Способ управления энергетической эффективностью локомотива
METHOD OF CONTROLLING POWER EFFICIENCY OF A LOCOMOTIVE

Изобретение относится тяговому подвижному составу железных дорог, а именно к способу управления энергетической эффективностью локомотива.
При работе тягового подвижного состава железных дорог в режимах с неполным использованием мощности локомотива (низкая скорость движения, вождение неполновесных поездов, малое количество вагонов, легкие элементы профиля и плана пути) с целью снижения расхода электроэнергии на тягу поездов и повышения эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива применяют способ отключения числа работающих тяговых двигателей.
1
2
1
2
Известен способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой (RU №2617857 С2 от 28.04.2017 г.), согласно которому отключение или подключение тяговых двигателей происходит автоматически, в соответствии с закономерностью, представленной в форме функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива η от коэффициента использования мощности γ вида η=γ/(к⋅γ+к), где к и к - коэффициенты, определяемые в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, введенные в программу бортового компьютера локомотива, определяющей минимально достаточное число работающих тяговых двигателей, обеспечивающих увеличение коэффициента использования мощности и тем самым повышение значения η локомотива до уровня, близкого к номинальному.
Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатками данного способа является то, что минимальное достаточное число работающих тяговых двигателей определяется на основе функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива от коэффициента использования мощности, определяемого в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, т.е. без учета множества фактических эксплуатационных факторов, которые невозможно все учесть в заложенной в бортовой компьютер локомотива программе. При этом возможны варианты получения одного и того же коэффициента использования мощности локомотива при различных соотношениях токов, напряжений и частот вращения тяговых двигателей, что не отражает реального положения дел.
Кроме этого, в известном способе при определении числа работающих тяговых двигателей не осуществляется проверка выполнения требований по сцеплению колес с рельсами и максимальному допустимому току тяговых двигателей, а также не учитываются механические потери мощности в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки применительно к тяговому подвижному составу электрических железных дорог.
Целью изобретения является повышении точности определения числа работающих тяговых двигателей локомотива по условию поддержания его наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия.
опт
э.т.опт
к
д
д
Δ
мех.зп
д.опт
д.доп
Δ
мех.зп
Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе управления энергетической эффективностью отличающийся тем, что определение оптимального числа работающих тяговых двигателей N осуществляется из условия поддержания наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива η, рассчитываемого на основе измеренных в реальном времени данных с датчиков локомотива следующих параметров: V - скорости движения электровоза; F - силы тяги локомотива; U - напряжения на зажимах тягового двигателя; I - тока тягового двигателя и известных постоянных численных данных о параметрах локомотива и тяговых двигателей и расчетных значений потерь мощности, Р на вращение отключенных колесно-моторных блоков, с учетом выполнения требований по сцеплению колес с рельсами , где  - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока;  - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока и условия расчетное значение оптимального тока тягового двигателя I должно быть меньше или равно максимальному допустимому току тяговых двигателей I, с учетом механических потерь мощности Р в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.
Представленный способ может быть применен на локомотивах различных систем тока и типов тяговых двигателей.
Сущность предлагаемого изобретения представлена ниже.
При работе электровоза, например постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями, на всех тяговых двигателях в установившемся режиме измеряются следующие параметры:
V - скорость движения электровоза;
к
F - сила тяги локомотива;
д
U - напряжение на зажимах тягового двигателя;
д
I - ток тягового двигателя.
д
д
д.н
д.н
д.н.
н
н
Δ
д.эл.н
Δ
д.маг.н
Δ
д.мех.н
Δ
д.эщ.н
0
1
2
1
1
1
1
д.доп
э.т.
д
д
к
к
Далее бортовая система локомотива на основе численных значений постоянных параметров (N - число тяговых двигателей электровоза; Р - вес электровоза; k - коэффициент добавочных потерь; r - сопротивление двигателя; I, U, P, сФ, V - номинальные значения тока, напряжения, мощности и магнитного потока одного тягового двигателя и скорости движения электровоза; Р, Р, Р, Р, - электрические, магнитные, механические и в щеточном контакте потери мощности тягового двигателя при номинальном режиме работы; z, z, z - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности в зубчатой передаче; a, b, c, d - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности на вращение отключенных колесно-моторных блоков; I - максимально допустимый ток тягового двигателя) и измеренных данных выполняет расчет значений мощности электровоза, потребляемой на тягу P=N⋅U⋅I и реализуемой на ободе колес P=F⋅V и вычисляет эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги по формуле:
опт
Далее выполняется расчет оптимального числа работающих тяговых двигателей N [1], соответствующих минимальным потерям мощности в тяговых двигателях и зубчатых передачах по формуле:
где
опт
Расчетное значение N должно быть ,
где  - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока;  - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока.
д
д.доп
Численное значение тока, соответствующее данному режиму и условию допустимых токов Iопт≤I определяется по формуле:
Потребляемая на тягу мощность для оптимального числа тяговых двигателей вычисляется по формуле:
Эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги определяется по формуле:
э.т.
который сравнивается с последним значением КПД исходного режима ηи по наибольшему из них значению выбирается режим с соответствующим числом тяговых двигателей.
С целью исключения отключений и подключений части тяговых двигателей при резких изменениях измеряемых величин система управления производит переключения с выдержкой времени, соответствующей ресурсу коммутационной аппаратуры и заданной выдержки времени (как правило, не менее 10 с).
По сравнению с прототипом, заявляемый способ позволяет выполнить энергетическую оценку предполагаемого режима (с оптимальным числом тяговых двигателей) и сравнить его с исходным режимом, тем самым исключить ошибки при отключении и подключении тяговых двигателей, повысить точность принимаемого решения и получить значительный экономический эффект.