интегрирующим звеном и импульсным преобразователем.

Существо предложения показано на примере его исполнения на чертеже, где фиг.1 принципиальная схема устройства; фиг.2 зависимость тока рекуперации от тока возбуждения тяговых машин электровоза; фиг.3 диаграмма процесса включения рекуперации.

Предложенное устройство (фиг.1) предназначено для управления рекуперацией на электровозе с тяговыми машинами 1 и 2, якорные обмотки Я1-Я2 которых подключены посредством защитного выключателя 3 и диода Д к токоприемнику 4 и посредством датчика 5 тока рекуперации к узлу заземления 6. Обмотки возбуждения ОВ1-ОВ2 машин 1-2 соединены последовательно и подключены к выходу генератора 7, который приводится во вращение двигателем, получающим питание от токоприемника (этот двигатель на фиг.1 не показан). Обмотка независимого возбуждения этого генератора ОВ7 посредством импульсного прерывателя 8 подключена к источнику 9 постоянного тока, например к аккумуляторной батарее электровоза (напряжение 55 В).

Вход управления 8У прерывателя 8 подключен к блоку 10 регулирования тока; в состав этого блока входят элементы сравнения (вычитания) 11 и суммирования 12, пропорционально-интегральное звено 13 и нелинейный функциональный преобразователь 14. Вход последнего подключен к выходу датчика 15 скорости электровоза. Входы элемента 11 подключены к выходу датчика тока 5 и к выходу нелинейного функционального преобразователя 16, вход которого соединен с датчиком скорости 15.

Указанные элементы выполнены на базе типовых схемных решений, рассмотренных в специальной литературе /4/. Поэтому более подробно они здесь не раскрываются.

Предложенное устройство работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии электровоз движется со скоростью V на выбеге; электропитание на функциональный преобразователь 16 не поступает (подвижный контакт потенциометра 17 находится внизу). Сигнал (J_яз) 0, и сигнал λ 0. Блок-контакт 18, связанный с движком потенциометра 17, разомкнут. При этом преобразователь 8 выключен, напряжение U_В 0, тока возбуждения I_в нет, ЭДС тяговых машин нет, тока рекуперации I_р нет.

Для включения рекуперации машинист устанавливает потенциометр 17 в соответствующее положение в зависимости от требуемой тормозной силы; на вход НФЛ 16 поступает напряжение U₁₇, реализуя соответствующую характеристику a, b, c, Выходное напряжение НФЛ 16, пропорциональное заданному току J_яз, поступает на вход блока 10, который является типовым пропорционально-интегральным регулятором /4/ с подсуммированием к его выходной величине l₁₃ выходного напряжения λ₁₄ НФЛ 14. Напряжение сигнала λ₁₀= λ₁₃+λ₁₄ (1) поступает на вход импульсного преобразователя, устанавливая такое же значение коэффициента заполнения и напряжение на обмотках возбуждения U = λ₁₀·U (2) что обеспечивает в установившемся режиме работы электровоза поддержание заданного значения тока рекуперации, т.е.

J_р J_яз (3) Эффективность данного предложения проявляется в переходном режиме включения рекуперации. Интегрирующее звено 13 после включения тормоза увеличивает свою выходную величину постепенно, а ток рекуперации J_р появляется при выполнении условия 2E≥U_к.с.,
где E= с.Ф.V, причем V скорость электровоза. Таким образом, при отсутствии корректирующей цепи с НФП 14 время достижения условия (4) от момента включения тормоза потенциометром 17 будет существенно зависеть от скорости V при большой скорости ток рекуперации появится быстро, а при малой этот процесс сильно затянется. При этом следует исходить из регулировочной характеристики генератора 1-2 по фиг.2.

При отсутствии НФП 14 процесс включения (фиг.3, а) состоит из двух этапов:
I от установки потенциометра 17 в рабочее положение до достижения условия (4); в этом этапе J_р 0;
II от достижения условия (4) до установки заданного значения тока рекуперации согласно (3).

При наличии звена НФП 14 происходит фактически исключение этапа I, поскольку сразу устанавливается значение λ₁₀= λ₁₄(V) и преобразователь 8 сразу же обеспечивает заданное значение тока возбуждения J_во согласно фиг.2, т. е. компенсируется влияние скорости. Соответствующий переходный процесс показан на фиг.3,б, откуда следует, что введение коррекции по скорости с НФП 14 обеспечивает сокращение времени подготовки электрического тормоза.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется повышением быстродействия при включении тормоза.

Источники информации
1. Тихменев Б. Н. Трахтман Л.М. Подвижной состав эл.ж.д. М. Транспорт, 1980, с. 174-177.

Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения ЭПС, М. Транспорт, 1976.

3. А.с. СССР N 1512824, кл. B 60 L 15/20, 1987.

4. Савоськин А.Н. и др. Автоматизация ЭПС. М. Транспорт, 1991, гл.4, с. 93-138.

Формула изобретения

Устройство для управления рекуперативным торможением электровоза постоянного тока, содержащее импульсный прерыватель, включенный в цепь питания обмотки независимого возбуждения мотор-генератора, связанного с обмотками возбуждения тяговых электродвигателей, блок задания тока рекуперации и датчик фактического тока тяговых электродвигателей, выходы которых соединены с входами блока вычитания, подключенного выходом к входу интегрирующего звена, датчик скорости электровоза, выход которого соединен с соответствующим входом блока задания тока рекуперации, отличающееся тем, что в него введены корректирующий нелинейный функциональный преобразователь и блок суммирования, причем вход корректирующего нелинейного функционального преобразователя соединен с выходом датчика скорости электровоза, а выход с одним из входов блока суммирования, другой вход блока суммирования подключен к выходу интегрирующего звена, а выход к управляющему входу импульсного прерывателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3