УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно к локомотивостроению или судостроению и может быть использовано для регулирования температуры изоляции обмоток тяговых электродвигателей (ТЭД).
Известно устройство для регулирования охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов. Устройство имеет вентилятор с приводом от электродвигателя постоянного тока, механически связанного с генератором управления, скорость которого имеет две ступени регулирования, которые машинист устанавливает в зависимости от режима силовой установки вручную.[Электровозы ВЛ 10 и ВЛ 10 У. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1981, с.51, 209 и 277.]
Недостатками указанного устройства являются механическая связь привода вентилятора с генератором управления, питающим электрические цепи, несвязанные с системой охлаждения изоляции обмоток ТЭД, двухступенчатая ручная система регулирования расхода охлаждающего воздуха.
Известна автоматическая система управления вентиляторами (АСУВ). Система включает в себя блок управления вентиляторами, датчик тока и указатели превышения температуры, предназначенные для контроля машинистом теплового состояния ТЭД и исправности автоматической системы управления вентиляторами. Система имеет два режима работы: в режиме тяги и в режиме горячего отстоя. Входной информацией для системы в режиме тяги является электрический сигнал датчика тока.
Датчик тока вырабатывает напряжение, пропорциональное току в цепи ТЭД. Это напряжение поступает на блок управления вентиляторами, в котором по кривым нагревания якорных обмоток ТЭД моделируется сигнал превышения температуры якоря над температурой охлаждающего воздуха. Полученный сигнал сравнивается с уставкой, пропорциональной 80°С, при которой вентилятор охлаждения переключается на высокую скорость вращения, и с уставкой, пропорциональной 75°С, при которой происходит возврат работы вентилятора на низкую скорость вращения. Моделированное текущее превышение температуры выводится из блока управления вентиляторами на указатели для контроля теплового состояния ТЭД и исправности автоматической системы управления вентиляторами. Работа системы в режиме горячего отстоя, необходима для вентиляции ТЭД в зимнее время на стоянках и происходит по следующему алгоритму. Входной информацией для АСУВ в этом режиме является напряжение аккумуляторной батареи. Это напряжение поступает также на блок управления вентиляторами, где сравнивается с уставками разряда (44-45 В) и заряда (57-58 В). Далее, если напряжение аккумуляторной батареи меньше или равно нижнему значению уставки включается низкая скорость вращения вентилятора охлаждения. Когда напряжение аккумуляторной батареи становится равным верхнему значению уставки, вентилятор охлаждения выключается [Михайловский Л. В., Исаев В.Ф., Лорман Л.М. и др. Система АСУВ для электровоза ВЛ 10-У.// Локомотив. - 2003. - №2, стр. 29.].
Данное техническое решение взято авторами за прототип. Недостатками прототипа являются то, что система регулирования является ступенчатой. Кроме этого моделирование температуры изоляции обмоток по току якорной цепи ТЭД объективно вводит ошибку при регулировании количества воздуха, необходимого для его охлаждения, в переходных режимах.
Недостатком прототипа является и то, что работа системы охлаждения в режиме «горячего отстоя» зависит от степени заряженности аккумуляторной батареи локомотива, т.е. система охлаждения ТЭД прототипа функционально зависима от системы, напрямую несвязанной с работоспособностью ТЭД - со схемой зарядки аккумуляторной батареи.
Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение надежности и точности регулирования системы охлаждения ТЭД локомотивов в зависимости от температуры их изоляционных конструкций.
Технический результат достигается тем, что схему питания вспомогательных цепей локомотива и систему охлаждения ТЭД предлагается изменить следующим образом; заменить генератор питания вспомогательных цепей локомотива на статический преобразователь, при этом вентилятор охлаждения ТЭД выполнить в виде отдельной машины постоянного или переменного тока, которая запитывается от сети через вышеупомянутый статический преобразователь и систему слежения за температурой изоляционных конструкций ТЭД, которая выполнена в виде емкостного преобразователя, причем в качестве емкостного датчика температуры используется конструктивная емкость силовой цепи локомотива.
Система зарядки аккумуляторной батареи выполнена автономной, несвязанной с системой охлаждения и получает питание от статического преобразователя.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где изображены на фиг.1. блочно-принципиальная схема устройства для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов;
на фиг.2 - представлена зависимость электрической емкости якорей ТЭД от температуры и напряжения.
Устройство для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов (см. фиг.1) состоит из: статического преобразователя 1, блока выделения сигнала управления устройства по температуре 2, силовой цепи локомотива 3 (на схеме условно показаны только два ТЭД), схемы широтно-импульсного регулятора (ШИМ) 4, мотора вентилятора (MB) 5, и блока тиристоров управления 6 (на схеме условно показан только один тиристор). Позицией 7 на схеме обозначена аккумуляторная батарея, позицией 8 - генератор переменного напряжения, позициями 9, 10 - разделительные конденсаторы
Устройство для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов, применительно к электровозу постоянного тока, например ВЛ 10, работает следующим образом.
Статический преобразователь 1 (см. фиг.1) получает питание от сети постоянного тока 3000-3800 В через быстродействующий выключатель БВ (на схеме не показан) и преобразует его в три напряжения: стабилизированное постоянного тока 50-56 В с мощностью 5,6 кВт, для питания цепей управления и цепи зарядки аккумуляторной батареи, стабилизированное постоянного тока ±15 В с мощностью 1,6 кВт, для питания ШИМ 4, и постоянного напряжения для питания генератора переменного напряжения 8 блока выделения сигнала управления по температуре 2, управляющего работой ШИМ 4 и блока тиристоров 6 в цепи питания электродвигателя MB 5 привода вентилятора охлаждения ТЭД силовой цепи 3.
Плавное регулирование скорости вращения мотора вентилятора 5, в зависимости от температуры нагрева изоляции обмоток ТЭД, происходит по следующему алгоритму.
Блок выделения сигнала управления по температуре 2, получающий питание от генератора переменного напряжения 8 (см. фиг.1), вырабатывает сигнал прямо пропорциональный величине конструктивной
емкости силовой цепи локомотива и передает его через разделительные конденсаторы 9, 10 в схему управления ШИМ 4. Схема ШИМ 4 отрабатывает этот сигнал и передает сигнал управления на управляющие электроды блока тиристоров 6. Схема регулирования величины этого сигнала построена так, что чем больше регистрируемая величина конструктивной емкости силовой цепи локомотива, тем больший угол открытия получают тиристоры блока 6 и тем больший ток протекает через мотор вентилятора 5, тем больше напряжение между его точками подключения к сети постоянного тока и значит тем больше его скорость. И наоборот, чем меньше величина конструктивной емкости силовой цепи локомотива, тем меньший угол открытия задается схемой управления ШИМ на блок тиристоров 6 и тем меньше скорость вращения мотора вентилятора 5.
Для пояснения вышеприведенного алгоритма в материалах заявки приведены графики изменения конструктивной емкости корпусной изоляции якорей, представленные на фиг.2.
Как видно из приведенного графика (фиг.2), зависимость емкости якоря, ТЭД в диапазоне температур 40-140°С практически линейна и очень мало зависит, в диапазоне 0-1000 В (диапазон напряжений работы ТЭД), от напряжения.
Зависимости емкости якорей ТЭД от температуры и напряжения (фиг.2), а также те же зависимости для всей силовой цепи изучались применительно к тепловозам типа ТЭ - 10. [Исследование условий теплового пробоя тяговых электродвигателей тепловозов и разработка мероприятий по повышению их надежности.:0тчет по НИР (Тема Т-12 по пр. МПС №37Ц от 31.12.75). Ташк. инт. Инж. ж. - д. трансп.(ТашИИТ); Руководитель В.Н.Жидков. - Исх. №2/31 сп. От 27.12.76; Ташкент, 1976. - с.87. Гордеев И.П. Исследование и разработка методов повышения
надежности корпусной изоляции якорей тяговых электродвигателей тепловозов: Дис....канд. техн. Наук. - М.: 1980. - с.105-114].
Исследования показали, что основную емкость силовых цепей локомотивов составляют параллельно включенные якори ТЭД и генератора. Ёмкость монтажных кабелей силовой цепи и катушек магнитной системы, по сравнению с емкостями электрических машин, незначительна. Поэтому конструктивная емкость силовой цепи локомотива, входящая в блок выделения сигнала управления по температуре 2 (см. фиг.1.), прямо пропорционально зависит от температуры изоляции обмоток ТЭД. При этом, в диапазоне температур регулирования (40-130°С) эта зависимость - практически линейна и поэтому в блоке 2 будет вырабатываться сигнал также прямо пропорциональный температуре обмоток ТЭД локомотивов.
р
р
В режиме тяги устройство работает следующим образом. При трогании с места поезда токи через двигатели будут разогревать их обмотки, вследствие чего электрическая емкость якорей будет расти (см. фиг.2). Поскольку конструктивная емкость силовой цепи складывается из параллельно включенных конструктивных емкостей якорей ТЭД. их полюсных обмоток и емкости монтажных кабелей суммарная емкость силовой цепи локомотива будет также возрастать. В соответствии с ростом этой емкости будет расти напряжение, подаваемое на зажимы приводного электродвигателя системы охлаждения ТЭД. По мере разгона поезда и ведения его по перегону температура изоляции его обмоток будет меняться в меньшую или большую сторону в зависимости от профиля пути. В соответствии с изменением температуры изоляции ТЭД будет меняться в ту же сторону и конструктивная емкость силовой цепи локомотива. Эти изменения через разделительные конденсаторы (С 1, С 2) будут передаваться на блок выделения сигнала управления по температуре (емкостного преобразователя) 2 (фиг.1) и далее на ШИМ 4.
ШИМ 4, отработав сигнал регулирования, изменит напряжение на управляющих электродах блока тиристоров 6, а значит и на зажимах подключения к сети мотора вентилятора в большую или меньшую стороны, в зависимости от температуры изоляции обмоток ТЭД. При этом большей температуре изоляции обмоток ТЭД будут соответствовать большие числа оборотов вентилятора их охлаждения и наоборот. При температуре изоляции менее 40°С схема выделения сигнала управления по температуре 2 зарегистрирует минимальную величину конструктивной емкости силовой цепи локомотива и выдаст сигнал, при котором схема управления ШИМ закроет тиристоры блока 6 и мотор-вентилятор 5 охлаждения обмоток ТЭД остановится (не будет потреблять энергию). Кроме этого в устройстве предусмотрена работа системы охлаждения в режиме «горячего отстоя». В этом режиме электродвигатель 5 привода вентилятора охлаждения ТЭД получает питание также от БВ через блок тиристоров 6, но скорость его вращения задается постоянной по величине, равной скорости вентилятора при значении емкости силовой цепи (уставке), соответствующей температуре изоляции 40°С.
Таким образом, устройство для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов имеет два режима работы - в режиме тяги и в режиме горячего отстоя, для чего в его схеме управления ШИМ 4 предусмотрен специальный прерывистый режим работы.
Преимущества предлагаемой полезной модели заключаются в следующем.
Замена двухмашинного агрегата - генератор - мотор - вентилятор системы охлаждения ТЭД на статический преобразователь позволяет выполнить систему питания вспомогательных цепей, систему охлаждения ТЭД и схему зарядки аккумуляторных батарей автономными, независящими от работоспособности каждой из указанных систем. Это повышает надежность работы каждой системы и локомотива в целом.
Применение емкостного преобразователя и конструктивной емкости силовой цепи в качестве датчика температуры позволяет повысить точность регулирования системы охлаждения и поддерживать температуру изоляции конструктивных элементов ТЭД в заданных безопасных пределах. Это значительно улучшит условия работы ТЭД, повысит их надежность и ресурс в эксплуатации.