УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ БОКСОВАНИЯ ТЯГОВОГО ПРИВОДА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к рельсовому транспорту, и предназначена, в частности, для защиты от боксования тягового привода рельсовых транспортных средств: локомотивов (электровозов, тепловозов), моторных вагонов электропоездов, вагонов метрополитенов и городского электротранспорта, оборудованных тяговыми электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением.
Известен тяговый привод рельсового транспортного средства, содержащий не менее одной группы тяговых электродвигателей, каждая из которых состоит из двух и более двигателей постоянного тока. Обмотки якорей тяговых двигателей каждой группы соединены последовательно и подключены последовательно с обмотками возбуждения этих двигателей также соединенными последовательно. Параллельно обмоткам возбуждения каждой группы двигателей подключена электрическая цепь ослабления возбуждения, состоящая из соединенных последовательно контактора, резистора и индуктивного шунта. При помощи пускорегулирующей аппаратуры указанные группы двигателей подключены к источнику питания. Для управления пускорегулирующей аппаратурой и контакторами предусмотрен блок управления [1].
Тяговым двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением, наряду с хорошими регулировочными свойствами присущ недостаток, заключающийся в повышенной склонности к боксованию из-за «мягкой» тяговой характеристики. Для защиты от боксования, в указанном приводе, предусмотрено переключения в цепи ослабления возбуждения для перевода тяговых двигателей с ослабленного на полное возбуждение. При этом происходит изменение жесткости тяговой характеристики двигателя, а именно, ее увеличение и боксование прекращается. Недостатком такой защиты от боксования является ее функциональная ограниченность, так как предполагает, что двигатель должен работать с ослабленным возбуждением. Если двигатель работает с полным возбуждением, то указанная защита не срабатывает и двигатели переходит в режим боксования. Боксование отрицательно влияет на тяговые свойства локомотивов, снижает максимальную реализуемую силу тяги, увеличивает механический износ колес и рельсов, зачастую приводит к провороту бандажей колесных пар, создавая угрозу безопасности движения поездов.
Известно устройство для защиты от боксования, в котором частично устранены отмеченные недостатки. Такое устройство содержит последовательно соединенные источник питания, якорные обмотки первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, блок контроля боксования, резистор, конденсатор, стабилитрон и тиристор [2]. При возникновении боксования на выходе блока контроля боксования появляется сигнал на включение тиристора. Тиристор открывается и предварительно заряженный через резистор от источника питания конденсатор разряжается на сопротивление обмоток возбуждения первого и второго тяговых двигателей постоянного тока, при этом ток якорных обмоток первого и второго тяговых двигателей и сила тяги снижаются, что приводит к прекращению боксования.
Недостатками устройства являются низкая эффективность его работы, так как сигнал на включение защиты от боксования появляется после возникновения боксования. Кроме того, заряд конденсатора до напряжения на стабилитроне, которое отличается от напряжения на обмотках возбуждения, при включении тиристора приведет к значительному росту тока в обмотке возбуждения, появлению обратного тока в якорных обмотках тяговых двигателей и возникновению инверсного (тормозного) момента на валу двигателя. Сила тока через конденсатор и скорость его изменения ограничиваются только малыми сопротивлениями и индуктивностью обмоток якорей тяговых двигателей постоянного тока, что приведет к броску тока якорей двигателей, способному вызвать круговой огонь на коллекторе и повреждение двигателя.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от боксования тягового привода, описанное в [1]. Оно взято за прототип.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение функциональных характеристик устройства для защиты от боксования, а именно, увеличение динамической жесткости тяговых характеристик в независимости от режима работы двигателей с полным или ослабленным возбуждением.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в устройство для защиты от боксования известного тягового привода, в цепь ослабления возбуждения каждой группы двигателей введен конденсатор, который подключен одним выводом непосредственно к общей точке соединения резистора и индуктивного шунта цепи ослабления возбуждения, а другим выводом при помощи дополнительного контактора подключен к общей точке соединения выводов якорной обмотки, обмотки возбуждения и контактора цепи ослабления возбуждения, причем дополнительный контактор соединен с блоком управления.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение динамической жесткости тяговых характеристик при работе с полным или ослабленным возбуждением, уменьшение скорости боксования и увеличение силы тяги в сравнении с двигателями с меньшей жесткостью тяговых характеристик.
Введение в устройство для защиты от боксования тягового привода конденсаторов и их взаимосвязи позволяют в переходных режимах, связанных со срывом сцепления, увеличить динамическую жесткость тяговых характеристик, а в нормальных режимах, связанных с изменением скорости движения, сохранить естественные тяговые характеристики с малой жесткостью, при этом в переходных режимах, связанных со скачками напряжения источника питания, сохранить удовлетворительное качество переходных процессов без больших бросков тока якоря двигателя.
Это обусловлено тем, что при быстрых изменениях тока в обмотках якорей тяговых двигателей конденсаторы, подключенные в цепь ослабления возбуждения каждой группы двигателей параллельно обмоткам возбуждения, поддерживают ток в обмотках возбуждения постоянным и тем самым придают тяговым двигателям свойства электродвигателей с независимым возбуждением, т.е. обеспечивают высокую динамическую жесткость тяговых характеристик. Индуктивный шунт цепи ослабления возбуждения, включенный последовательно с конденсатором, ограничивает броски тока якорей тяговых двигателей при подключении конденсатора, а также при скачках напряжения источника питания.
На чертеже приведена схема устройства защиты от боксования тягового привода.
Устройство для защиты от боксования тягового привода содержит несколько групп 1 тяговых электродвигателей. Каждая группа состоит из двух и более двигателей постоянного тока. Соединенные последовательно якорные обмотки 2 и 3 тяговых электродвигателей, соединены последовательно с последовательно соединенными же обмотками возбуждения 4 и 5 этих же двигателей и при помощи пускорегулирующей аппаратуры 6 подключены к источнику питания 7. Параллельно обмоткам возбуждения 4 и 5 в каждой группе тяговых двигателей подключена электрическая цепь ослабления возбуждения, состоящая из последовательно соединенных контактора 8, резистора 9 и индуктивного шунта 10. Конденсатор 11 в каждой группе тяговых двигателей, подключен одним выводом непосредственно к общей точке соединения резистора 9 и индуктивного шунта 10, а другим выводом при помощи дополнительного контактора 12 к общей точке соединения выводов якорной обмотки 3, обмотки возбуждения 4 и контактора 8 цепи ослабления возбуждения. Пускорегулирующая аппаратура 6 и контакторы 8 и 12 соединены с блоком управления 13. Состав и схема пускорегулирующей аппаратуры зависят от типа транспортного средства и источника питания.
Предложенная полезная модель работает следующим образом.
Питание групп 1 тяговых двигателей осуществляется от источника 7 через пускорегулирующую аппаратуру 6. При этом в зависимости от режима работы изменяют напряжение на тяговых двигателях. Кроме того, включением контактора 8 регулируют возбуждение тяговых двигателей. Ток, протекающий по якорям 2 и 3 тяговых двигателей, протекает по обмоткам возбуждения 4 и 5, создавая магнитный поток в двигателях. Одновременно происходит заряд конденсатора 11, подключенного при помощи контактора 12 и индуктивного шунта 10 параллельно обмоткам возбуждения 4 и 5. Энергия, накопленная конденсатором 11, зависит от его емкости и падения напряжения на обмотках возбуждения 4 и 5. Индуктивный шунт 10 ограничивает броски тока якорей тяговых двигателей при подключении конденсатора, а также скачках напряжения источника питания.
При нормальных режимах работы, когда изменение тока обмоток якорей происходит плавно, ток в обмотках возбуждения повторяет токи якорей, и тяговые двигатели работают как электродвигатели с последовательным возбуждением.
При срыве сцепления одной из колесных пар скорость вращения якоря тягового двигателя, связанного с этой колесной парой увеличивается, что приводит к увеличению электродвижущей силы обмотки якоря и быстрому изменению тока в якорной обмотке этого двигателя. Ток в обмотке возбуждения этого двигателя благодаря конденсатору, подключенному параллельно обмотке возбуждения, сохраняется практически постоянным, а, следовательно, и магнитный поток также сохраняется постоянным. Момент на валу тягового двигателя резко снижается и сцепление колесной пары с рельсом восстанавливается, не переходя в разносное боксование.
Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании уменьшается скорость боксования колесных пар, увеличивается сила тяги локомотива, снижается износ колес и рельсов, сокращается расход песка для предотвращения боксования, уменьшается загрязнение балласта пути и снижается на 10% расхода электроэнергии на тягу.
Источники информации
1. Электровозы ВЛ10 и ВЛ10У. Руководство по эксплуатации / Под ред. О.А.Кикнадзе. - М.: Транспорт. 1981. - 510 с.
2. RU 2301158 Патент на изобретение. «Устройство для защиты от боксования», МПК B60L 3/10(2006.01), опубл. 20.06.2007 г.