ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ БОКСОВАНИЯ И ЮЗА ЭЛЕКТРОВОЗА С ПЛАВНЫМ ЗОННО-ФАЗОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к тяговому подвижному составу с электроприводом и системой питания от управляемых (тиристорных) преобразователей, а именно к устройствам защиты от боксования (юза) колесных пар локомотивов.
Известна система защиты от боксования (юза), содержащая реле боксования (юза), воздействующее на подсыпку песка под колеса электровоза и включение сигнальной лампы на пульте машиниста (см. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. - М.; Транспорт, 1980. - 471 с.; с.287-292, рис.278).
Недостатком данной системы является низкая чувствительность, отсутствие индивидуализации противобоксовочного и противоюзного воздействия, ограниченная эффективность применения песка, а также его повышенный расход.
Известна также электронная система защиты от боксования (юза), использующаяся на электровозах с плавным зонно-фазовым регулированием напряжения ВЛ80Р и ВЛ85, содержащая блок защиты от боксования и юза, включающий в себя элементы сравнения заданного значения тока якоря с действительным значением тока якоря, элементы запрета, разрешающие работу схеме защиты от боксования (юза) при наличии сигнала с датчиков боксования
(юза); блок промежуточных реле, управляющий работой электропневматических клапанов песочниц по команде блока защиты от боксования и юза, датчики боксования (юза), блоки выявления скольжения, блок регулирования тока якоря, блок регулятора силы торможения, песочницы (см. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации / Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1992. - 480 с.: илл., табл.; с.149-173, рис.7.27, 7.29, 7.30, 7.31, 7.34, 7.39, 7.40/; Преобразователь выпрямительно-инверторный ВИП-4000 УХЛ2. Руководство по эксплуатации ИЖРФ 435612005 РЭ.; с.27-31, рис.9, 12).
Данное устройство осуществляет защиту колесных пар от боксования (юза) путем воздействия на клапаны песочниц и уменьшения тока якорей всех тяговых двигателей электровоза до восстановления сцепления боксующей (юзующей) колесной пары с последующим плавным нарастанием тока якорей тяговых двигателей до заданного значения.
Недостатком устройства является большие потери силы тяги при реализации противобоксовочного и противоюзного воздействия вследствие уменьшения тока якорей всех тяговых двигателей (как боксующих, так и не боксующих), а также ограниченная эффективность применения песка.
Более близким техническим решением к предлагаемому устройству является электронная система защиты от боксования электровоза с плавным зонно-фазовым регулированием напряжения, содержащая блок фазового управления, общий блок элементов сравнения, блок опорных напряжений, блоки формирования запрета, датчики напряжения, тяговые двигатели, блок синхронизации импульсов, блок перевода нагрузки, блоки управления силовыми тиристорами, включающие в себя плату управления, платы защиты и системы формирования импульсов, блоки выходных усилителей, блоки силовых тиристоров. Блок формирования запрета содержит первый блок элементов логического распределения, блок логического умножения, второй блок логического распределения, блок элементов сравнения, блок опорных
напряжений, счетчик с переменным циклом работы, элемент запрета, электронный ключ, блок напряжения запрета (см. свидетельство на полезную модель №11162 «Электронная система защиты от боксования электровоза с плавным зонно-фазовым регулированием напряжения», 1999 г.).
Защита колесных пар от боксования производится путем индивидуального снижения напряжения на тяговых двигателях боксующих колесных пар. Снижение напряжения осуществляется за счет искусственного пропуска полуволны выпрямленного напряжения с различной частотой в зависимости от фазы угла регулирования открытия тиристоров и интенсивности боксования. На зонах регулирования, выше первой, производится снятие добавки напряжения, вносимой данной зоной. Осуществляется непрерывная коррекция величины противобоксовочного воздействия в зависимости от фазы угла регулирования и интенсивности боксования.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности его работы в режиме электрического торможения с целью прекращения юза.
Цель полезной модели - повышение эффективности работы устройства путем получения возможности его работы в режиме электрического торможения для прекращения юза колесных пар локомотива.
Эта цель достигается тем, что каждый блок формирования запрета снабжен четвертым и пятым управляющими входами, подключенными соответственно к выходу блока противокомпаундирования и выходу блока регулирования угла запаса, выход каждого блока формирования запрета подключен к входам соответствующего блока управления силовыми тиристорами, например, к первым управляющим входам плат защиты блока управления силовыми тиристорами, вторые управляющие входы которых подключены к плате управления блока управления силовыми тиристорами, каждый блок формирования запрета снабжен двумя дополнительными электронными ключами и одним дополнительным элементом запрета, а также сумматором, основной вход первого электронного ключа подключен к выходу счетчика с
переменным циклом работы, управляющий вход первого электронного ключа подключен к выходу сигнала работы в режиме тяги блока противокомпаундирования, выход первого электронного ключа соединен с первым входом первого элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу минимального угла открытия тиристоров блока перевода нагрузки, выход первого элемента запрета подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго элемента запрета, первый вход которого подключен к выходу второго электронного ключа, второй вход второго элемента запрета соединен с выходом угла опережения открытия тиристоров блока регулирования угла запаса, основной вход второго электронного ключа соединен с основным входом первого электронного ключа и подключен к выходу счетчика с переменным циклом работы, управляющий вход второго электронного ключа соединен с управляющим входом первого электронного ключа и подключен к выходу сигнала работы в режиме тяги блока противокомпаундирования, выход сумматора подключен к управляющему входу третьего электронного ключа, основной вход которого соединен с выходом блока напряжения запрета, выход третьего электронного ключа подключен к входам соответствующего блока управления силовыми тиристорами, например, к первым управляющим входам плат защиты блока управления силовыми тиристорами.
На фиг.1 представлена блочная схема электронной системы защиты от боксования электровоза с плавным зонно-фазовым регулированием напряжения, а на фиг.2 - блочная схема блока формирования запрета.
Устройство содержит блок фазового управления 1, общий блок элементов сравнения 2, блок опорных напряжений 3, блоки формирования запрета 4, датчики напряжения 5, тяговые двигатели 6, блок синхронизации импульсов 7, блок перевода нагрузки 8, блок противокомпаундирования 9, блок регулирования угла запаса 10, блоки управления силовыми тиристорами 11, включающие в себя плату управления 12, платы защиты 13 и системы формирования
импульсов 14; блоки выходных усилителей 15, блоки силовых тиристоров 16. Блок формирования запрета содержит первый блок элементов логического распределения 17, блок логического умножения 18, второй блок логического распределения 19, блок элементов сравнения 20, блок опорных напряжений 21, счетчик с переменным циклом работы 22, первый электронный ключ 23, первый элемент запрета 24, сумматор 25, третий электронный ключ 26, блок напряжения запрета 27, второй электронный ключ 28, второй элемент запрета 29.
Схема защиты работает следующим образом.
Р
P
Р
P
Напряжение управления из блока 1, изменяющееся от нуля до максимального значения в зависимости от величины (фазы) угла регулирования α и зоны регулирования, поступает в общий блок элементов сравнения 2, где оно сравнивается с опорными напряжениями, поступающими из блока опорных напряжений 3. Блок элементов сравнения имеет n выходов в зависимости от числа зон регулирования и периодичности пропуска полупериодов питающего напряжения. В зависимости от зоны регулирования и фазы угла регулирования α на одном из выходов блока элементов сравнения появляется сигнал, который подается в блок элементов логического распределения 17, предназначенный для логического распределения выходных сигналов общего блока элементов сравнения 2 по каналам регулирования в соответствии с фазой угла регулирования α. Блок элементов логического распределения имеет n выходов, количество которых зависит от периодичности пропуска полупериодов питающего напряжения. В зависимости от фазы α в данный момент времени в работе будет находиться только один канал регулирования. Выходы (каналы регулирования) блока элементов логического распределения подключены к соответствующим входам блока логического умножения 18. Аналоговый сигнал с выхода датчика напряжения 5, входы которого подключены к соответствующим обмоткам якорей тяговых двигателей 6, поступает на первые входы блока элементов сравнения 20, соединенные параллельно, где
Р
Р
он сравнивается с опорными напряжениями, поступающими из блока опорных напряжений 21. В зависимости от величины сигнала с датчика напряжения (а, следовательно, от интенсивности боксования или юза) на одном из выходов блока элементов сравнения 20 появляется сигнал, который подается на соответствующий вход второго блока элементов логического распределения 19, предназначенного для логического распределения выходных сигналов блока элементов сравнения 20 по каналам регулирования в соответствии с интенсивностью боксования. Блок элементов логического распределения 19 имеет n выходов, количество которых зависит от степени разбиения выходного сигнала датчика напряжения, изменяющегося от 0 до максимального значения. В зависимости от величины сигнала с датчика напряжения в данный момент времени в работе находится только один канал регулирования. Выходы блока 19 подключены к соответствующим входам блока логического умножения 18. Блок логического умножения предназначен для логического перемножения сигналов блоков 17 и 19. Выходы блока логического умножения подключены к соответствующим входам счетчика с переменным циклом работы 22. В зависимости от фазы α и интенсивности боксования в данный момент времени в работе находится только один выход блока логического умножения, при этом счетчик осуществляет счет импульсов синхронизации, поступающих из блока 7, и на выходе счетчика появляется сигнал с определенной периодичностью, соответствующей фазе угла регулирования α и интенсивности боксования (юза). Далее сигнал подается на две цепочки электронных ключей и элементов запрета: элементы 23 и 24 работают в тяге, а элементы 28 и 29 - в режиме электрического торможения. В тяге работает цепь, состоящая из электронного ключа 23 и элемента запрета 24. При наличии на управляющем входе электронного ключа 23 сигнала работы в режиме тяги с соответствующего выхода блока противокомпаундирования 9, разрешается прохождение сигнала через ключ 23 на первый вход элемента запрета 24, разрешающего прохождение импульсов управления в схему формирования
оз
pmах
оз
импульсов только в диапазоне от α до α, для этого из блока 8 поступает инверсный сигнал α на второй вход элемента 24, чем обеспечивается снятие добавки напряжения на зонах регулирования выше первой. Далее сигнал с выхода элемента 24 поступает на первый вход сумматора 25, с выхода которого сигнал поступает на управляющий вход электронного ключа 26, который срабатывает и подает напряжение из блока 27 на первые управляющие входы плат защиты 13, осуществляющих при этом блокирование прохождение импульсов управления в систему формирования импульсов 14, в результате чего снимаются импульсы сер с соответствующих управляющих электродов тиристоров блоков 16. При этом происходит снижение среднего значения выпрямленного напряжения и уменьшение тока в тяговом двигателе боксующей колесной пары. По мере изменения фазы угла регулирования и интенсивности боксования изменяется и коэффициент деления счетчика, таким образом, осуществляется непрерывная коррекция величины противобоксовочного воздействия в зависимости от интенсивности боксования и изменения фазы угла регулирования. При снижении сигнала с датчика напряжения ниже определенной величины исчезает сигнал на выходах второго блока элементов логического распределения 19, и счетчик прекращает процесс деления. При этом система защиты от боксования прекращает вырабатывать сигналы на снятие импульсов регулирования с управляющих электродов тиристоров блоков 16 и напряжение на тяговом двигателе возвращается к заданному системой управления преобразователями значению.
Таким образом, защита колесных пар от боксования производится путем индивидуального снижения напряжения на тяговых двигателях боксующих колесных пар. Снижение напряжения осуществляется за счет искусственного пропуска полуволны выпрямленного напряжения с различной частотой в зависимости от фазы угла регулирования открытия тиристоров и интенсивности боксования. На зонах регулирования, выше первой, производится снятие добавки напряжения, вносимой данной зоной. Осуществляется непрерывная
коррекция величины противобоксовочного воздействия в зависимости от фазы угла регулирования и интенсивности боксования. Это позволит предотвратить возникновение боксования колесной пары, что, в итоге, приводит к уменьшению случаев боксования и снижению потерь силы тяги, а, следовательно, и скорости при реализации противобоксовочного воздействия, в результате чего улучшаются технико-экономические показатели работы локомотива.
Р
В режиме рекуперации исчезает сигнал с выхода блока 9, в результате чего запрещается прохождение импульсов через ключ 23 и одновременно открывается ключ 28, при этом сигнал с выхода счетчика 22 подается через ключ 28 на первый вход второго элемента запрета 29, разрешающего прохождение импульсов управления в схему формирования импульсов только в диапазоне от 0 до β, для этого из блока 10 поступает инверсный сигнал β на второй вход элемента 29, чем обеспечивается снятие добавки напряжения на зонах регулирования выше первой. С выхода элемента 29 сигнал, ограниченный на величину β, поступает далее на второй вход сумматора 25 и далее на управляющий вход электронного ключа 26, который, срабатывая, подает напряжение из блока 27 на первые управляющие входы плат защиты 13, осуществляющие при этом блокирование прохождение импульсов управления из блоков 15 в систему формирования импульсов 14, в результате чего снимаются импульсы α с соответствующих управляющих электродов силовых тиристоров блока 16. При этом происходит увеличение среднего значения выпрямленного напряжения и уменьшение тока в тяговом двигателе юзующей колесной пары.
При снижении сигнала с датчика юза ниже определенной величины исчезает сигнал на выходах второго блока элементов логического распределения 19, и счетчик прекращает процесс деления. Работа системы защиты от юза прекращается, и напряжение на тяговом двигателе возвращается к заданному системой управления преобразователями значению. Таким образом,
защита колесных пар от юза производится путем индивидуального увеличения напряжения на тяговых двигателях юзующих колесных пар. Увеличение напряжения осуществляется за счет искусственного продления полуволны выпрямленного напряжения высшей зоны регулирования с различной частотой в зависимости от фазы угла регулирования открытия тиристоров и интенсивности юза. Осуществляется непрерывная коррекция величины противоюзного воздействия в зависимости от фазы угла регулирования и интенсивности юза. Это позволяет предотвратить возникновение юза колесной пары, что, в итоге, приводит к уменьшению случаев юза и снижению потерь силы торможения, при реализации противоюзного воздействия, в результате чего улучшаются технико-экономические показатели работы локомотива.