Устройство для регулирования силы тяги тяговых двигателей локомотива
DEVICE FOR REGULATING THE TRACTION FORCE OF LOCOMOTIVE TRACTION MOTORS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано преимущественно на локомотивах, работающих на сортировочных горках, к тяговым свойствам которых в зоне ограничения силы тяги по сцеплению предъявляются повышенные требования.
Для оценки уровня использования сцепного веса локомотива в тяге применяют показатель – коэффициент использования сцепного веса локомотива. Для локомотивов с одноступенчатым рессорным подвешиванием этот коэффициент находится в пределах 0,78…0,86. Это означает, что от 14 до 22% сцепного веса при высоких значениях силы тяги не используется в образовании силы сцепления.
Увеличить использование сцепного веса локомотива можно как перераспределением веса локомотива по колёсным парам с помощью догружающего устройства при двухступенчатом рессорном подвешивании, так и перераспределением тягового усилия локомотива по колёсным парам путём перераспределения токов по тяговым двигателям.
Известно устройство для регулирования силы тяги электродвигателей автономного транспортного средства, содержащее тяговый генератор, к которому подключены две группы электродвигателей, в одну из которых включены электродвигатели, связанные с колёсными парами, которые разгружаются в тяговом режиме при движении в одном направлении, в другую − электродвигатели, которые разгружаются при движении транспортного средства в другом направлении. Через контакты реверсора подключается к группе электродвигателей, связанных с разгруженными колёсными парами, резистор, что обеспечивает меньшую токовую нагрузку на эти электродвигатели (Авторское свидетельство SU 1400919 A1, МПК В60L 11/02, опубл. 07.06.1988 г.).
Проведенные испытания описанного выше устройства, размещённого на тепловозах ТЭМ2, где оно было установлено, показали, что максимальное тяговое усилие возрастает на 6…8% в зависимости от значений токов электродвигателей. Дальнейшее увеличение использования сцепного веса локомотива по этой схеме невозможно, что обусловлено нелинейной зависимостью силы тяги от тока тягового электродвигателя при больших значениях тока, а также расхождением в несколько процентов значений токов в группах электродвигателей, обусловленного расхождением электромеханических характеристик электродвигателей.
Техническим результатом изобретения является создание такого устройства для регулирования силы тяги тяговых двигателей локомотива, которое обеспечит более точное согласование между силой сцепления колесных пар и силой тяги этих колёсных пар, чем будет обеспечено достижение более высоких значений силы тяги локомотива.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования силы тяги тяговых двигателей локомотива, содержащем подключённые параллельно генератору постоянного тока две параллельно соединённые группы тяговых двигателей последовательного возбуждения, в каждой из которых тяговые двигатели соединены последовательно, причём одна из групп соединена с механически разгруженными колёсными парами, а другая – с колёсными парами, догруженными в тяговом режиме, ограничительный резистор, реверсивные переключатели, подключающие ограничительный резистор к группе тяговых двигателей, соединённых с разгруженными колёсными парами в данном направлении движения, измерительные шунты, включённые в каждую группу тяговых двигателей, токовое реле, катушка которого включена в цепь генератора, контактор, нормально закрытый контакт которого шунтирует ограничительный резистор, катушка контактора подключена к вспомогательному источнику питания через нормально закрытый контакт токового реле, который шунтируется нормально открытым контактом контактора ослабления возбуждения тяговых двигателей, с целью повышения тяговых свойств локомотива, параллельно ограничительному резистору подключён корректирующий резистор, который соединён с импульсным регулятором, подключённым к системе управления, соединённой с измерительными шунтами, причём корректирующий резистор также шунтирован нормально закрытым контактом контактора.
Изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для регулирования силы тяги тяговых двигателей локомотива,
на фиг. 2 – схема включения в цепях вспомогательного генератора катушки контактора, шунтирующего своими контактами ограничительный и корректирующий резисторы.
Устройство для регулирования силы тяги тяговых двигателей локомотива (далее по тексту – устройство) содержит подключённые параллельно генератору 1 постоянного тока две параллельно соединённые группы 2 тяговых двигателей последовательного возбуждения. В каждой из групп 2 тяговые двигатели соединены последовательно, причём одна из групп 2 соединена с механически разгруженными колёсными парами, а другая – с колёсными парами, догруженными в тяговом режиме. Также  устройство содержит ограничительный резистор 3 и реверсивные переключатели 4, подключающие ограничительный резистор 3 к группе тяговых двигателей, соединённых с разгруженными колёсными парами в данном направлении движения. В каждую группу тяговых двигателей включены измерительные шунты 5. Устройство содержит токовое реле, катушка 6.1 которого включена в цепь генератора 1, и контактор, нормально закрытый контакт 7.2 которого шунтирует ограничительный резистор 3. Катушка 7.1 контактора подключена к вспомогательному источнику питания через нормально закрытый контакт 6.2 токового реле, который шунтируется нормально открытым контактом 8.1 контактора ослабления возбуждения тяговых двигателей (на фиг. не показан). Параллельно ограничительному резистору 3 подключён корректирующий резистор 9, который соединён с импульсным регулятором 10, подключённым к системе управления 11, соединённой с измерительными шунтами 5. Корректирующий резистор 9 также шунтирован нормально закрытым контактом 7.2 контактора.
Устройство работает следующим образом. При трогании железнодорожного состава с места движение происходит при полном возбуждении тяговых двигателей. При небольшой величине тока, протекающего через генератор 1 постоянного тока и катушку 6.1 токового реле, катушка 7.1 контактора, подключённая к вспомогательному источнику питания через нормально закрытый контакт 6.2 токового реле и нормально открытый контакт 8.1 контактора ослабления возбуждения, подсоединённый параллельно контакту 6.2 токового реле шунтирует ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы. Нормально закрытый контакт 7.2 контактора остаётся закрытым, в результате чего ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы к тяговым двигателям не подключены. Токи в группах 2 тяговых двигателей равны. При отсутствии протекания тока через ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы не возникает дополнительных потерь энергии.
Когда ток генератора 1 постоянного тока достигнет значений, при которых возросшая сила тяги локомотива может превысить силу сцепления колёсных пар локомотива, что приведёт к возникновению боксования колёсных пар, срабатывает токовое реле. Нормально закрытый контакт 6.2 токового реле открывается и через катушку 7.1 контактора перестаёт проходить ток. В результате нормально закрытый контакт 7.2 размыкается и ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы подключаются к группе 2 двигателей разгруженных колёсных пар. Вследствие этого, из-за возросшего сопротивления в этой цепи, тяговые двигатели, связанные с разгруженными колёсными парами, имеют меньшую токовую нагрузку по сравнению с тяговыми двигателями, связанными с догруженными колёсными парами. Контакты реверсивных переключателей 4 всегда включают ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы в группу тяговых двигателей, связанную с колёсными парами, которые разгружены в данном направлении движения.
Измерительные шунты 5 вырабатывают сигналы, пропорциональные токам в группах 2 тяговых двигателей. Эти сигналы принимает система управления 11, преобразует их в значения токов в группах 2 тяговых двигателей, формирует по схеме широтно-импульсного регулятора на их основе сигнал управления импульсным регулятором 10, выполненным на базе IGBT-модулей.
Система управления 11 циклически открывает и закрывает IGBT-модули импульсного регулятора 10 и в зависимости от значений регулировки, получаемых из расшифровки сигналов от измерительных шунтов 5, меняет среднеквадратичное значение тока через корректирующий резистор 9.
При относительно невысоких значениях силы тяги среднеквадратичное значение пульсирующего тока, протекающего через корректирующий резистор 9 будет максимальным, эквивалентное сопротивление включённых параллельно ограничительного 3 и корректирующего 9 резисторов будет минимальным. Этого сопротивления будет достаточно для приведения в соответствие силы тяги и силы сцепления между разгруженными и догруженными осевой нагрузкой колёсными парами. По мере возрастания тяговой нагрузки у локомотива, среднеквадратичное значение пульсирующего тока, протекающего через корректирующий резистор 9 будет снижаться, а эквивалентное сопротивление ограничительного 3 и корректирующего 9 резисторов будет возрастать, обеспечивая соответствие силы тяги колесных пар силам сцепления при новой токовой нагрузке.
При достижении максимального значения силы тяги локомотива корректирующий резистор 9 будет отключен импульсным регулятором 10 от генератора 1 постоянного тока и эквивалентное сопротивление ограничительного 3 и корректирующего 9 резисторов станет максимальным. Это будет соответствовать максимальным значениям силы тяги локомотива, реализованным без боксования колёсных пар.
Группы 2, собранные из нескольких тяговых двигателей, имеют расхождение в сопротивлении, вызванном технологическими факторами, выраженное несколькими процентами, что также учитывается системой управления 11 при выработке управляющих команд.
Подключение корректирующего резистора 9 с широтно-импульсным регулированием проходящего через него тока обеспечивает более точное согласование силы тяги и силы сцепления колёсных пар в широком диапазоне изменения силы тяги локомотива. Наличие ограничительного резистора 3 позволяет частично разгрузить импульсный регулятор 10.
Такие же значения тока генератора 1, но при большей скорости и меньших значениях тока, при которых происходит включение реле тока, имеют место при двух степенях ослабления возбуждения тяговых двигателей, образующихся при шунтировке обмоток возбуждения тяговых двигателей резисторами (на фиг. не показаны).
Во избежание включения устройства при ослабленном возбуждении с целью ограничения продолжительности времени, в течение которого в цепь одной из групп 2 тяговых двигателей включены ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы, контакт 6.2 токового реле шунтируется нормально открытым контактом 8.1 контактора ослабления возбуждения тяговых двигателей, в результате чего при ослабленном возбуждении тяговых двигателей ток протекает через катушку 7.1 контактора, контакт 7.2 которого замкнут, ограничительный 3 и корректирующий 9 резисторы к группам 2 тяговых двигателей не подключены.
При применении устройства возрастает сила тяги локомотива в зоне её ограничения по сцеплению. Коэффициент использования сцепного веса локомотива при данной схеме может возрасти до 0,95.
Заявленное устройство может быть применено на локомотивах с параллельно-последовательным соединением тяговых двигателей.