СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЗА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
METHOD FOR REGULATING SPEED LOCOMOTIVE WITH ELECTRIC TRANSMISSION

Изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам, в частности к электрооборудованию транспортных средств с электротягой, и касается способа управления скоростью движения тепловоза, путевых машин.
Известен способ регулирования скорости движения тепловоза с поездом, при котором текущее значение скорости движения, получаемое с помощью датчика скорости, сравнивается с заданным значением в сравнивающем устройстве, разность подается на вход усиливающего устройства, выполненного в виде релейного устройства, далее выходной сигнал релейного устройства подается на вход блока регулирования мощности энергетической установки (Автоматические системы управления локомотивов. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009, с 398-418. Авт.: Н.М. Луков, А.П. Космодамианский).
Недостатком технического решения является то, что релейный принцип регулирования обуславливает значительную степень колебательности процессов в энергетической установке тепловоза, и соответственно скорость движения также имеет колебательный характер, что делает невозможным использование технического решения в условиях работы путевой техники и в горочной работе.
Известен способ регулирования скорости движения тепловоза с электрической передачей, принятый за прототип, заключающийся в том, что выделяют сигнал, пропорциональный скорости движения, сравнивают его с заданным значением и изменяют напряжение тягового генератора, выделяют сигнал, пропорциональный магитному потоку тягового электродвигателя, фиксируют момент времени, когда разность величин сигналов, пропорциональных фактической и заданной скоростям движения, становится меньше наперед заданной величины, сигнал, пропорциональный величине этой разности, интегрируют, вычисляют сопротивление движению по наперед заданным значениям веса тепловоза с составом и профиля участка движения, по вычисленному значению сопротивления движению и известным характеристикам тягового электродвигателя определяют уставку требуемого значения тока тягового генератора по известной величине силы тяги тепловоза, перемножают величину сигнала, пропорционального магнитному потоку тягового электродвигателя, с величиной заданного значения скорости движения, полученный результат нормируют, корректируют по величине падения напряжения на сопротивлении цепей тяговых электродвигателей, результат корректировки принимают за уставку напряжения тягового генератора, определяют уставку требуемой мощности тягового генератора, для чего величину уставки напряжения тягового генератора перемножают с уставкой тока тягового генератора, скорректированной по результату интегрирования разности величин сигналов, пропорциональных фактической и заданной скоростям движения, результат умножения нормируют и по полученному результату регулируют мощность тягового генератора (патент на изобретение RU №2551865 С1, МПК B60L 15/20,11/02, опубл. 27.05.2015 г.).
Недостатком технического решения является то, что при работе на тепловозах весьма затруднительно определить с требуемой точностью фактический вес состава, текущий профиль пути, и соответственно сопротивление движению, что приводит к значительным неточностям в определении требуемых значений тока и мощности тягового генератора, и может в значительной степени ухудшить динамические показатели при регулировании скорости движения.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности и быстродействия регулирования скорости движения тепловоза.
Технический результат достигается тем, что в способе регулирования скорости движения тепловоза с электрической передачей, заключающемся в том, что выделяют сигнал, пропорциональный фактической скорости движения, выделяют сигнал, пропорциональный магитному потоку тягового электродвигателя, вычисляют сопротивление движению по наперед заданным значениям веса тепловоза с составом и профиля участка движения, по вычисленному значению сопротивления движению и известным характеристикам тягового электродвигателя определяют уставку требуемого значения тока тягового генератора по известной величине силы тяги тепловоза, перемножают величину сигнала, пропорционального магнитному потоку тягового электродвигателя, с величиной заданного значения скорости движения, полученный результат принимают за уставку напряжения тягового генератора, по изменению фактической скорости движения во времени вычисляют ускорение тепловоза, вычисленную величину нормируют и суммируют с значением сигнала, пропорционального фактической скорости движения, сравнивают полученный результат с заданным значением, результат сравнения интегрируют, по результату интегрирования корректируют вычисленную уставку напряжения тягового генератора и по полученному результату регулируют напряжение тягового генератора.
дв
дв
г
з
г
г
а
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ, на фиг. 2 представлены графики, характеризующие напряжение на тяговых электродвигателях тепловоза U в функции тока нагрузки генератора U=f(I) для стоящего тепловоза V=0 (кривая ) и при заданной скорости движения V=V (кривая б), а также характеристика тягового генератора U=f(I) при постоянной мощности для определенного значения сопротивления движению W (кривая в).
Устройство (фиг. 1) состоит из датчика 1 скорости, блока 2 вычисления ускорения, вход которого соединен с выходом датчика 1 скорости, выход блока 2 вычисления ускорения соединен с первым входом сумматора 3, второй вход сумматора 3 соединен с выходом датчика 1 скорости, выход сумматора 3 соединен с первым входом блока 4 сравнения, второй вход блока 4 сравнения соединен с выходом задатчика 5 скорости, выход блока 4 сравнения соединен с входом интегратора 6, выход задатчика 5 скорости соединен с входом блока 7 оценки сопротивления движению, выход которого соединен с входом блока 8 расчета уставки тока тягового генератора, выход блока 8 расчета уставки тока тягового генератора соединен с входом функционального преобразователя 9, выход которого соединен с первым входом блока 10 умножения, второй вход блока 10 умножения соединен с выходом задатчика 5 скорости, выход блока 10 умножения соединен с первым входом сумматора 11, второй вход которого соединен с выходом интегратора 6, выход сумматора 11 соединен с входом блока 12 регулирования напряжения тягового генератора.
Способ осуществляется следующим образом.
ф
з
з
Датчиком 1 скорости движения (фиг. 1) выделяют сигнал, пропорциональный фактической скорости движения, в блоке 2 вычисления ускорения определяют ускорение движения тепловоза, полученную величину нормируют, в сумматоре 3 величиной, пропорциональной ускорению, дополняют сигнал, пропорциональный фактической скорости движения V, полученное значение в блоке 4 сравнения сравнивают с заданным значением скорости движения тепловоза V, поступающим с выхода задатчика 5, в качестве которого может использоваться штатный контроллер машиниста либо устройство дистанционного управления (при необходимости удаленного управления тепловозом), результат сравнения интегрируют, для чего его с выхода блока 4 сравнения подают на вход интегратора 6, в блоке 7 оценки сопротивления движению по заданному значению скорости движения V, наперед заданным значениям веса тепловоза (Р) с составом (Q) и профиля участка (i), по которому движется тепловоз, вычисляют значение сопротивления движению (W) тепловоза с составом в соответствии с выражением
,
где W - сопротивление движению тепловоза с составом;
o
w - основное удельное сопротивление движению;
i - продольный профиль участка, по которому движется тепловоз, знак (+), если подъем, знак (-), если уклон;
Р - вес тепловоза;
Q - вес состава.
з
т
т
A
Для заданного значения скорости движения V и вычисленному значению сопротивления движению W определяют величину силы тяги F тепловоза, которую должен развить тепловоз для достижения этой скорости, этому режиму соответствует точка А на фиг. 2, в которой достигается равенство силы тяги и сопротивления движению F=W.
т
я
г
гз
т
Как известно, сила тяги тепловоза F однозначно определяется известными характеристиками тяговых электродвигателей и суммарным током нагрузки тяговых электродвигателей Σ I или током нагрузки тягового генератора I. В блоке 8 расчета уставки тока тягового генератора (фиг. 1) решают обратную задачу и определяют уставку требуемого значения тока I тягового генератора по известной величине силы тяги тепловоза F.
гз
з
гз
В блоке 10 вычисления уставки напряжения тягового генератора (фиг. 1) по скорректированной уставке тока тягового генератора I, поступающей с выхода блока 8 расчета уставки тока тягового генератора, посредством функционального преобразователя 9 выделяют сигнал, пропорциональный магнитному потоку тягового электродвигателя, и подают его на первый вход блока 10 умножения, в котором перемножают его с поступающим на второй вход блока 10 умножения с выхода задатчика 5 сигналом заданного значения скорости движения тепловоза V, полученный результат умножения нормируют и принимают за уставку напряжения тягового генератора U в соответствии с выражением
,
где К - нормирующий коэффициент;
тэд
СФ - магнитный поток тяговых электродвигателей (определяемый по известной в литературе характеристике намагничивания магнитной системы тяговых электродвигателей);
з
V - заданное значение скорости движения тепловоза.
гз1
гз
Далее в сумматоре 11 определяют скорректированную уставку требуемого напряжения тягового генератора U путем суммирования полученных ранее уставок напряжения тягового генератора U и сигнала с выхода интегратора 6, по полученному результату регулируют напряжение тягового генератора.
гз
гз
Процесс разгона тепловоза с составом до заданной скорости движения иллюстрируется фиг. 2, когда рабочая точка перемещается из точки 0 (стоящий тепловоз) в точку А по траектории 0ВА, в точке А процесс разгона завершается, так как достигнуты все необходимые уставки по току I и напряжению U тягового генератора и достигается равенство силы тяги и сопротивления движению W.
Введение ускорения в сигнал фактической скорости движения позволяет косвенно учесть влияние реального сопротивления движению, связанного с реальными значениями веса состава, текущего профиля пути и других факторов, т.к. ускорение однозначно связано с упомянутыми факторами в соответствии с уравнением движения
,
где m - масса состава;
- ускорение;
т
F - сила тяги тепловоза;
w - удельное сопротивление движению;
i - продольный профиль участка, по которому движется тепловоз, знак +, если подъем, знак -, если уклон;
ф
Р - реальный вес тепловоза;
Q - реальный вес состава.
Таким образом, заявленное изобретение позволит улучшить динамические показатели при регулировании скорости движения, обеспечить повышение точности и быстродействия регулирования скорости движения и может быть использовано на тепловозах и путевых машинах, где по роду деятельности требуется повышенная точность поддержания скорости движения, например, при работе на маневровых тепловозах на сортировочных горках.
Предлагаемый способ опробован на маневровом тепловозе ТЭМ7А и показал хорошие результаты.