Устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока

Изобретение относится к электровозам, на которых используют реостатное торможение. Устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока содержит управляемый выпрямитель, соединенный с системой автоматического регулирования, в которой предусмотрены датчики тока обмоток тяговых электромашин и датчик скорости электровоза, элементы сравнения сигналов задающего элемента и указанных датчиков. В устройство дополнительно включен блок вычисления отношения среднего значения тока якорных обмоток к току возбуждения и блок для вычисления разницы максимального и минимального значений токов якорных обмоток тяговых электромашин, который соединен с элементом сравнения в канале регулирования тока возбуждения и с электропневматическим вентилем включения подачи песка под колеса электровоза. Решение направлено на расширение функциональных возможностей устройства. 2 ил.

 

Предложенное изобретение относится к электровозам с питанием от контактной сети переменного тока 25 кВ, 50 Гц, на которых используют реостатное торможение. Известно устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока, в котором тяговые электромашины соединены по схеме независимого возбуждения, причем их обмотки возбуждения отключены от якорных обмоток и соединены в последовательную цепь, которая подключена к управляемому тиристорному выпрямителю, получающему электропитание однофазным переменным напряжением 380 В, 50 Гц от вторичной обмотки собственных нужд главного трансформатора электровоза, якорная обмотка каждой тяговой электромашины замкнута на индивидуальный резистор, вход управления выпрямителя посредством многоканальной системы автоматического регулирования с типовыми пропорционально-интегральными звеньями соединен с задающим элементом управления режимом движения электровоза, входящим в состав контроллера машиниста, а также датчиками токов якорных обмоток, датчиком тока возбуждения и датчиком скорости движения электровоза [1, 2].

Недостаток этого устройства связан с тем, что не учитывается ряд ограничений по предельным режимам использования тяговых электродвигателей (по межламельному напряжению на коллекторе, по избыточному проскальзыванию колесной пары по рельсам и др.), поэтому не доиспользуются тормозные возможности электровоза.

В качестве прототипа предложенного изобретения целесообразно принять устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока, содержащее управляемый выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно обмотки возбуждения тяговых электромашин электровоза, а вход управления этого выпрямителя соединен с выходом многоканальной системы автоматического регулирования, в составе которой предусмотрены датчики тока каждой из якорных обмоток тяговых электромашин электровоза, нагруженных на индивидуальные тормозные реостаты, датчик тока последовательно соединенных обмоток возбуждения и датчик скорости электровоза, а также задающий элемент в составе контроллера машиниста с переключением режимов стабилизации заданной скорости электровоза или заданного тока якорных обмоток, элементы сравнения выходных сигналов задающего элемента и указанных датчиков, логический блок и пропорционально-интегральное звено, выход которого подключен ко входу управления выпрямителя [3, 4].

Недостаток прототипа связан с тем, что в нем не реализован полный набор функциональных требований в части управления электрическим торможением поезда электровозом. В частности, не разделены функция задания постоянной скорости на затяжном вредном спуске и функция задания максимально возможной тормозной силы. Кроме того, не учтен весь набор ограничений по предельным режимам тяговых электродвигателей [4].

Технический результат данного предложения по изобретению заключается в исключении указанных выше недостатков, т.е. в расширении функциональных возможностей устройства для автоматического управления реостатным тормозом без нарушения предельно-допустимых режимов. Этот технический результат достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены блок для вычисления отношения среднего значения тока якорных обмоток к току возбуждения и блок для вычисления разницы максимального и минимального значений токов якорных обмоток тяговых электромашин, причем выход первого блока подключен к отдельному дополнительному каналу с ограничением заданного предельного значения указанного выше отношения, а выход второго блока соединен с элементом сравнения в канале регулирования тока возбуждения и с электропневматическим вентилем включения подачи песка под колеса электровоза.

Сущность технического решения по заявляемому изобретению разъясняется ниже на конкретном примере реализации.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема силовой части устройства для 4-осной секции электровоза. Тяговые электромашины ТЭМ (Я1-ОВ1, Я2-ОВ2, Я3-ОВ3, Я4-ОВ4) включены по схеме независимого возбуждения; обмотки возбуждения ОВ1-ОВ4 соединены последовательно и подключены к выходу управляемого однофазного выпрямителя 5, вход переменного тока которого соединен с обмоткой собственных нужд главного трансформатора электровоза (U(переменное)=380 В). Вход 6 управления указанного выпрямителя 5 подключен к выходу системы регулирования, которая будет рассмотрена при описании фиг.2. В цепь ОВ1-ОВ4 включен датчик тока 7.

Якорные обмотки Я1-Я4 нагружены на индивидуальные тормозные реостаты (резисторы) 8-11, причем в каждом из этих контуров включен датчик тока 12-15. Их выходы подключены к логическому блоку 16, обеспечивающему вычисление экстремальных и среднего значения токов якорных обмоток Я1-Я4 по сигналам датчиков 12-15, т.е.:

$$I_{я\text{ max}}=\max (I_{я-1},I_{я-2},I_{я-3},I_{я-4})$$ ,

$$I_{я\text{ min}}=\min (I_{я-1},I_{я-2},I_{я-3},I_{я-4})$$ ,

$$I_{яср}=\frac{(I_{я-1}+I_{я-2}+I_{я-3}+I_{я-4})}{4}$$ .

Выходы блока 16 подключены соответственно к входам блоков 21, 25, 28, 31 по фиг.2. На фиг.2 представлена многоканальная система автоматического регулирования. Она является частью системы автоматического управления и выполнена на типовых звеньях слаботочной электроники. В качестве задающего элемента использован сельсин 17, встроенный в контроллер машиниста. На выходе сельсина установлен переключатель с двумя взаимно сблокированными двухпозиционными контактными элементами 18А и 18Б.

Предусмотрены также элементы предварительной настройки (потенциометры) 19, 20, при помощи которых задают в соответствующем масштабе:

- максимально допустимое значение тока возбуждения I_в-max;

- максимально допустимое отношение тока якорных обмоток I_я к току возбуждения I_в (для эксплуатируемых тяговых электромашин должно быть I_я/I_в≤3).

Для реализации этого ограничения предусмотрен счетно-решающий блок 21, входы которого соединены с выходом блока 16 и датчика 7 по фиг.1. Выходы 20 и 21 соединены с элементом сравнения 22, а его выход - логическим элементом 23.

Аналогичным образом устроен канал ограничения тока возбуждения с элементом сравнения 24.

Для контроля и предотвращения избыточного проскальзывания колесных пар по рельсам предусмотрен элемент 25, выход которого соединен с релейным элементом 26, а его выход - с имеющимся на электровозе электропневматическим вентилем ЭПВ 27, обеспечивающим подачу песка в зоны контакта колес с рельсами.

Неподвижные верхние контакты переключателя 18А, Б включены в канал стабилизации скорости с датчиком 28 фактической скорости электровоза, элементом сравнения 29 и инерционным звеном 30. Датчик 28 может быть непосредственным (тахогенератор) или косвенным [6]. Инерционные звено необходимо для сглаживания резкого изменения величины Δυ при изменении положения рукоятки сельсина 17.

Нижние неподвижные контакты переключателя 18А, Б образуют цепь регулирования якорных токов обмоток Я1-Я4 (см. фиг.1). Она содержит элемент сравнения 31, выход которого соединен (как и всех элементов сравнения 22, 24, 29) с входом блока ИЛИ 23. Выход этого блока подключен к типовому пропорционально-интегральному регулятору ПИР, а выход последнего - ко входу управления 6 выпрямителем 5 (см. фиг.1).

Устройство работает следующим образом. Режим торможения задает машинист поворотом рукоятки сельсина 17 на угол α. Предварительно переключатель 18А, Б должен быть установлен в верхнее положение А (ограничение скорости электровоза на вредном спуске) и в нижнее положение Б (задание тока I_я, т.е. тормозной силы).

В нижнем положении сигнал U_з(α) поступает на ЭС 31. Одновременно ЭС 24 контролирует ток I_в, а ЭС 22 - отношение $$\frac{I_{я}}{I_{в}}$$ . Если выход хотя бы одного из рассматриваемых каналов (т.е. любой из входов блока 24) имеет отрицательное значение напряжения, то ПИР 32 по входу 6 снижает выходное напряжение выпрямителя 5, снижая тем самым одновременно ток I_в и одновременно ток I_я обмоток Я1-Я4. Это продолжается до тех пор, пока все входы блока 23 не станут неотрицательными.

Если все входы блока 23 положительны, то имеет место обратный процесс, т.е. ПИР 32 по входу 6 увеличивает выходное напряжение выпрямителя 5, а соответственно токи I_в и I_я. Это продолжается до тех пор, пока хотя бы один из входов 23 не станет нулевым.

Процесс стабилизации тока якорных обмоток (нижнее положение переключателей 18А, Б) или процесс стабилизации скорости поезда (верхнее положение 18А, Б) выполняется одинаково теми же элементами управления, при помощи ПИР 32.

Эффективность данного изобретения обеспечивается за счет полного учета всех ограничений режима нагружения тяговых электромашин электровоза.

Источники информации:

1. Электроподвижной состав с электрическим торможением. Под редакцией Инькова Ю.М. и Фельдмана Ю.И., М.: УМЦ ЖДТ, 2008, с.238-249, рис.3.1-3.7.

2. Электровоз ВЛ80С, М.: Транспорт, 1982, гл. XI, с.272-333.

3. Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения ЭПС, М.: Транспорт, 1976, с.162-195, рис.VI-16.

4. Тулупов В.Д. Способ автоматического регулирования тормозной силы при реостатном торможении ЭПС. А.с. №219618, БИ 1968, №19.

Устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока, содержащее управляемый выпрямитель, к выходу которого подключены соединенные последовательно обмотки возбуждения тяговых электромашин электровоза, а вход управления этого выпрямителя соединен с выходом многоканальной системы автоматического регулирования, в составе которой предусмотрены датчики тока каждой из якорных обмоток тяговых электромашин электровоза, нагруженных на индивидуальные тормозные реостаты, датчик тока последовательно соединенных обмоток возбуждения и датчик скорости электровоза, а также задающий элемент в составе контроллера машиниста с переключением режимов стабилизации заданной скорости электровоза или заданного тока якорных обмоток, элементы сравнения выходных сигналов задающего элемента и указанных датчиков, логический блок и пропорционально-интегральное звено, выход которого подключен ко входу управления выпрямителя, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрены блок для вычисления отношения среднего значения тока якорных обмоток к току возбуждения и блок для вычисления разницы максимального и минимального значений токов якорных обмоток тяговых электромашин, причем выход первого блока подключен к отдельному дополнительному каналу с ограничением заданного предельного значения указанного выше отношения, а выход второго блока соединен с элементом сравнения в канале регулирования тока возбуждения и с электропневматическим вентилем включения подачи песка под колеса электровоза.