УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ПЛЕЧ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПОД НАГРУЗКОЙ

Изобретение применяется на железнодорожном транспорте и относится к устройству, позволяющему не выходя из первой зоны регулирования напряжения на тяговых электрических двигателях, на стоянке произвести диагностику всех плеч выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) электровоза под контактным проводом.
ВИП предназначен для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный, плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования противо-ЭДС инвертора в режиме рекуперативного торможения [1]. На электровозе имеется несколько ВИП в зависимости от его серии.
1
На рис.1 представлена упрощенная принципиальная схема электровоза переменного тока. Принципиальная схема содержит тяговый трансформатор, имеющий первичную (U) и вторичную обмотки, выполненную в виде трех последовательно соединенных секций, две из которых на равное напряжение (а1-1 и 1-2), а третья на двойное напряжение (2-х1) и четыре параллельных ветви ВИП, параллельно включенных между шинами постоянного тока (рис.1). Каждая ветвь ВИП содержит пару последовательно соединенных управляемых плеч тиристоров, а их средние точки подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора. Силовая часть ВИП состоит из восьми тиристорных плеч, приведенная на рис.1. К плюсовой и минусовой шинам ВИП подключаются через сглаживающий реактор (СР), параллельно соединенные тяговые двигатели электровоза, содержащие якорь (Д1, Д2, Дn) и обмотки возбуждения (OB1, OB2, ОВn), рис.1.
Известно устройство: блок управления выпрямительно-инверторными преобразователями (БУВИП), - реализующая четыре зоны регулирования
0
p
выпрямленного напряжения на тяговых двигателях, с целью регулирования скорости движения электровоза путем подачи импульсов управления (α - минимальный угол открытия тиристоров, α - угол регулирования по фазе) на определенные плечи ВИП (U11, U12, U13) или микропроцессорная система управления движением и диагностики (МСУД), рис.2 [1].
На рисунке 1 показаны зоны регулирования напряжения. Первая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V3, V4 и V5, V6, подключенные к секции 1-2 вторичной обмотки трансформатора - образуют первую зону регулирования напряжения;
Вторая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V1, V2, V3, V4 и V5, V6, подключенные к секции a1-2 вторичной обмотки - образуют вторую зону регулирования напряжения;
Третья зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V3, V4, V5, V6 и V7, V8, подключенные к секции 1-X1 вторичной обмотки трансформатора - образуют третью зону регулирования напряжения;
Четвертая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V1, V2, V3, V4 и V7, V8, подключенные к секции а1-х1 вторичной обмотки трансформатора - образуют четвертую зону регулирования напряжения.
Устройство БУВИП предназначено для управления выпрямительно-инверторными преобразователями электровоза, представляет собой блок электроники, на вход X1, которого поступают управляющие импульсы от контроллера машиниста, а с выходного разъема X2 к ВИП (U11-U13) по проводам A101-A109 на первую секцию электровоза поступают импульсы управления согласно алгоритму, представленному в таблице 1 и через разъемы X34, X40 импульсы поступают на вторую секцию, рис.2 [1].
В настоящее время типовым устройством (БУВИП) производится диагностика работоспособности электровоза после ремонта на стоянке, используя алгоритм управления, применяемый только на первой зоне регулирования, приведенный в таблице 1. Исправность плеч ВИП электровоза, электронного
и электрического оборудования контролируется появлением токов якорей тяговых двигателей при подаче импульсов управления на плечи ВИП V3, V4 и V5, V6 (первая зона), ток наблюдается по амперметру находящийся в кабине машиниста электровоза или по монитору микропроцессорной системы управления и диагностики. Угол открытия тиристоров ВИП производится путем поворота штурвала контроллера в положение П (подготовка, сбор схемы тяги) и далее из положения HP (начало регулирования) плавно поворачивая в направлении положения конца первой зоны [1]. Машинист задает значение тока необходимого для проверки ВИП и каналов электронного оборудования.
Функциональное назначение ВИП его конструкция и принцип действия определяют особые требования при его ремонте в локомотивном депо и проверке его работоспособности после ремонта под нагрузкой.
Недостатками типового устройства управления ВИП является отсутствие возможности диагностики всех плеч ВИП электровоза на стоянке под нагрузкой. Особенно это необходимо после проведения ремонта электровозов переменного тока в локомотивных депо по циклу всех текущих ремонтов (ТР), технического обслуживания (ТО), среднего и капитального ремонта, так как после этого производится диагностика электрической, и электронной аппаратуры электровоза под контактным проводом при рабочих токах нагрузки и передача электровоза в эксплуатацию. Однако ремонтная бригада имеет возможность проверить работоспособность плеч ВИП на стоянке под нагрузкой только четыре плеча (первая зона) V3, V4, V5, и V6 (не выходя из первой зоны регулирования напряжения) вместо содержащихся восьми, из-за образования больших токов тяговых двигателей, так как на стоянке электровоза противо-ЭДС тяговых двигателей равны нулю и активное сопротивление мало. Попытка выйти на вторую зону регулирования приводит к движению электровоза и аварийному режиму тяговых двигателей из-за возникновения больших токов, что вызывает срабатывание защиты, которая разбирает схему
тяги электровоза. Следовательно, половина электрической и электронной части аппаратуры, которая работает при управлении соответствующих плеч ВИП остается не проверенной. Также является не возможным определить неисправность плеча ВИП с точностью до одного, что существенно повышает трудоемкость при определении возникшей неисправности, которые в эксплуатации приводят к отказу работы электрооборудования электровоза.
В результате при применении штатного способа проверки плеч ВИП электровоза образовалась «технологическая дыра» позволяющая выдавать электровозы после проведения ремонта в эксплуатацию при этом, не гарантируя его исправность во всем диапазоне регулирования напряжения, т.е. на зонах 2, 3 и 4 (таблица 1).
Целью предлагаемого изобретения является:
- повышение безопасности движения поездов;
- не выходя из первой зоны регулирования напряжения на тяговых электрических двигателях, на стоянке произвести диагностику электрического и электронного оборудования всех плеч выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза под контактным проводом;
- с точностью определить неисправное плечо ВИП;
- снижение трудоемкости определения неисправности электровоза.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в том, что сигналы управления первой зоны регулирования подаются на ВИП по новому алгоритму управления для того, чтобы проверить все плечи ВИП на стоянке под нагрузкой. Предлагается использовать два варианта алгоритма управления ВИП четырехплечевого и двухплечевого, реализуемые дополнительным устройством.
Первый вариант заключается в том, что сигналы управления подаются на четыре плеча ВИП, причем могут использоваться всевозможные варианты двухполупериодных мостовых схем выпрямления, состоящие из четырех плеч ВИП, образовывая однофазную мостовую схему из N-ых мостов. В таблице
2 показан алгоритм первого варианта работы устройства, представленного на рис.3.
Второй вариант заключается в том, что сигналы управления подаются на два плеча ВИП, причем могут использоваться всевозможные варианты однополупериодной схемы выпрямления, состоящие из двух плеч ВИП, работающие только при положительном напряжении полупериода по отношению к подключаемым плечам ВИП. В таблице 3 показан алгоритм второго варианта работы устройства, представленного на рисунке 3.
Таким образом, производится диагностика работоспособности всех плеч ВИП электровоза, электрической и электронной аппаратуры электровоза.
Подачу управляющих сигналов с БУВИП на ВИП осуществляют посредством применения предлагаемого устройства, состоящего из блока управления, предназначенный для переключения вариантов диагностики и диагностируемых плеч ВИП и блока задачи алгоритма подключаемого в разъем X2 БУВИП, предназначенный для распределения импульсов управления на плечи ВИП по проводам A101-A109, при открытии соответствующих плеч на тяговых электрических двигателях образуется ток (рис.3, 4).
Блок задачи алгоритма 8 включает в себя разъем 9, посредством которого устройство устанавливается в разъем X2 блока БУВИП, блок питания 15, предназначенного для обеспечения питания блока управления 4 и усилителя импульсов 72, предназначенного для усиления импульсов управления тиристоров ВИП, шифратор 14, предназначенный для преобразования последовательного сигнала в параллельный, формирователь алгоритма управления 13, предназначенный для формирования импульсов управления заданного блоком управления (рис.3).
Блок управления 4 выводится в кабину машиниста электровоза и включает в себя блок выбора плеч 6, предназначенный для поочередного выбора
диагностируемых плеч ВИП, блок выбора 2-х или 4-х плечевого алгоритма 3, предназначенного для выбора алгоритма управления диагностики (таблица 2 или 3), кодировщик 11, предназначенный для кодирования сигнала в последовательный сигнал и передачи его в блок задачи алгоритма, блок индикации 16, предназначенный для контроля текущих диагностируемых плеч ВИП, блок контроля целостности проводов 1, предназначенного для самодиагностики целостности соединительного кабеля (рис.3). В случае обрыва соединительного кабеля на блоке управления загорается светодиодный индикатор зеленого цвета 7 «КОНТРОЛЬ ПРОВОДОВ» (рис.4).
Блок задачи алгоритма 8 и блок управления 4 соединяются кабелем 7 посредством разъема типа «СОМ» 2, 10 (рис.4). Свечение светодиодного индикатора 5 сигнализирует о включенном или выключенном состоянии алгоритма управления. Кнопка 3 производит выбор вариантов диагностики плеч ВИП: по четыре или два плеча. Кнопка 6 производит поочередный выбор диагностируемых плеч, напротив которых загорается светодиодный индикатор красного цвета. Общий вид устройства представляет собой портативное переносное устройство (рис.4).
Диагностика по первому варианту необходима для создания больших токов тяговых двигателей, при таких токах более качественно производится проверка работоспособности плеч ВИП электровоза и цепей его управления.
Исправность плеч ВИП электровоза, электронного и электрического оборудования контролируется появлением токов якорей тяговых двигателей, при подаче импульсов управления на соответствующие плечи (таблица 2, 3), ток контролируется по амперметру, находящегося в кабине машиниста электровоза, или по монитору МСУД.
Отсутствие тока якоря сигнализирует о неисправности плеча ВИП. Точное его определение производится по двухплечевому варианту следующим образом: например, при формировании импульсов управления на два плеча V5-e и V2-e ВИП наблюдают, что токи якорей тяговых двигателей равны нулю, следовательно, на ВИП неисправно плечо V5 или V2. Для точного определения неисправного плеча и его цепей управления необходимо произвести проверку вариантов, содержащих плечи V5, V2, в сочетании с другими плечами ВИП; например, V5, V4 - путем подачи на них импульсов управления, таким образом, проверить, есть ли нагрузка на тяговых двигателях. Если в сочетании с другими плечами плечо V5 работает и на двигателях есть нагрузка, то неисправным является плечо V2 ВИП.
Список литературы:
1. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации [текст] / Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1995. - 480 с.: ил., табл.