УСТРОЙСТВО 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, состоящий из одной и более групп тяговых электродвигателей постоянного тока, каждая из которых состоит из двух и более двигателей. Обмотки якорей тяговых двигателей каждой группы соединены последовательно и подключены последовательно с обмотками возбуждения этих двигателей также соединенными последовательно. При помощи пускорегулирующей аппаратуры указанные группы двигателей подключены к источнику питания. Для управления пускорегулирующей аппаратурой и контакторами предусмотрен блок управления и контроллер машиниста [Электровозы ВЛ10 и ВЛ10У. Руководство по эксплуатации / под ред. О.А. Кикнадзе. - М.: Транспорт. 1981. - 510 с].
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.
Этот недостаток устранен в патенте RU 122954 U1, 09.07.2012 «Устройство для защиты от боксования тягового привода рельсового транспортного средства», который принят за прототип. В устройстве для защиты от боксования известного тягового привода, в цепь возбуждения каждой группы двигателей введен конденсатор, который соединен последовательно с индуктивным шунтом и образует электрическую цепь, шунтирующую обмотки возбуждения указанной группы двигателей посредством контакторов. Устройства такого типа предотвращают боксования колесных пар локомотива за счет увеличения динамической жесткости тяговых характеристик в переходных режимах и не оказывают влияния на работу тягового двигателя в установившихся режимах.
Недостатком известного устройства являются броски тока якорей двигателей, которые возникают при подключении параллельно обмоткам возбуждения электрической цепи из последовательно соединенных индуктивного шунта и конденсатора, заряженного до напряжения, не соответствующего напряжению на обмотках возбуждения.
Так, если к работающим тяговым двигателям подключить параллельно обмоткам возбуждения электрическую цепь с незаряженным конденсатором, то это приведет к резкому снижению тока обмоток возбуждения, снижению ЭДС вращения якорей тяговых двигателей и броску их тока, возникновению кругового огня на коллекторе и, как следствие, повреждению тягового двигателя.
Если подключить параллельно обмоткам возбуждения электрическую цепь с предварительно заряженным конденсатором до напряжения, которое больше напряжения на обмотках возбуждения, то это приведет к значительному росту тока в обмотке возбуждения, появлению обратного тока в якорных обмотках тяговых двигателей и возникновению инверсного (тормозного) момента на валу двигателя. Кроме того, бросок обратного тока якорей двигателей, способен вызвать круговой огонь на коллекторе и повредить двигатель.
Технической задачей заявляемого технического решения является устранение отмеченных недостатков при использовании предлагаемого устройства защиты от боксования путем реализации необходимого алгоритма управления с помощью разработанной схемы управления.
Алгоритм управления устройством должен быть следующим: подготовка устройства к работе должна производиться при обесточенных силовых цепях тяговых двигателей на нулевой позиции контроллера машиниста. Контакторы подключают цепи шунтирования обмоток возбуждения тяговых двигателей только в режиме тяга при постановке рукоятки контроллера машиниста на первую позицию. Выключение контакторов должно происходить либо оперативно с пульта машиниста, либо при сбросе рукоятки контроллера машиниста на нулевую позицию с выдержкой по времени.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что контакторы, подключающие электрические цепи шунтирующие обмотки возбуждения, выполнены управляемыми посредством реле времени и двух промежуточных реле, причем первое промежуточное реле, выполненное с возможностью включения реле времени, может быть включено только на нулевой позиции контроллера машиниста, второе промежуточное реле выполнено с возможностью включения контакторов только в режиме тяга, а реле времени, осуществляющее управление контакторами, выполнено с выдержкой времени на их выключение.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является предотвращение боксования тягового привода рельсового транспортного средства за счет увеличение динамической жесткости тяговой характеристики в переходных режимах.
Схема силовых цепей тягового привода с устройством защиты от боксования, а также схема управления устройством приведены на фиг. 1 и фиг. 2.
Тяговый привод (фиг. 1) состоит из несколько групп 1 тяговых электродвигателей, каждая из которых состоит из двух и более двигателей постоянного тока. Соединенные последовательно якорные обмотки 2 и 3 тяговых электродвигателей, соединены последовательно с последовательно соединенными обмотками возбуждения 4 и 5 этих же двигателей и при помощи пускорегулирующей аппаратуры 6 подключены к источнику питания 7. Конденсатор большой емкости 8 и индуктивный шунт 9 соединены последовательно и подключаются параллельно обмоткам возбуждения 4 и 5 при помощи контактора 10. Управление тяговым приводом осуществляется от контроллера машиниста 11.
Схема управления контакторами приведена на фиг. 2. Включающие вентили контакторов 10, реле времени РВ, промежуточные реле РП1 и РП2 и тумблер SA включения устройства защиты от боксования собраны в схему и подключены к контакторным элементам КЭ1, КЭ2 и КЭ3 контроллера машиниста КМ. Контакторный элемент КЭ3 замкнут на нулевой позиции КМ, контакторный элемент КЭ2 замкнут на первой и всех последующих позициях КМ и контакторный элемент КЭ1 замкнут в режиме рекуперативного торможения.
Предложенная полезная модель работает следующим образом. При включении тумблера SA «Включение защиты от боксования» только на нулевой позиции контроллера машиниста от провода 47 включится реле РП1 и станет на самоподхват от провода К50 источника питания (фиг. 2). Замыкание контакта РП1 в проводе Н235 обеспечивает возможность включения реле времени РВ. При постановке контроллера машиниста на первую позицию через контакторный элемент КЭ2 по проводу Н235 напряжение подается на реле времени РВ, при включении которого от провода К50 через контакты РВ, нормально замкнутый контакт промежуточного реле РП2 напряжение подается на включающие вентили контакторов 10. Включение контакторов 10 производит подключение конденсатора 8 и шунта 9 параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей и тем самым включает защиту от боксования (фиг. 1). Включение происходит при нулевых начальных условиях. Питание тяговых двигателей осуществляется от источника 7 через пускорегулирующую аппаратуру 6. При этом в зависимости от режима работы изменяют напряжение на тяговых двигателях. 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 8, подключенного при помощи контактора 10 параллельно обмоткам возбуждения 4 и 5. Энергия, накопленная конденсатором 8, зависит от его емкости и падения напряжения на обмотках возбуждения 4 и 5. 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, предотвращая боксование.
При сбросе контроллера машиниста на нулевую позицию силовые цепи тягового привода обесточиваются, провод Н235 теряет питание, реле времени выключается, а его контакты в цепи провода К50 размыкаются с выдержкой времени, что удерживает контакторы 10 в замкнутом состоянии и обеспечивает разряд конденсаторов до нулевого напряжения.
При постановке контроллера машиниста в режим торможения замыкается контакторный элемент КЭ1 и по проводу 30 включается промежуточное реле РП2, которое размыкающими контактами РП2 в цепи питания вентилей контакторов 10 исключает возможность их включения. Оперативное отключение защиты от боксования осуществляется выключением тумблера SA.
Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что его использование предотвращает боксования колесных пар, позволяет увеличить силу тяги локомотива, снижает износ бандажей и рельсов, сокращается расход песка для предотвращения боксования, уменьшает загрязнение балласта пути и снижает на 5% расхода электроэнергии на тягу поездов.