Система рекуперативного торможения электропоезда

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 243 . 1972

СИСТЕМА РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА

А. П. ЗАЙЦЕВ, Р. К. ГАЧИК, В. М. ШАДТ.

Применение электрического торможения в различных механизмах с двигателями постоянного тока позволяет повысить технико-экономиче-ские показатели механизмов. Это особенно характерно для электроприводов, связанных с большими массами и работающих с частыми пусками и остановками, например для электрифицированного транспорта. Наиболее экономичным электрическим торможением является рекуперативное торможение, особенно для электрифицированного транспорта.

На электропоездах рекуперативное торможение является служебным и вследствие частых остановок дает значительный экономический эффект.

Основными факторами, сдерживающими применение систем рекуперативного торможения на электропоездах, являются нестабильность напряжения контактной сети и необходимость на высоких скоростях движения ограничивать тормозной ток по потенциальным условиям на коллекторах тяговых некомпенсированных двигателей.

В статье описана система управления рекуперативным торможением электропоезда постоянного тока ЭР-22, питающегося от контактной сети и оборудованного некомпенсированными тяговыми двигателями.

Условие коммутации и возможность возникновения круговых огней на коллекторе двигателя связаны с величиной максимальной межла-мельной эдс еы- Коммутация будет нормальной и опасность возникновения кругового огня на коллекторе будет минимальной, если величина ¿^м не превышает определенного для каждого типа двигателей значения. Величина ем определяется по формуле, предложенной А. В. Иоффе.

* = 2PU к 1 I 8ар + WL , MV

М ПГа \ 1 + ~IBW—J - + ' (1

где р — число пар полюсов двигателя;

k — число коллекторных пластин;

а — полюсное перекрытие;

N — число активных проводников;

аг —число параллельных проводов;

WB — число витков обмотки возбуждения;

UK — напряжение на коллекторе двигателя;

/я — ток якоря;

/в — ток возбуждения.

Предлагается система управления рекуперативным торможением при ограничении = const и /я = const, алгоритмом управления кото-

рой в зоне ограничения ем является уравнение (1), решенное относительно тока якоря:

1 а

Из (2) видно, что для поддержания ем = соп$1 при постоянном 1!к ток якоря должен быть пропорционален току возбуждения, т. е. 1п = т1 в.

Величина т определяется, величиной ик:

е- - ^ .

т =

вик

Если построить систему управления так, чтобы в процессе регулирования выходные величины датчиков /я и /в поддерживались равными, а коэффициент передачи одного из датчиков сделать зависимым от £/к, то ем будет поддерживаться постоянной при любом сочетании скорости движения и напряжения на коллекторах двигателей.

Блок-схема системы представлена на рис. 1, где

Рис. 1

#1—Я4 — якорные обмотки тяговых двигателей; Л К — контакт линейного контактора; Т — контакт тормозного контактора;

— тормозное сопротивление; ДНК — датчик напряжения на коллекторах двигателей; ДТЯ — датчик тока якоря; ДТВ — датчик тока возбуждения; РБН — реле баланса напряжений; СС — устройство сравнения; ТВ — тиристорный возбудитель;

и1э2 — эталонное напряжение, пропорциональное заданному значению тока якоря /я; ии иг — выходные напряжения ДТЯ и ДТВ соответственно; СП 1 — контактный сигнал перехода на рекуперативное торможение;

СП2 — контактный сигнал перехода на реостатное торможение с самовозбуждением.

На рис. 3 представлена диаграмма напряжений, поясняющая работу системы управления. ДТЯ и ДТВ построены так, что выходные напряжения их уменьшаются с ростом входных токов. Если £Л>173) на выходе СС формируется последовательность коротких прямоугольных импульсов, которые открывают ТВ. Идет процесс нарастания /в и /я. Если 11\ станет меньше £/3, на выходе СС исчезнут импульсы и ТВ закроется. /я и /в будут уменьшаться. При выполнении условия У3 процесс повторится. Так будет регулироваться тормозной ток, при котором ем = соп$1. По мере снижения скорости, когда при ем = сопз1 /я достигнет наибольшей допустимой величины, 11$ станет равным иэ2. Теперь на СС сравниваются и 1 и £/э2. Так как [/э2 не меняется, то будет поддерживаться постоянным; и /я.

Рис. 2

Все датчики системы выполнены на основе симметричных мультивибраторов на транзисторах с трансформаторной обратной связью и под-магничиваемым трансформатором. Принципиальная схема ДТВ представлена на рис. 2. Мультивибратор выполнен на транзисторах Т{ и Т2 с трансформатором Гр, который подмагничивается измеряемым током. Частота выходного напряжения мультивибратора определяется

/в ^ К1* ,

где

къ — коэффициент наклона характеристики мультивибратора

/в = ^(/в).

Транзистор Г3 работает в режиме стабилизатора тока, причем величина тока стабилизации определяется величиной I)^

/с - .

4

Когда с мультивибратора снимается положительный полупериод напряжения, Г4 закрыт и на С\ формируется линейно возрастающее напряжение I/с Во время отрицательного полупериода Г4 открыт и С\ разряжается. Амплитудное значение и*с\ определяется:

Определив Т из (4) и подставив в (6), получим V*

U2 а

с 1

2С^4кв1в

i/Kw?Ka

На Г5 выполнен амплитудный детектор, т. е. напряжение на С2 будет равно U* сь

Выходное напряжение f/3 снимается через схему «или», выполненную на Дi и Дг, что обеспечивает переход с режима поддержания = const на режим поддержания /я = const.

ДТЯ выполнен по такой же схеме, только без амплитудного детектора и вместо U2 подается t/0 = const, поэтому по аналогии с (7) можно записать:

¿Л =

иоа

2С'1Я'Л/я '

Так как в процессе регулирования поддерживается равенство £/3 и Uu то

ио =___ _

С iRikBIB

С'гК'гЬ^я

Умножив почленно (2) на (9), получаем

и0ЬСх^кв =

Выражение (10) позволяет связать между собой правильным соотношением коэффициенты передачи ДНК, ДТВ, ДГ#. ДЯ/С выполняется так же на мультивибраторе, но на выходе включается магнитный демодулятор и фильтр, что позволяет получить выходное напряжение постоянного тока, пропорциональное £/к. СС выполняется на балансном диод-но-регенеративном компараторе. В качестве возбудителя применен двух-полупериодный трехфазный несимметричный выпрямитель.

Гя

ш

Рис. 3

По описанным выше схемам изготовлена система торможения, которая испытывалась на стенде НИИ АЭМ при ТПИ и в тяговой лаборато-

рии специального конструкторского бюро тяги Рижского электромашиностроительного завода. Испытания показали, что система полностью работоспособна. На рис. 4 приведена осциллограмма квазиустановившего-ся процесса при рекуперативном торможении, снятая на стенде НИИ АЭМ при ТПИ. Анализ осциллограммы показывает, что пульсация тока якоря не превышает 5%.