Способ регулирования электрической передачи тепловоза в режиме торможения

Изобретение относится к способу регулирования электрической передачи тепловозов в режиме электрического торможения. Способ включает нагружение синхронного тягового генератора на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через силовой неуправляемый выпрямитель, задание частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнение ее с выделенной максимальной частотой вращения одного из тяговых электродвигателей. Результат сравнения усиливают, нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей. Из измеренных частот тормозящих тяговых электродвигателей выделяют минимальную частоту вращения одного из тяговых электродвигателей и сравнивают с выделенной максимальной частотой вращения другого тягового электродвигателя. При превышении результата сравнения с наперед заданным значением производят уменьшение уставки максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей. Технический результат заключается в упрощении тормозного оборудования, обеспечении на спусках поддержания постоянной установленной скорости движения, осуществлении защиты от юза тормозящих колесных пар тепловоза, осуществлении работы тепловоза с полной тормозной мощностью и постоянными тормозными усилиями. 5 ил.

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электрической передачи тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором переменного тока, электродвигателями постоянного тока и тормозными резисторами в режиме электрического торможения тепловоза.

Известен способ регулирования электропередачи тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором переменного тока, электродвигателями постоянного тока и тормозными резисторами в режимах электрического торможения тепловоза, заключающийся в том, что тепловой двигатель приводит во вращение тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают ток возбуждения возбудителя тягового генератора, устанавливают ток возбуждения тягового генератора, устанавливают ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей /А.З.Певзнер. «Электрическое торможение как средство повышения эффективности маневровых тепловозов» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 1988, с.11-14/.

Недостатком способа является то, что электрическое торможение тепловоза возможно в ограниченном скоростном диапазоне 5-40 км/ч и способ не может применяться при увеличении скоростного диапазона работы, т.к. способ не предусматривает ограничение тока тормозящих электродвигателей по условиям коммутационной надежности работы тормозящих электродвигателей.

Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза в режиме торможения, принятый за прототип, заключающийся в том, что в способе, в котором задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение синхронный тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают тормозное усилие тепловоза, задают уставку максимального тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, задают уставку максимального тока тормозящего тягового электродвигателя, измеряют токи тормозящих тяговых электродвигателей и выделяют максимальный ток одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, нагружают синхронный тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через управляемый выпрямитель, вычисляют корень квадратный из произведения заданного тормозного усилия и максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей и принимают за одну из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют обратное значение максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, вычисленное значение нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей минимальную уставку, принимают ее за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают с измеренным максимальным током одного из тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения интегрируют и принимают за другую уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока возбуждения минимальную уставку и принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результаты сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей /RU, Патент №2293031, кл. B60L 11/02, 2006 г. /.

Недостатком известного способа является то, что для питания обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей применен дополнительный управляемый выпрямитель, что усложняет тормозное оборудование тепловоза, и, кроме того, способом не предусматривается поддержание постоянной скорости движения тепловоза на спусках и не предусматривается защита от юза тормозящих колесных пар тепловоза.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение тормозного оборудования, обеспечение на спусках поддержания постоянной установленной скорости движения, осуществление защиты от юза тормозящих колесных пар тепловоза, осуществление работы тепловоза с полной тормозной мощностью и постоянными тормозными усилиями, а также реализация принципа ограничения тормозного тока тяговых электродвигателей, обусловленного коммутационными условиями, налагаемыми на тяговые электродвигатели.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической передачи тепловоза в режиме электрического торможения, заключающегося в том, задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение синхронный тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают уставку тормозного усилия тепловоза, задают уставку максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, задают уставку максимального тока тормозящего тягового электродвигателя, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи тормозящих тяговых электродвигателей и выделяют максимальный ток одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют корень квадратный из произведения заданного тормозного усилия и максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, и принимают за одну из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют обратное значение максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, вычисленное значение нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей минимальную уставку, принимают ее за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают с измеренным максимальным током одного из тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения интегрируют и принимают за другую уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока возбуждения минимальную уставку и принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, нагружают синхронный тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через силовой неуправляемый выпрямитель, задают частоту вращения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с выделенной максимальной частотой вращения одного из тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, из измеренных частот тормозящих тяговых электродвигателей выделяют минимальную частоту вращения одного из тяговых электродвигателей и сравнивают с выделенной максимальной частотой вращения другого тягового электродвигателя и при превышении результата сравнения с наперед заданным значением производят уменьшение уставки максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей.

На Фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

На Фиг.2 представлены тормозные характеристики тепловоза В_T в функции частоты вращения ω тормозящих тяговых электродвигателей В_T=f(ω) для режима постоянной тормозной мощности (характеристика «б»), режима тормозного тока, обусловленного коммутационными условиями, налагаемыми на тяговые электродвигатели (характеристика «г»), режима ограничения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей (характеристика «а»), режимов постоянного тормозного усилия (характеристики «д», «е», «ж»).

На Фиг.3 представлена тормозная характеристика тепловоза В_T в функции частоты вращения ω тормозящих тяговых электродвигателей, работающего в режиме поддержания заданной скорости на спусках В_T=f((ω).

На Фиг.4 представлена выходная характеристика уставки задания тока возбуждения I_Bmax тормозящих тяговых электродвигателей в функции I_Bmax=f(Δω).

На Фиг.5 представлены ограничительные тормозные характеристики тепловоза В_T в функции частоты вращения ω тормозящих тяговых электродвигателей при возникающем юзе тормозящих колесных пар тепловоза В_T=f(ω).

Устройство (Фиг.1) для реализации предлагаемого способа состоит из теплового двигателя 1, например дизеля, с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки. Дизель 1 связан с электрической передачей, в которую входит ниже перечисленное оборудование, так, сам дизель 1 соединен, например, с синхронным тяговым генератором 3 и синхронным возбудителем 4, выход синхронного тягового генератора 3 подключен к силовому неуправляемому выпрямителю 5, силовой выход выпрямителя 5 подключен через датчик 6 измерения тока к последовательно включенным обмоткам возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Тормозящий тяговый электродвигатель 8 через датчик тока 10 подключен к тормозному резистору 11. Тормозящий тяговый электродвигатель 9 через датчик тока 12 подключен к тормозному резистору 13. Выходной вал тормозящего электродвигателя 8 соединен с датчиком частоты вращения 14. Выходной вал тормозящего электродвигателя 9 соединен с датчиком частоты вращения 15. Выходы датчиков тока 10 и 12 соединены с входом блока 16 выделения максимального сигнала, пропорционального измеренному току одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9. Выходы датчиков частоты вращения 14 и 15 соединены с входом блока 17 выделения максимального сигнала, пропорционального частоте вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9 и с входом блока выделения минимального сигнала 18, пропорционального частоте вращения другого тормозящего электродвигателя 8 или 9. Выход задатчика тормозной позиции, например тормозного контроллера 19, соединен с входом регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля, с одним входом функционального преобразователя 20 задания уставки максимального тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, с входом функционального преобразователя 21 задания уставки тормозного усилия, с входом функционального преобразователя 22 задания уставки максимального тормозного тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, с входом функционального преобразователя 23 задания частоты вращения этих тяговых электродвигателей.

Выход функционального преобразователя 21 задания уставки тормозного усилия соединен с одним из входов вычислительного блока 24 задания сигнала уставки тормозного тока тормозящих электродвигателей 8 и 9 по заданному тормозному усилию. Выход блока 17 выделения максимального сигнала, пропорционального частоте вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9, соединен с другим входом вычислительного устройства 24 задания сигнала уставки тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по заданному тормозному усилию, соединен с входом вычислительного блока 25 задания сигнала уставки тормозного тока тормозящих электродвигателей 8 и 9 по условиям коммутации этих электродвигателей и соединен с одним входом блока 26 сравнения сигнала максимальной частоты вращения тяговых электродвигателей 8 или 9 с сигналом заданной максимальной частоты вращения электродвигателей 8 или 9, который поступает на другой вход блока 26 с выхода преобразователя 23 задания частоты вращения этих тяговых электродвигателей. Выход блока 26 соединен с входом нормирующего усилителя 27 задания сигнала уставки тормозного тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по результату сравнения заданной и измеренной частоты вращения электродвигателей 8 и 9.

Входы блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тормозящих электродвигателей 8 и 9 соединены один вход с выходом вычислительного блока 24 задания сигнала уставки тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по заданному тормозному усилию, другой вход с выходом вычислительного блока 25 задания сигнала уставки тормозного тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по условиям коммутации этих электродвигателей и третий вход с выходом функционального преобразователя 22 задания сигнала максимального тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Четвертый вход соединен с выходом нормирующего усилителя 27 задания сигнала уставки тормозного тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по результату сравнения заданной и измеренной частоты вращения электродвигателей 8 и 9.

Выход блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 соединен с одним из входов сумматора (сравнивающего элемента) 29, другой вход которого соединен с выходом блока 16 выделения максимального сигнала, пропорционального максимальному измеренному току одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Выход сумматора 29 соединен с входом интегратора 30, выход которого соединен с одним из входов блока 31 выделения минимального сигнала задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Другой вход блока 31 соединен с выходом функционального преобразователя 20 задания уставки максимального тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Другой вход функционального преобразователя 20 соединен с выходом сумматора 32 сравнения сигналов максимальной и минимальной частоты вращения тяговых электродвигателей 8 и 9. Один вход сумматора 32 соединен с выходом блока 18 выделения минимального сигнала, другой вход сумматора 32 соединен с выходом блока 17 выделения максимального сигнала, пропорционального частотам вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Выход блока 31 соединен с одним из входов сумматора 33, другой вход которого соединен с выходом датчика 6 измерения тока возбуждения тяговых электродвигателей 8 и 9. Выход сумматора 33 соединен с входом фазоимпульсного усилителя 34 управления управляемого выпрямителя 35 питания обмотки возбуждения тягового синхронного генератора 3, а силовой вход управляемого выпрямителя 35 подключен к выходу синхронного возбудителя 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Задатчиком тормозной позиции, например тормозным контроллером 19, задают кодовый сигнал тормозной позиции. С появлением на выходе контроллера 19 кодового сигнала тормозной позиции силовую схему тепловоза, следующего с заданной скоростью движения, переводят из режима тяги в режим торможения, для чего разбирают тяговую схему тепловоза и собирают тормозную схему тепловоза, при этом обмотки возбуждения 7 тяговых электродвигателей 8 и 9 соединяют последовательно и подключают через датчик 6 измерения тока к силовому выходу силового неуправляемого выпрямителя 5, а якорные обмотки тяговых электродвигателей 8 и 9 подключают через датчики тока 10 и 12 к тормозным резисторам 11 и 13. Число тяговых электродвигателей может быть равным числу осей тепловоза.

На выходе тормозного контроллера 19 действует кодовый сигнал, пропорциональный заданной тормозной позиции, который поступает на вход регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, на вход функционального преобразователя 20, на вход функционального преобразователя 21, на вход функционального преобразователя 22 и на вход функционального преобразователя 23.

Кодовым сигналом тормозного контроллера 19, поступающим на вход регулятора 2 частоты вращения и нагрузки, задают частоту вращения дизеля 1, приводящим во вращение синхронный тяговый генератор 3 и синхронный возбудитель 4.

Возбуждают синхронный тяговый генератор 3 через синхронный возбудитель 4 и управляемый выпрямитель 35. Нагружают тяговый генератор 3 через силовой неуправляемый выпрямитель 5 и датчик 6 измерения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 на последовательно включенные обмотки возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Нагружают тормозящие тяговые электродвигатели 8 и 9 через датчики 10 и 12 тормозного тока на тормозные резисторы 11 и 13.

Функциональным преобразователем 21 задают уставку тормозного усилия тепловоза, для чего в функциональном преобразователе 21 преобразуют код тормозного контроллера 19, поступающий на вход преобразователя 21, в сигнал (В_Т) заданного значения тормозного усилия тепловоза, который подают на один вход вычислительного блока 24.

Функциональным преобразователем 20 задают уставку максимального допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, для чего в функциональном преобразователе 20 преобразуют код контроллера 19, поступающий на вход функционального преобразователя 20 и сигнал, пропорциональный разности измеренных максимальной и минимальной частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, поступающий на другой вход преобразователя 20 с выхода сумматора 32 в сигнал (I_Bmax) уставки максимального значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, который подают на один из входов блока 31 выделения минимального сигнала задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Функциональным преобразователем 22 задают уставку максимального тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, для чего преобразуют код тормозного контроллера 19, поступающий на вход преобразователя 22, в сигнал (I_Tmax) уставки максимального значения тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, который подают на один из входов блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Датчиками частоты вращения 14 и 15 измеряют частоту (ω) вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Сигналы, пропорциональные измеренной частоте вращения электродвигателей 8 и 9, с выходов датчиков частоты вращения 14 и 15 подают на вход блока 17 и выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9 (ω_max). Выделенный сигнал с выхода блока 17 подают на другой вход вычислительного блока 24 на вход вычислительного блока 25, на вход блока 26 сравнение заданной и измеренной частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, на вход блока 32 сравнение максимальной и минимальных частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Вычисляют блоком 24 корень квадратный из произведения сигналов, действующих на входе вычислительного блока 24, одного сигнала, пропорционального заданному тормозному усилию (В_T) и другого, пропорционального максимальной измеренной частоте (ω_max) вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, и формируют на выходе блока 24 сигнал, равный

где I_T - уставка по ограничению тормозного тока в режиме В_T=const,

k₁ - нормирующий коэффициент.

Этот сигнал принимают за одну из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 для режима торможения при постоянном тормозном усилии тепловоза (В_T=Const), сформированным функциональным преобразователем 21, преобразующим код контроллера 19 в сигнал задания тормозного усилия, и подают на другой вход блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Вычисляют блоком 25 обратное значение максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, действующего на входе блока 25, вычисленное значение нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, который соответствует допустимому току тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 при ограничении тормозного тока двигателей по условиям коммутации.

где k₂ - нормирующий коэффициент,

I_Tк - сигнал уставки тока тормозящих тяговых электродвигателей по условиям коммутации.

Этот сигнал подают на третий вход блока 28 выделения минимального сигнала. Задают частоту вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, для чего код тормозного контроллера 19 подают на вход функционального преобразователя 23, преобразующего код контроллера 19 в сигнал заданной частоты вращения, который с выхода преобразователя 23 поступает на один вход блока 26 сравнения частот заданной и максимальной измеренной, поданной на другой вход блока 26 с выхода блока 17 выделения максимального сигнала измеренных частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Результат сравнения с выхода блока 26 подают на вход усилителя 27, в котором результат сравнения усиливают и нормируют, и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, и подают на четвертый вход блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тяговых электродвигателей 8 и 9.

I_TV=k₃·(ω_max-ω_зад),

где I_TV - сигнал уставки тока задания тормозящих тяговых электродвигателей по отклонению от заданной частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей;

- k₃ - нормирующий коэффициент;

- ω_max - сигнал, пропорциональный максимальной измеренной частоте вращения тормозящего тягового электродвигателя 8 или 9;

- ω_зад - сигнал заданной частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей. При работе на предельной тормозной характеристике и при В_T=Const задание ω_зад=0.

На входе блока 28 выделения минимального сигнала уставки тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 действуют сигналы:

- I_Tmax - сигнал уставки ограничения по максимальному тормозному току;

- - сигнал уставки по ограничению тормозного тока в режиме В_т=Const;

- сигнал уставки по ограничению тормозного тока по условиям коммутации тормозящих тяговых электродвигателей;

- I_TV=k₃·(ω_max-ω_зад) - сигнал уставки ограничения тока нагрузки по заданной частоте вращения тормозящих тяговых электродвигателей.

Например, из сигналов уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 на выходе устройства 28 выделения минимального сигнала задания тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 выделяют минимальную уставку, равную I_Tmax, и принимают ее за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Эту уставку, принятую за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, подают на один вход сумматора (сравнивающего устройства) 29, на другой вход которого подают сигнал с выхода блока 16 выделения измеренного датчиками 10 и 12 тока максимального тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. В сумматоре 29 сравнивают заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей с измеренным максимальным током одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. Результат сравнения интегрируют в интеграторе 30 и результат интегрирования принимают за другую уставку задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 и подают на другой вход блока 31 выделения минимального сигнала задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. На входе блока 31 действуют два сигнала:

- один (I_Bmax) - сигнал уставки максимального значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей;

- другой сигнал - результат интегрирования с выхода интегратора 30, принятый за другую уставку задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Из этих сигналов, действующих на входе блока 31, например, результат интегрирования с выхода интегратора 30, принятый за другую уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, выделяют как минимальную уставку и принимают за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, для чего подают ее на один вход сравнивающего сумматора 33, на другой вход которого подают сигнал, пропорциональный измеренному датчиком 6 току возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. С выхода сравнивающего сумматора 33 результат сравнения подают на вход фазоимпульсного усилителя 34 управления управляемого выпрямителя 35 питания обмотки возбуждения синхронного тягового генератора 3 и результат сравнения усиливают, подают с выхода усилителя 34 на управляющий вход управляемого выпрямителя 35 питания обмотки возбуждения синхронного тягового генератора 3, изменяют ток возбуждения синхронного тягового генератора 3 и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 за счет того, что нагружают синхронный тяговый генератор 3 на последовательно включенные обмотки возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 через силовой неуправляемый выпрямитель 5.

Равновесие в системе регулирования достигается, когда измеренный ток тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 будет равен току задания тормозящих тяговых электродвигателей.

Тормозные характеристики тепловоза по предлагаемому способу представлены на Фиг.2.

Тормозная характеристика тепловоза формируется из трех участков - «а», «б» и «г» (Фиг.2).

Участок «б» тормозной характеристики тепловоза Фиг.2 соответствует режиму работы тяговых электродвигателей в режиме торможения, когда тормозным контроллером 19 через функциональный преобразователь 22 задано значение максимального тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, и это заданное значение тока оказалось наименьшим из заданных значений тормозного тока, определенных функциональными преобразователями 21, 22 и вычисленных вычислительными устройствами 24 и 25, то есть:

- меньше уставки ограничения тока для режима В_T=Const;

- меньше уставки ограничения тока по условиям коммутации тяговых электродвигателей, а также меньше уставки определенной функциональным преобразователем 23, сравнивающим блоком 26 и усилителем 27;

I_Tmax<I_TV=k₃·(ω_max-ω_зад) - меньше уставки ограничения тока по отклонению от заданной частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей.

В этом случае режим торможения осуществляется по характеристике «б», Фиг.2, при постоянной тормозной мощности и постоянном значении тока тормозящих тяговых электродвигателей. Участок «б» тормозной характеристики реализуется в диапазоне частот вращения тяговых электродвигателей ω₁...ω₂.

Если торможение тепловоза осуществляется, а частота вращения тяговых электродвигателей превышает частоту вращения ω₂, наступает ограничение тока тормозящих тяговых электродвигателей исходя из условий коммутации тяговых электродвигателей. Вычисленное блоком 24 значение уставки тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 становится меньше максимального заданного значения тока тормозящих тяговых электродвигателей

и режим торможения осуществляется при тормозном токе тяговых электродвигателей 8 и 9, равном току ограничения по коммутации (Фиг.2, характеристика «г»).

При частоте вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, равной ω₁, результат интегрирования интегратора 30, принятый за другую уставку (I_ВУСТ) тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 становится больше заданного значения, сформированного функциональным преобразователем 20 уставки значения тока возбуждения (I_Bmax) тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9

I_ВУСТ>I_Bmax.

Блок 31 выделения минимального сигнала задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 из двух сигналов I_ВУСТ и I_Bmax выделяет сигнал I_Bmax, и дальнейшее (при уменьшении частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9) регулирование тока якорей тормозящих электродвигателей проводится при постоянном значении тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9.

Тормозная характеристика тепловоза при поддержании I_Bmax=Const выражается прямой линией «а», выходящей из начала координат «0».

Тормозные характеристики тепловоза при постоянных значениях тормозных усилий в пределах ограничения по максимальному току возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 и ограничения тока якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 по условиям коммутации представлены на Фиг.2 линиями «д», «е» и «ж».

Число тормозных характеристик тепловоза при постоянном тормозном усилии определяется числом выбранных тормозных позиций тормозного контроллера 19. Полагаем, что тормозным контроллером 19 задан код, соответствующий тормозной характеристике «д» Фиг.2. В результате преобразования кода контроллера 19 в устройствах 21, 22, 23, блоках 24, 25 и усилителе 27 на входе блока 28 выделения минимального сигнала действуют найденные значения сигналов задания тока якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9:

- I_Tmax - сигнал задания максимально допустимого значения тормозного тока;

- - сигнал задания допустимого значения тока коммутации;

- - сигнал задания тока тормозящего тягового электродвигателя при постоянном значении тормозного усилия;

- I_TV=k₃·(ω_max-ω_зад) - сигнал задания тока тормозящего тягового электродвигателя по отклонению частоты вращения тормозящих электродвигателей от заданной частоты вращения тормозящих электродвигателей.

Если включение тормозным контроллером 19 выбранной тормозной позиции для регулирования тормозного усилия по закону В_T=Const произошло, а ограничений по току возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 нет, нет и ограничения по допустимому току коммутации тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, и нет ограничения по заданной частоте вращения, тогда на выходе блока 28 действует минимальный сигнал I_TB задания тока тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, равный

где I_TB - сигнал уставки ограничения тормозного тока при регулировании токов якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 поддержание постоянным тормозного усилия тепловоза.

Если на выбранной контроллером 19 тормозной позиции для регулирования тормозного усилия по закону В_T=Const имеет место какое-либо ограничение - по току возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 - по тормозному току тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 или по тормозному току тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 из условия допустимой коммутации, то режим торможения по закону В_T=Const нарушается и тормозная характеристика тепловоза формируется по условиям наступившего ограничения, т.е. по параметрам предельной тормозной характеристики (участки «а», «б» и «г» Фиг.2).

Способ регулирования тяговой передачи тепловоза в режиме торможения обеспечивает поддержание постоянной скорости движения тепловоза на спусках (постоянной частоты вращения тормозных тяговых электродвигателей) следующим образом.

Задают частоту вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, для чего устанавливают контроллер 19 машиниста в положение выбранной частоты вращения и код контроллера 19 машиниста подают на вход регулятора 2 частоты и нагрузки дизеля 1, на входы функциональных преобразователей 20, 21, 22, 23, на выходах которых формируются ограничительные сигналы задания аналогичные сигналам, вырабатываемым функциональными преобразователями при работе в режиме торможения по ограничительным участкам «а», «б», «г» (Фиг.3) предельной тормозной характеристики.

Полагаем, что тепловоз перемещался под уклон, и его скорость соответствовала частоте вращения ω₁ (Фиг.3) тормозящих тяговых электродвигателей. На выходе функционального преобразователя 23 действует сигнал задания частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей ω_зад1 (Фиг.3), который подают на один вход блока сравнения 26, на другой вход которого подают выделенный блоком 17 сигнал максимальной частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9. Результат сравнения с выхода блока 26 сравнения подают на вход усилителя 27, который усиливают, нормируют и принимают за уставку тока нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9, и подают на четвертый вход блока 28 выделения минимального сигнала задания тока нагрузки тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9. На входе блока 28 действуют сигналы:

I_TV=k₃·(ω_max-ω_зад) - сигнал уставки ограничения тока нагрузки по заданной частоте вращения тормозящих тяговых электродвигателей;

I_Tmax - сигнал уставки ограничения по максимальному тормозному току;

- сигнал уставки ограничения тормозного тока в режиме В_T=Const в режиме заданной частоты вращения устанавливается как В_T=max=Const;

- сигнал уставки ограничения тока по условиям коммутации тормозящих тяговых электродвигателей.

При частоте вращения ω₁>ω_зад тогда I_T>I_TV>I_Tmax>I_TK, т.е. тормозное усилие будет ограничиваться коммутационными ограничениями электродвигателей. Начальное торможение будет осуществляться с учетом ограничения по коммутации (с точки «д» характеристика «г» Фиг.3) и после падения скорости движения тепловоза и выходе из зоны «г» ограничения по коммутации (точка «е») торможение происходит при ограничении по максимальному току (по характеристике «б» Фиг.3). Как только ограничительная уставка по максимальному тормозному току сравняется в точке «ж» по характеристике «б» Фиг.3 (по мере снижения частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей) и станет равна ограничительной уставке тока нагрузки по заданной частоте вращения формирование тормозной характеристики будет осуществляться по условию I_TV=min. Дальнейшее торможение будет производиться до достижения равновесия в системе, которое настанет при ω₁=ω_зад. в точке «з» Фиг.3

Способ регулирования тяговой передачи тепловоза в режиме торможения обеспечивает защиту от юза тормозящих колесных пар следующим образом.

Из измеренных датчиками 14 и 15 частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и 9 в блоке 18 выделяют минимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9 юзящей колесной пары, сравнивают ее в сумматоре 32 сравнения с выделенной в блоке 17 максимальной частотой вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 или 9, результат сравнения Δω подают на другой вход функционального преобразователя 20 и при превышении результата сравнения Δω наперед заданного значения Δω₁ производят уменьшение на выходе функционального преобразователя уставки максимально допустимого тока возбуждения I_Bmax тормозящих тяговых электродвигателей. Характеристика максимальной уставки задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сформированная функциональным преобразователем 20, показана на Фиг.4. Чтобы исключить ложную реакцию системы на отклонение Δω наперед заданное пороговое значение Δω₁ разности частот выбирают с учетом технологического расхождения диаметров колесных пар тепловоза. Для каждой уменьшенной уставки тока возбуждения I_Bmax тормозящих тяговых электродвигателей формируется своя тормозная характеристика, соответствующая режиму I_Bmax=const и представляющая из себя прямую линию, исходящую из начала координат «0» тормозной характеристики и ограниченную сверху предельной тормозной характеристикой линии «б» «г» Фиг.5. Снижение тормозного усилия, устраняющее возникающий режим юза, производится за счет формирования тормозной характеристики при уменьшенной уставке I_Bmax тормозящих тяговых электродвигателей, причем защита от юза тормозящей колесной пары осуществляется для всех тормозных режимов работы тепловоза.

Предлагаемый способ позволяет упростить тормозное оборудование, обеспечить на спусках поддержание постоянной установленной скорости движения, осуществить защиту от юза тормозящих колесных пар, позволяет осуществить работу тепловоза с полной тормозной мощностью и постоянными тормозными усилиями, а также реализовать принцип ограничения тормозного тока тяговых электродвигателей, обусловленного коммутационными условиями, налагаемыми на тяговые электродвигатели.

Предлагаемый способ испытан с применением микропроцессорной системы управления (МСУ-ТЭ) на опытном пассажирском тепловозе переменно-постоянного тока ТЭП70БС и показал положительные результаты.

Способ регулирования электрической передачи тепловоза в режиме торможения, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение синхронный тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают уставку тормозного усилия тепловоза, задают уставку максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, задают уставку максимального тока тормозящего тягового электродвигателя, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи тормозящих тяговых электродвигателей и выделяют максимальный ток одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют корень квадратный из произведения заданного тормозного усилия и максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей и принимают за одну из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют обратное значение максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, вычисленное значение нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей минимальную уставку, принимают ее за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают с измеренным максимальным током одного из тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения интегрируют и принимают за другую уставку задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока возбуждения минимальную уставку и принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, отличающийся тем, что нагружают синхронный тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через силовой неуправляемый выпрямитель, задают частоту вращения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с выделенной максимальной частотой вращения одного из тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, из измеренных частот тормозящих тяговых электродвигателей выделяют минимальную частоту вращения одного из тяговых электродвигателей и сравнивают с выделенной максимальной частотой вращения другого тягового электродвигателя и при превышении результата сравнения с наперед заданным значением производят уменьшение уставки максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей.