СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА
METHOD FOR CONTROL OF DIESEL LOCOMOTIVE ELECTRIC TRACTION GEAR

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электрической тяговой передачи тепловозов с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором постоянного или переменного тока и электродвигателями постоянного тока.
Известен способ регулирования электрической тяговой передачи тепловозов, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение генератор, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению его частоты вращения, измеряют текущую частоту вращения теплового двигателя, суммируют сигнал, пропорциональный измеренному положению дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, и сигнал, пропорциональный измеренной частоте вращения теплового двигателя, результат суммирования принимают за уставку, измеряют напряжение тягового генератора, измеряют токи тяговых двигателей, выделяют сигнал, пропорциональный максимальному измеренному току, суммируют сигнал, пропорциональный измеренному напряжению тягового генератора, и сигнал, пропорциональный максимальному измеренному току тягового двигателя, результат суммирования сравнивают с уставкой и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора. /Б.И.Вилькевич «Автоматическое управление электрической передачей тепловозов» - М., Транспорт, 1978, с.39-41/.
Недостатком способа является то, что при боксовании одной или нескольких осей локомотива возбуждение генератора изменяют в зависимости от максимального тока одного из тяговых электродвигателей, имеющего в данный момент наименьшую склонность к боксованию, т.е. стабилизируют напряжение тягового генератора.
При появлении хотя бы на короткое время одновременного боксования всех колесных пар локомотива происходит срыв режима стабилизации напряжения и переход боксования в разносное.
Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза путем регулирования напряжения тягового генератора, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя (дизеля), приводящего во вращение генератор, измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению его частоты вращения, измеряют напряжение тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки напряжения тягового генератора и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения генератора, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя пропорционально заданной частоте вращения теплового двигателя, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени и принимают за величину уставки напряжения тягового генератора /SU, авторское свидетельство №925693, Кл. В60L 11/02, опубликованное в 1982/.
Недостатком способа является то, что переходные процессы в электрической передаче мощности имеют колебательный характер, что обусловлено наличием больших постоянных времени в электромеханических элементах системы. Введение корректирующих обратных связей в системе регулирования тяговой электрической передачи улучшает устойчивость системы, но приводит к нарушению принципа формирования характеристик постоянного напряжения тягового генератора, что, в свою очередь, снижает тяговые свойства тепловоза в режимах боксования.
Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза, устраняющий колебательность в системе регулирования тяговой электрической передачи тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, и измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя пропорционально заданной частоте вращения теплового двигателя, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени, измеряют текущую частоту вращения теплового двигателя, измеряют напряжение тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки напряжения тягового генератора и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора, задают мощность тягового генератора пропорционально измеренной частоте вращения теплового двигателя и суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования измеренного и заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, результат суммирования принимают за уставку мощности тягового генератора, перемножают величину уставки напряжения тягового генератора с сигналом, пропорциональным измеренному току тягового генератора, результат перемножения принимают за измеренную мощность тягового генератора и сравнивают с уставкой мощности тягового генератора; результат сравнения интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора /RU, Патент №2205114, Кл. B60L 11/02, 2003 г./.
Недостатком известного способа является то, что в ухудшенных условиях по сцеплению колесо - рельс поддержание близким к постоянному напряжения питания тяговых электродвигателей оказывается недостаточным условием стабилизации режима боксования боксующих колесных пар тепловоза. Боксование колесных пар развивается до интенсивного (разносного).
Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза, принятый за прототип, повышающий тяговые свойства тепловоза за счет регулирования напряжения тягового генератора тяговой электрической передачи, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, и измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующего текущему значению частоты вращения теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя пропорционально заданной частоте вращения теплового двигателя, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени, измеряют текущую частоту вращения теплового двигателя, измеряют напряжение тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки напряжения тягового генератора и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора, задают мощность тягового генератора пропорционально измеренной частоте вращения теплового двигателя и суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования измеренного и заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, результат суммирования принимают за уставку мощности тягового генератора, перемножают величину уставки напряжения тягового генератора с сигналом, пропорциональным измеренному току тягового генератора, результат перемножения принимают за измеренную мощность тягового генератора и сравнивают с уставкой мощности тягового генератора, результат сравнения интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора, результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности подают на один вход логического блока, измеряют разность напряжений на обмотках возбуждения в параллельных цепях тяговых электродвигателей последовательного возбуждения, измеренную разность дифференцируют с замедлением, результат дифференцирования подают на другой вход логического блока, определяют с помощью логического блока знак результата дифференцирования и производят в логическом блоке сравнение результата дифференцирования с наперед заданным значением, в зависимости от величины и знака результата дифференцирования в логическом блоке переключают каналы управления напряжением тягового генератора и устанавливают на выходе логического блока результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности или результат дифференцирования с обратным знаком, установленный на выходе логического блока сигнал интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора /RU, Патент №2300470, Кл. B60L 11/00, 2006 г./.
Недостатком известного способа является то, что способ с динамическим каналом выявления режима боксования колесных пар тепловоза и регулирования напряжения тягового генератора по выявленному режиму боксования колесных пар тепловоза не позволяет улавливать медленно развивающийся режим боксования колесных пар тепловоза и не позволяет сохранить на небоксующих колесных парах тяговое усилие, равное тяговому усилию режима начала выявленного режима боксования.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение тяговых свойств тепловоза в ухудшенных условиях по сцеплению колесо - рельс за счет выявления медленно развивающегося режима боксования колесных пар тепловоза, сохранения на небоксующих колесных парах тяговых усилий, равных тяговому усилию начала выявленного режима боксования.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической тяговой передачи тепловоза задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, и измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, соответствующее текущему значению частоты вращения теплового двигателя, задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя пропорционально заданной частоте вращения и нагрузки теплового двигателя, сравнивают его с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени, измеряют напряжение тягового генератора, сравнивают его с величиной уставки напряжения тягового генератора и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора, задают мощность тягового генератора пропорционально измеренной частоте вращения теплового двигателя и суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования измеренного и заданного положений дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, результат суммирования принимают за уставку мощности тягового генератора, перемножают величину уставки напряжения тягового генератора с сигналом, пропорциональным измеренному току тягового генератора, результат перемножения принимают за измеренную мощность тягового генератора и сравнивают с уставкой мощности тягового генератора, результат сравнения интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора, результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности подают на один вход логического блока, измеряют частоты вращения тяговых электродвигателей, сравнивают сигналы, пропорциональные измеренным частотам вращения, результат сравнения частот вращения подают на другой вход логического блока, определяют с помощью логического блока режим работы электрической тяговой передачи, режим невыявленного боксования, начало режима боксования и интенсивный режим боксования, для чего численное значение результата сравнения частот вращения тяговых электродвигателей сравнивают с наперед заданными уставками по напряжению: одной - минимальной, соответствующей началу умеренного режима боксования, другой - соответствующей началу интенсивного режима боксования, измеряют токи тяговых электродвигателей, выделяют сигнал, пропорциональный максимальному значению одного из измеренных токов тяговых электродвигателей, запоминают в начале режима боксования сигнал, пропорциональный максимальному току одного из тяговых электродвигателей и принимают за уставку тока тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар тепловоза в режиме боксования, сравнивают уставку тока тяговых электродвигателей небоксующей колесной пары в режиме боксования с сигналом, пропорциональным максимальному значению одного из измеренных токов тяговых электродвигателей, результат сравнения подают на третий вход логического блока, в логическом блоке в зависимости от выявленного режима работы электрической передачи переключают каналы управления напряжением тягового генератора и устанавливают на выходе логического блока при невыявленном режиме боксования результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности, при умеренном режиме боксования результат сравнения максимального тока тяговых электродвигателей небоксующей колесной пары в режиме боксования с уставкой тока тяговых электродвигателей, а при интенсивном боксовании результат сравнения измеренных частот вращения тяговых электродвигателей с обратным знаком, установленный на выходе логического блока сигнал управления интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора.
На Фиг.1 представлена блок-схема электрической тяговой передачи тепловоза, реализующей способ.
На Фиг.2 представлена внешняя характеристика тягового генератора - зависимость напряжения Uг от тока Iг, Uг=f(Iг).
На Фиг.3 представлена зависимость результата сравнения измеренных частот Δωд вращения тяговых электродвигателей от их уставки по напряжению Uуд-Uуд=f(Δωд).
На Фиг.4 представлена зависимость выходного напряжения Uг тягового генератора, согласованная с Фиг.3, от результата сравнения измеренных частот Δωд вращения тяговых электродвигателей Uг=f(Δωд).
Электрическая тяговая передача (Фиг.1) для реализации предлагаемого способа состоит из теплового двигателя 1, например, дизеля, с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки, датчика 3 измерения положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки. Дизель 1 связан с датчиком 4 частоты вращения вала дизеля и с электрической передачей, в которую входит ниже перечисленное оборудование, так сам дизель 1 механически соединен, например, с тяговым генератором 5 (постоянного тока или соединен с синхронным генератором, выход которого подключен к силовому тяговому выпрямителю - на Фиг.1 не показано). Силовой выход тягового генератора 5 подключен через датчик 6 тока к входам в параллель включенных через датчики тока 7 и 8 тяговых электродвигателей 9, 10 постоянного тока последовательного возбуждения. К силовому выходу генератора 5 подключен датчик 11 измерения напряжения. Выход блока 12 управления током возбуждения тягового генератора 5 соединен с тяговым генератором 5.
Задатчик 13 частоты вращения дизеля 1, например контроллера машиниста тепловоза, соединен с входом регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, с входом функционального преобразователя 14, формирующего на заданной частоте вращения дизеля 1 задание положения дозирующего органа топливоподачи (на Фиг.1 не показан) регулятора 2 частоты и нагрузки дизеля 1.
Выход функционального преобразователя 14 соединен с одним из входов блока 15 измерения рассогласования положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты и нагрузки дизеля 1, другой вход блока 15 соединен с выходом датчика 3 измерения положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты и нагрузки дизеля 1. Выход блока 15 соединен с входом блока 16 интегрирования величины рассогласования по времени, а выход блока 16 соединен с одним из входов сумматора 17 мощности тягового генератора 5, другой вход которого соединен с выходом функционального преобразователя 18, вход которого соединен с выходом датчика 4 частоты вращения вала дизеля.
Выход сумматора 17 соединен с одним из входов блока 19 измерения рассогласования заданной и измеренной мощности тягового генератора 5, другой вход блока 19 соединен с выходом блока 20 измерения мощности тягового генератора 5.
Выход блока 19 соединен с одним из входов логического блока 21. Другой вход логического блока 21 соединен выходом блока 22 сравнения частот вращения тяговых электродвигателей 9 и 10, входы которого соединены один с выходом датчика 23 измерения частоты вращения тягового электродвигателя 9, другой вход соединен с выходом датчика 24 измерения частоты вращения тягового электродвигателя 10.
Третий вход логического блока 21 соединен выходом блока 25 сравнения уставки максимального тока тяговых электродвигателей 9 и 10 в режиме боксования с сигналом, пропорциональным максимальному значению одного из токов тяговых электродвигателей 9 или 10. Один вход блока сравнения 25 соединен с выходом блока 26 памяти уставки максимального тока тяговых электродвигателей в режиме боксования, другой вход блока 25 сравнения соединен с выходом блока 27 выделения максимального значения одного из токов тяговых электродвигателей 9 или 10, для чего входы блока 27 соединены с выходами датчиков 7 и 8 измерения токов тяговых электродвигателей 9 и 10.
Выход блока 27 выделения максимального значения одного из токов тяговых электродвигателей 9 или 10 соединен так же с одним из входов блока 26 памяти, который соединен с входом блока 25, другой вход которого соединен с одним из выходов логического блока 21. Другой выход логического блока 21 соединен с входом блока 28 интегрирования по времени величины выходного сигнала логического блока 21. Выход блока 28 соединен с одним из входов блока 20 измерения мощности тягового генератора 5 и с одним из входов блока 29 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5. Другой вход блока 29 соединен с выходом датчика 11 напряжения тягового генератора 5, а выход блока 29 соединен с входом блока 12 управления током возбуждения генератора 5.
Другой вход блока 20 измерения мощности тягового генератора 5 соединен с выходом датчика 6 тока этого генератора.
Блок 29 измерения рассогласования напряжения с блоком 12 управления током возбуждения тягового генератора 5, обмоткой возбуждения и силовой обмоткой тягового генератора 5, датчиком 11 измерения напряжения тягового генератора образуют структуру - регулятор напряжения 30 тягового генератора 5.
Способ осуществляется следующим образом.
Контроллером 13 машиниста задают частоту вращения теплового двигателя 1, например дизеля, приводящего во вращение тяговый генератор 5.
На выходе контроллера 13 машиниста действует кодовый сигнал, пропорциональный заданной частоте вращения дизеля 1, который поступает на вход регулятора 2 частоты вращения ωд и нагрузки дизеля 1, на вход функционального преобразователя 14.
Регулятор 2 частоты и нагрузки удерживает частоту вращения дизеля 1 пропорционально кодовому сигналу задания контроллера 13 машиниста.
Датчиком 3 измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, соответствующего текущему значению частоты вращения и нагрузки дизеля. Выходной сигнал «Lи» датчика 3, пропорциональный положению дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля, поступает на один из входов блока 15 измерения рассогласования положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки.
Функциональным преобразователем 14 задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1 пропорционально заданной частоте вращения и нагрузки дизеля 1, для чего в функциональном преобразователе 14 преобразуют код заданной частоты, поступающий на вход функционального преобразователя 14 с выхода контроллера 13 машиниста в сигнал «Lз» заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2, который с выхода функционального преобразователя 14 поступает на другой вход блока 15 измерения рассогласования положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты и нагрузки дизеля 1.
Сравнивают сигнал «Lз» заданного положения дозирующего органа топливоподачи с измеренным сигналом положения «Lи», измеренного датчиком 3 измерения положения дозирующего органа топливоподачи в блоке 15 по величине и знаку отклонения. Величина рассогласования ΔL=±(Lз-Lи) с выхода блока 15 поступает на вход блока 16 интегрирования. Величину их рассогласования в блоке 16 интегрируют по времени. Верхний и нижний пределы интегрирования ограничивают. Результат интегрирования, действующий на выходе блока 16 интегрирования, принимают за регулируемую часть задания мощности тягового генератора 5. Верхний и нижний предел интегрирования ограничивают так, чтобы доля заданной мощности, определяемая расхождением заданного и измеренного положения органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки, составила не более 30% от уровня свободной мощности дизеля 1, что улучшает устойчивость работы системы регулирования тяговой передачи.
Датчиком 4 измеряют текущую частоту ωд вращения дизеля 1 и с выхода датчика 4 сигнал, пропорциональный частоте вращения дизеля, подают на вход функционального преобразователя 18.
Функциональным преобразователем 18 задают мощность тягового генератора 5 пропорционально измеренной частоте вращения дизеля 1 и суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования измеренного и заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1 с сигналом заданной мощности тягового генератора 5, пропорциональной измеренной частоте вращения дизеля 1, для чего с выхода блока 16 интегрирования подают на один из входов сумматора 17 результат интегрирования величины рассогласования измеренного и заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки, а на другой вход сумматора 17 подают сигнал заданной мощности тягового генератора 5 с выхода функционального преобразователя 18, пропорциональный измеренной частоте вращения дизеля 1. Результат суммирования, действующий на выходе сумматора 17, принимают за уставку мощности тягового генератора 5.
Сигнал, действующий на выходе сумматора 17, соответствует свободной мощности дизеля 1. Заданная свободная мощность дизеля соответствует равнобокой гиперболе «а» (Фиг.2) при реализации этой свободной мощности дизеля в координатах «напряжение Uг тягового генератора - ток Iг тягового генератора».
Сигнал выхода сумматора 17 подают на один из входов блока 19 измерения рассогласования заданной и измеренной мощности тягового генератора 5, на другой вход блока 19 подают с выхода блока 20 измерения мощности тягового генератора 5 сигнал, пропорциональный измеренной мощности тягового генератора 5.
1
2
Результат сравнения измеренной в блоке 20 мощности и сигнала заданной в сумматоре 17 уставки мощности тягового генератора 5 подают с выхода блока 19 измерения рассогласования заданной и измеренной мощности тягового генератора 5 на один из входов логического блока 21. Датчиками 23 и 24 частоты вращения тяговых электродвигателей 9 и 10 измеряют частоты вращения тяговых электродвигателей 9 и 10. Сравнивают сигналы, пропорциональные измеренным датчиками 23 и 24 частотам вращения тяговых электродвигателей 9 и 10, которые подают на вход блока 22 сравнения частот, а результат сравнения измеренных частот (Фиг.3) с выхода блока 22 подают на другой вход логического блока 21. Определяют с помощью логического блока 21 режим работы электрической тяговой передачи; режим невыявленного боксования, начало режима боксования и интенсивный режим боксования, для чего численное значение результата сравнения частот вращения Δωд тяговых электродвигателей 9 и 10 сравнивают с наперед заданными уставками по напряжению Uуд (Фиг.3): одной - минимальной Uyд, соответствующей началу умеренного режима боксования, другой, Uуд, - соответствующий началу интенсивного режима боксования. В логическом блоке устанавливают три режима работы электрической передачи (Фиг.3): «г» - режим работы с невыявленным боксованием, «д» - режим умеренного боксования, «е» - режим интенсивного боксования. Датчиками тока 7 и 8 измеряют токи тяговых электродвигателей 9 и 10. Сигналы с выхода датчиков тока 7 и 8, пропорциональные измеренным токам тяговых электродвигателей 9 и 10, подают на вход блока 27 выделения максимального значения одного из токов тягового двигателя и выделяют на его выходе сигнал, пропорциональный максимальному значению одного из измеренных токов тяговых электродвигателей 9 или 10. Выделенный на выходе блока 27 сигнал подают на один вход блока 26 памяти уставки максимального тока тяговых электродвигателей и на один из входов блока 25 сравнения уставки максимального тока тяговых электродвигателей. Если с помощью логического блока 21 определяют режим работы электрической передачи, соответствующей режиму умеренного боксования (режим «д» на Фиг.3, режим «з» на Фиг.4), то с момента обнаружения режима боксования с выхода логического блока 21 на вход блока 26 памяти поступает логический сигнал «боксование». В блоке 26 памяти по логическому сигналу «боксование» запоминают в начале режима боксования сигнал, пропорциональный максимальному току одного из тяговых электродвигателей 9 или 10, действующий в момент появления логического сигнала «боксование», устанавливают его на выходе блока 26, принимают за уставку тока тяговых электродвигателей 9 или 10 небоксующих колесных пар тепловоза в режиме боксования и подают на другой вход блока 25. В блоке 25 сравнивают уставку тока тяговых электродвигателей 9 или 10 небоксующей колесной пары в режиме боксования с сигналом, пропорциональным максимальному значению одного из измеренных токов тяговых электродвигателей 9 или 10. Результат сравнения с выхода блока 25 подают на третий вход логического блока 21. В логическом блоке 21 в зависимости от выявленного режима работы электрической передачи переключают каналы управления напряжением тягового генератора 5 и устанавливают на выходе логического блока 21: при невыявленном режиме боксования результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности, при умеренном режиме боксования результат сравнения максимального тока тяговых электродвигателей 9 или 10 с уставкой тока тяговых электродвигателей 9 или 10 небоксующей колесной пары в режиме боксования с уставкой тока тяговых электродвигателей, а при интенсивном боксовании результат сравнения измеренных частот вращения тяговых электродвигателей 9 и 10 с обратным знаком. Установленный на выходе логического блока 21 в зависимости от режима работы электрической передачи сигнал управления подают с выхода блока 21 на вход блока 28 интегрирования, в котором его интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора 5.
Величину уставки напряжения тягового генератора 5 изменяют с темпом, определяемым постоянной интегрирования блока 28. Постоянную интегрирования устанавливают дискретно в зависимости от положительного или отрицательного сигнала, действующего на входе интегратора 28, соответственно, на выходе логического блока 21.
Если сигнал, действующий на выходе логического блока 21, положительный, то постоянную времени интегрирования устанавливают одной величины, а если сигнал рассогласования отрицательный, то постоянную времени интегрирования устанавливают другой, меньшей величины.
При невыявленном с помощью логического блока режиме боксования регулирование напряжения тягового генератора 5 осуществляют по результату сравнения измеренной мощности тягового генератора 5 с уставкой мощности тягового генератора 5.
Сигнал выхода блока 28 подают на вход блока 29 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5 и подают на один из входов блока 20 измерения мощности тягового генератора 5.
Измеряют напряжение тягового генератора 5 датчиком 11 измерения напряжения и подают на другой вход блока 29 измерения рассогласования уставки напряжения с измеренным напряжением тягового генератора 5.
В блоке 29 измерения рассогласования напряжения сигнал, пропорциональный измеренному напряжению тягового генератора 5, сравнивают его с величиной уставки напряжения тягового генератора 5 и результат сравнения подают на вход блока 12 управления током возбуждения тягового генератора 5 и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора 5. Генератор 5 возбуждается и на его выходе появляется напряжение, которое подают на вход параллельно включенных тяговых электродвигателей, например, 9 и 10. Число параллельно включенных тяговых электродвигателей, оборудованных датчиками тока и частоты вращения тяговых электродвигателей, может быть равным числу осей локомотива.
Выходное напряжение тягового генератора 5 при быстроизменяющихся процессах (например, умеренном боксовании колесных пар тепловоза, сопровождающегося уменьшением тока нагрузки и реализуемой мощности) можно рассматривать как величину постоянную. На Фиг.2 это отражено серией линий «в» постоянного напряжения, из которых формируется ограничительная внешняя характеристика тягового генератора 5 для режима постоянной мощности генератора - Рг=const.
Тяговые двигатели 9 и 10 воспринимают электрическую нагрузку, и на выходе тягового генератора 5 действует некоторый ток нагрузки, который замеряют датчиком 6 тока и сигнал с выхода датчика 6 тока, пропорциональный току нагрузки, подают на другой вход блока 20 измерения мощности тягового генератора 5.
В блоке 20 перемножают величину уставки напряжения тягового генератора 5 с сигналом, пропорциональным измеренному току тягового генератора 5, и результат перемножения принимают за измеренную мощность тягового генератора 5 и сравнивают в блоке 19 измерения рассогласования с уставкой мощности тягового генератора 5.
Измерение мощности тягового генератора 5 производят с упреждением.
Величина упреждения определяется электрическими постоянными времени блока 29 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5, блока 12 управления током возбуждения тягового генератора 5, обмотки возбуждения и силовой обмотки тягового генератора 5, датчика 11 измерения напряжения тягового генератора, образующих структуру - регулятор напряжения 30 тягового генератора 5.
Упреждение измерения мощности тягового генератора 5 улучшает устойчивость работы регулятора напряжения 30 генератора 5 и системы регулирования тяговой электрической передачи тепловоза в целом.
Выходное напряжение тягового генератора 5 стабилизируется, регулятор напряжения 30 работает с минимальным статизмом, что способствует улучшению тяговых свойств тепловоза в режимах возникающего боксования.
Равновесие в системе регулирования тяговой электрической передачи устанавливается следующим образом.
Если задана величина мощности дизеля 1, приводящего во вращение тяговый генератор 5, то ограничение по заданной мощности дизеля 1 может быть представлено равнобокой гиперболой «а» наложенной на линии «в» постоянного напряжения в координатах «напряжение Uг генератора - ток Iг генератора» - Uг=f(Iг), (Фиг.2).
Ток тягового генератора 5 определяется, преимущественно, весом поезда и величиной подъема на элементе профиля, на котором работает тепловоз.
1
1
1
Величина тока генератора 5 может быть равной Iг. Напряжение тягового генератора Uг, поддерживаемое контуром регулирования напряжения, может быть выше равновесного значения Uг, ограниченного равнобокой гиперболой «а» (Фиг.2) для режима Рг=const. Измеренная мощность тягового генератора 5 окажется больше заданного значения. Величина рассогласования мощности на выходе блока 19 и, соответственно, на выходе логического блока 21, имеет отрицательное значение. Блок 28 интегрирования устанавливает максимальным темпом новое меньшее значение уставки напряжения тягового генератора 5. Напряжение тягового генератора 5 уменьшается, уменьшается и мощность на выходе тягового генератора 5. Равновесие в системе установится при неизменном Iг, когда положение линии постоянного напряжения будет соответствовать точке «б» на равнобокой гиперболе «а» (Фиг.2).
1
1
Если ток тягового генератора 5 равен Iг, а напряжение Uг тягового генератора 5 может быть ниже равновесного значения ограниченного равнобокой гиперболой «а» (Фиг.2), для режима Рг=const - линия Uг, то измеренная мощность тягового генератора 5 окажется меньше заданного значения. Величина рассогласования мощности на выходе блока 17 и, соответственно, на выходе логического блока 21, имеет положительное значение. Блок 28 интегрирования устанавливает с минимальным темпом новое большое значение уставки напряжения тягового генератора 5, напряжение Uг тягового генератора 5 увеличивается, увеличивается и мощность на выходе тягового генератора 5.
1
1
Равновесие в системе устанавливается при неизменном Iг, когда положение линии постоянного напряжения Uг будет соответствовать точке «б» на равнобокой гиперболе «а» (Фиг.2).
Аналогично работает система регулирования при формировании внешней характеристики тягового генератора 5 при изменении величины подъема на элементе профиля пути или задаваемой частоты вращения дизеля 1.
Этот способ позволяет осуществить устойчивую работу тепловоза с полной мощностью дизеля 1 и постоянными мощностями, соответствующими линиями наибольшей экономичности, а также реализовать принцип поддержания квазипостоянного напряжения на тяговых электродвигателях 7 и 8 в режимах умеренного боксования (режим «з», Фиг.3), что улучшает тяговые свойства тепловоза.
Способ регулирования электрической тяговой передачи тепловоза по принципу поддержания квазипостоянного напряжения тягового генератора в режимах боксования колесных пар тепловоза не устраняет развитие боксования колесных пар тепловоза из невыявленного умеренного боксования в умеренное боксование, а затем в интенсивное боксование в условиях существенного уменьшения коэффициента сцепления колесо - рельс.
Развитие режима боксования колесных пар тепловоза может происходить замедленно или интенсивно в зависимости от изменений условий сцепления колесо - рельс.
1
2
1
Предлагаемый способ регулирования электрической тяговой передачи тепловоза стабилизирует развитие режима боксования колесных пар тепловоза из умеренного боксования в интенсивное, позволяет устранять медленно развивающийся режим боксования колесных пар тепловоза, позволяет расширить зону умеренного режима боксования колесных пар тепловоза при сохранении на небоксующих колесных парах тягового усилия, равного тяговому усилию режима начала выявленного режима боксования. Для этого датчиками 23 и 24 частоты вращения измеряют частоты вращения тяговых электродвигателей 9 и 10 и в блоке 22 сравнивают сигналы, пропорциональные измеренным частотам вращения, и результат сравнения, принятый за избыточную частоту вращения тягового электродвигателя боксующей колесной пары тепловоза, подают на другой вход логического блока 21, в котором производят сравнение этого сигнала с наперед заданными уставками (Фиг.3, Uyд или Uyд). Если результат сравнения частот вращения тяговых электродвигателей 9 и 10 не превышает минимальную, наперед заданную в логическом блоке 21 уставку (Фиг.3, Uуд<Uyд), то принимают, что электрическая передача работает без боксования колесных пар тепловоза или режим боксования колесных пар тепловоза находится в области умеренного боксования, и устранение этого режима возможно поддержанием квазипостоянного напряжения тягового генератора 5, и регулирование напряжения тягового генератора 5 осуществляется по результату сравнения измеренной мощности тягового генератора 5 с уставкой мощности.
1
Если результат сравнения частот вращения тяговых электродвигателей 9 и 10, поданный с выхода блока 22 на другой вход логического блока 21, превышает наперед заданную минимальную уставку (Фиг.3, Uуд<Uyд) в логическом блоке 21, то с помощью логического блока 21 определяют режим работы электрической передачи тепловоза как уверенно достигший уровня умеренного режима боксования, по крайней мере у одной колесной пары тепловоза. С момента обнаружения логическим блоком 21 режима боксования с одного из выходов логического блока 21 на логический вход блока 26 памяти поступает логический сигнал «боксование». В блоке 26 памяти по логическому сигналу «боксование» запоминают сигнал, пропорциональный максимальному измеренному току одного из тяговых электродвигателей 9 или 10, действующий в момент появления на входе блока 26 логического сигнала «боксование», и принимают его за уставку тока тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар тепловоза. Уставку тока тяговых электродвигателей 9 и 10 с выхода блока 26 памяти подают на один вход блока сравнения 25, на другой вход которого подают выделенный в блоке 22 сигнал, пропорциональный максимальному измеренному току одного из тяговых электродвигателей 9 или 10. Результат сравнения токов с выхода блока 25 подают на третий вход логического блока 21. В логическом блоке 21 переключают канал управления напряжением тягового генератора 5 с канала управления по результату сравнения измеренной мощности с уставкой мощности на канал управления по результату сравнения токов.
Регулирование напряжения тягового генератора 5 производится следующим образом.
В момент времени, когда на выходе блока 26 памяти по сигналу «боксование» устанавливается уставка тока тягового электродвигателя небоксующей колесной пары, соответствующая максимально измеренному току тяговых электродвигателей, такой же по величине сигнал поступает и на вход блока 25 сравнения. Поскольку сигналы, сравниваемые в блоке 25 сравнения одинаковы, то результат сравнения равен нулю. Нулевой сигнал устанавливается и на входе блока 28 интегрирования, и в канале смены канала управления на выходе блока 28 интегрирования сохраняется уставка напряжения тягового генератора 5, действовавшая до смены канала управления. Значение напряжения Uг на выходе тягового генератора сохраняется (характеристика «ж», Фиг.4), и смена канала управления электрической тяговой передачей происходит без резкого изменения режима электропередачи. Регулирование электрической тяговой передачи по закону Iтд=Imax=const для тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар обеспечивает сохранение на небоксующих колесных парах устойчиво реализуемых касательных сил тяги, если условия по сцеплению колесных пар остались такими же, какими были в момент, определенный логическим блоком 21 канала умеренного режима боксования. Регулирование по закону Iтд=Imax=const обеспечивается за счет изменения напряжения Uг тягового генератора 5 (характеристика «з», Фиг.4). Величина снижения и темп изменения напряжения тягового генератора 5 определяется знаком и величиной отклонения
±ΔI=Iуст max - Iтд max,
где Iтд max - максимальное измеренное значение тока тягового электродвигателя небоксующей колесной пары;
Iуст max - уставка максимального тока тягового электродвигателя небоксующей колесной пары.
Развитие режима боксования боксующей колесной пары происходит при снижении тока тягового электродвигателя 9 или 10 боксующей колесной пары, а отклонение тока ΔI электродвигателя небоксующей колесной пары отрицательное, т.к. через небоксующую колесную пару система регулирования стремится компенсировать потери тяги боксующей колесной пары. Напряжение Uг на тяговом генераторе 5 уменьшается (характеристика «з», Фиг.4). Создаются условия стабилизации избыточного скольжения у боксующей колесной пары, и создаются условия самоустранения режима боксования боксующей колесной пары.
Сохранение сил тяги на небоксующих колесных парах на уровне сил тяги момента фиксации режима боксования и стабилизация режима боксования у боксующей колесной пары с возможным режимом самоустранения режима боксования повышает тяговые свойства тепловоза в режиме работы тяговой передачи Iтд=const.
2
Если регулирование тяговой электропередачи по закону Iтд=const не устраняет развитие режима боксования колесных пар тепловоза и избыточная частота вращения колесной (колесных) пары (пар), выделенная в блоке 22, превышает наперед заданное в логическом блоке 21 максимальное значение (Фиг.3, Uуд>Uуд), то логический блок 21 переключает канал управления напряжением тягового генератора 5 на канал управления по выявленной в блоке 22 и поданной на другой вход логического блока 21 разности частот. Поскольку разность частот положительная, то логический блок 21 производит смену знака управления и на выходе логического блока 21 действует отрицательное значение отклонения частот, которое подают на вход блока 28 интегрирования. Блок 28 интегрирования с ускоренным темпом уменьшает уставку напряжения тягового генератора 5, которую подает на вход блока 29 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5. Напряжение Uг на выходе тягового генератора 5 уменьшается (характеристика «и», Фиг.4). Уменьшение напряжения на выходе тягового генератора 5 производится до момента устранения избыточной скорости скольжения боксующей колесной пары.
Предполагаемый способ испытан и реализован на опытном тепловозе переменно-постоянного тока типа ТЭ116 и показал положительные результаты.