СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ
DIESEL LOCOMOTIVE ELECTRIC TRANSMISSION CONTROL IN BRAKING

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электрической передачи тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым синхронным генератором, тяговыми асинхронными электродвигателями и тормозными резисторами в режиме электрического торможения тепловоза.
Известен способ регулирования электропередачи тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором, электродвигателями постоянного тока и тормозными резисторами в режиме электрического торможения тепловоза, заключающийся в том, что тепловой двигатель приводит во вращение тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают ток возбуждения возбудителя тягового генератора, устанавливают ток возбуждения тягового генератора, устанавливают ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей и регулируют тормозное усилие тепловоза (SU, авторское свидетельство №1477579, кл. B60L 7/04, опубликовано 07.05.1989 г.).
Недостатком известного способа является то, что электрическое торможение тепловоза возможно в ограниченном скоростном диапазоне 5-40 км/ч, и способ не может быть применен в тяговом приводе с асинхронными тяговыми электродвигателями.
Известен способ регулирования электропередачи в режиме электрического торможения тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором, электродвигателями постоянного тока, тормозными резисторами, принятый за прототип, заключающийся в том, что в способе регулирования электрической передачи тепловоза в режиме электрического торможения, заключающемся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение синхронный тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, задают уставку тормозного усилия тепловоза, задают уставку максимально допустимого тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, задают уставку максимального тока тормозящего тягового электродвигателя, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи тормозящих тяговых электродвигателей и выделяют максимальный ток одного из тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, нагружают синхронный тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через управляемый выпрямитель, вычисляют корень квадратный из произведения заданного тормозного усилия и максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей и принимают за одну из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей, вычисляют обратное значение максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых электродвигателей, вычисленное значение нормируют и принимают за другую уставку тока тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока тормозящих тяговых электродвигателей минимальную уставку, принимают ее за заданное значение тока тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают с измеренным максимальным током одного из тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения интегрируют и принимают за другую уставку задания тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, выделяют из уставок тока возбуждения минимальную уставку и принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей (RU, патент №2293031 С1, кл. B60L 11/06, 2005).
Недостатком известного способа является то, что введение сложных корректирующих обратных связей в систему регулирования электропередачи существенно усложняет систему регулирования, и способ не может быть применен в тяговом приводе с асинхронными тяговыми электродвигателями.
Техническим результатом изобретения является значительное упрощение системы регулирования тормозной мощности тепловоза и осуществление устойчивой работы тепловоза с тяговым приводом переменно-переменного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями, с полной тормозной мощностью и постоянными тормозными усилиями.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической передачи тепловоза в режиме электрического торможения тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым синхронным генератором, тяговыми асинхронными электродвигателями, тормозными резисторами задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый синхронный генератор, возбуждают тяговый синхронный генератор, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, задают уставку тормозного усилия тепловоза, вычисляют произведение заданного тормозного усилия и максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, полученный результат делят на количество тяговых асинхронных электродвигателей и принимают за уставку мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, напряжение с выхода тягового синхронного генератора через неуправляемый выпрямитель подают на входы инверторов напряжения и звена постоянного тока, подают трехфазное напряжение переменного тока с выходов инверторов напряжения на тормозящие тяговые асинхронные электродвигатели, напряжение тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей подают в звено постоянного тока инверторов напряжения, задают уставку максимального напряжения звена постоянного тока инверторов напряжения, измеряют напряжение в звене постоянного тока инверторов напряжения, сравнивают уставку максимального напряжения в звене постоянного тока инверторов напряжения с измеренным напряжением, в зависимости от результата сравнения включают тормозной ключ, подключая звено постоянного тока к тормозным резисторам, либо выключают тормозной ключ, отключая звено постоянного тока от тормозных резисторов, измеряют токи на входах инверторов напряжения каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, перемножают измеренные токи на входах инверторов напряжения каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей и напряжение в звене постоянного тока инверторов напряжения, результаты умножения принимают за измеренную мощность каждого тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, сравнивают уставку мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя с измеренной и принимают за уставку фазных токов тягового асинхронного электродвигателя, измеряют фазные токи тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, сравнивают уставку фазных токов с измеренным значением фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, результат сравнения усиливают и подают на управляющий вход инвертора напряжения, регулируя величину фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, осуществляют регулирование мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя.
На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.
Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из теплового двигателя 1, например дизеля, с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки.
Дизель 1 связан с электрической передачей, в которую входит ниже перечисленное оборудование, так сам дизель 1 соединен, например, с тяговым синхронным генератором 3, выход которого подключен к неуправляемому выпрямителю 4, силовой выход неуправляемого выпрямителя 4 подключен к входу звена постоянного тока 5 (параллельно соединенные конденсаторы), датчику напряжения 6, через датчик тока 7 к силовым входам инвертора напряжения 8 и через датчик тока 9 к силовым входам инвертора напряжения 10 и силовому входу тормозного ключа 11. Тормозящий тяговый асинхронный электродвигатель 12 через датчики фазных токов 13, 14, 15 подключен к силовым выходам инвертора напряжения 8. Тормозящий тяговый асинхронный электродвигатель 16 через датчики фазных токов 17, 18, 19 подключен к силовым выходам инвертора напряжения 10. Выходы датчиков фазных токов 13, 14, 15 подключены на входы блока 20 управления инвертором напряжения 8. Выходы датчиков фазных токов 17, 18, 19 подключены на входы блока 21 управления инвертором напряжения 10. Выходной вал тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 соединен с датчиком частоты вращения 22. Выходной вал тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16 соединен с датчиком частоты вращения 23. Выход датчика тока 7 соединен с одним входом блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12. Второй вход блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 соединен с выходом датчика напряжения 6. Выход блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 соединен с одним из входов блока 20 управления инвертором напряжения 8. Выход датчика тока 9 соединен с одним входом блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16. Второй вход блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16 соединен с выходом датчика напряжения 6. Выход блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16 соединен с одним из входов блока 21 управления инвертором напряжения 10. Выход датчика 22 частоты вращения тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 соединен с одним входом блока 26 выделения максимальной частоты вращения и с одним из входов блока 20 управления инвертором напряжения 8. Выход датчика 23 частоты вращения тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16 соединен со вторым входом блока 26 выделения максимальной частоты вращения и с одним из входов блока 21 управления инвертором напряжения 10. Выход блока 26 выделения максимальной частоты вращения соединен с одним входом блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового электродвигателя. Выход задатчика тормозной позиции, например, тормозного контроллера 28, соединен с входом регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля, с входом блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3, с входом блока 30 задания уставки тормозного усилия, с входом блока 31 управления тормозным ключом 11. Второй вход блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3 соединен с выходом датчика напряжения 6. Выход блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3 соединен с обмоткой возбуждения (на блок-схеме не показана) тягового синхронного генератора 3. Выход блока 30 задания уставки тормозного усилия соединен с другим входом блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового электродвигателя. Выход блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового электродвигателя соединен с одним из входов блока 20 управления инвертором напряжения 8 и с одним из входов блока 21 управления инвертором напряжения 10. Выход блока 20 управления инвертором напряжения 8 подключен на управляющие входы инвертора напряжения 8. Выход блока 21 управления инвертором напряжения 10 подключен на управляющие входы инвертора напряжения 10. Один вход блока 31 управления тормозным ключом 11 соединен с управляющим входом тормозного ключа 11. Второй вход блока 31 управления тормозным ключом 11 соединен с выходом датчика напряжения 6. Силовой выход тормозного ключа 11 соединен с входом блока 32 тормозных резисторов.
Способ осуществляется следующим образом.
Задатчиком тормозной позиции, например тормозным контроллером 28, задают кодовый сигнал тормозной позиции.
На выходе тормозного контроллера 28 действует кодовый сигнал, пропорциональный заданной тормозной позиции, который поступает на вход регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, на вход блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3, на вход блока 30 задания уставки тормозного усилия и на вход блока 31 управления тормозным ключом 11.
Регулятор 2 частоты вращения и нагрузки задает частоту вращения дизеля 1 на выбранном постоянном уровне независимо от установленной величины кодового сигнала тормозного контроллера 28.
Возбуждают тяговый синхронный генератор 3, для этого в блоке 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3 задают уставку напряжения тягового синхронного генератора 3 на выбранном постоянном уровне независимо от установленной величины кодового сигнала тормозного контроллера 28, током с выхода блока 29 возбуждения возбуждают тяговый синхронный генератор 3. Переменное трехфазное напряжение с выхода тягового синхронного генератора 3 подают на вход неуправляемого выпрямителя 4. С выхода неуправляемого выпрямителя 4 выпрямленное напряжение подают на вход датчика напряжения 6. Датчиком 6 измеряют напряжение с выхода неуправляемого выпрямителя 4 и подают на вход блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3. В блоке 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3 сравнивают уставку напряжения тягового синхронного генератора 3 с измеренным напряжением с выхода неуправляемого выпрямителя 4, результат сравнения принимают за уставку тока возбуждения тягового синхронного генератора 3, усиливают и с выхода блока 29 возбуждения тягового синхронного генератора 3 подают на вход обмотки возбуждения тягового синхронного генератора 3. Регулируя ток в обмотке возбуждения тягового синхронного генератора 3, регулируют напряжение на выходе тягового синхронного генератора 3.
Датчиками частоты вращения 22 и 23 измеряют частоты вращения тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16, соответственно. С выхода датчика частоты вращения 22 сигнал, пропорциональный измеренной частоте вращения тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12, подают на один вход блока 26 выделения максимальной частоты вращения и на вход блока 20 управления инвертором напряжения 8. С выхода датчика частоты вращения 23 сигнал, пропорциональный измеренной частоте вращения тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16, подают на второй вход блока 26 выделения максимальной частоты вращения и на вход блока 21 управления инвертором напряжения 10.
В блоке 26 выделения максимальной частоты вращения из измеренных датчиками вращения 22 и 23 частот вращения тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16 выделяют максимальную частоту вращения одного из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей. С выхода блока 26 выделения максимальной частоты вращения сигнал, пропорциональный максимальной частоте вращения одного из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, подают на вход блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя.
В блоке 30 задания уставки тормозного усилия, в зависимости от кодового сигнала, действующего на выходе тормозного контроллера 28, задают уставку тормозного усилия тепловоза. С выхода блока 30 задания уставки тормозного усилия сигнал, пропорциональный уставке тормозного усилия тепловоза, подают на вход блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя.
В блоке 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя вычисляют произведение заданного в блоке 30 тормозного усилия и выделенной в блоке 26 максимальной измеренной частоты вращения одного из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей, полученный результат делят на количество тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей и принимают за уставку мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя. С выхода блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя сигнал, пропорциональный уставке мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя, подают на вход блока 20 управления инвертором напряжения 8 и на вход блока 21 управления инвертором напряжения 10.
Напряжение с выхода тягового синхронного генератора 3 через неуправляемый выпрямитель 4 подают на входы инверторов напряжения 8 и 10 и звена постоянного тока 5.
Подают трехфазное напряжение переменного тока с выходов инверторов напряжения 8 и 10 на тормозящие тяговые асинхронные электродвигатели 12 и 16, соответственно. Для этого на выходе блоков 20 управления инвертором напряжения 8 и 21 управления инвертором напряжения 10 формируют сигналы управления инверторами напряжения 8 и 10, соответственно. Сигналы управления инверторами напряжения формируют таким образом, чтобы на выходе инверторов напряжений 8 и 10 сформировалось трехфазное напряжение переменного тока с частотой ниже измеренной датчиками частоты вращения 22 и 23, при этом тормозящие тяговые асинхронные электродвигатели 12 и 16 начинают работать в генераторном режиме.
Напряжение тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16, работающих в генераторном режиме, через обратные диоды в инверторах напряжения 8 и 10 (на блок-схеме не показаны) подают в звено постоянного тока 5 инверторов напряжения.
В блоке 31 управления тормозным ключом 11 на выбранном постоянном уровне независимо от установленной величины кодового сигнала тормозного контроллера 28 задают уставку максимального напряжения звена постоянного тока 5 инверторов напряжения. Уставку максимального напряжения звена постоянного тока 5 инверторов напряжения задают с таким уровнем, чтобы обеспечивать нормальную работу инверторов напряжения 8 и 10.
Датчиком напряжения 6 измеряют напряжение в звене постоянного тока 5 инверторов напряжения. С выхода датчика напряжения 6 сигнал, пропорциональный измеренному напряжению в звене постоянного тока 5 инверторов напряжения, подают на вход блока 31 управления тормозным ключом 11, на вход блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 и на вход блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16.
В блоке 31 управления тормозным ключом 11 сравнивают измеренное датчиком 6 напряжение в звене постоянного тока 5 с уставкой максимального напряжения в звене постоянного тока 5 инверторов напряжения. В зависимости от результата сравнения (больше, либо меньше), сигналом с выхода блока 31 управления тормозным ключом 11 включают тормозной ключ 11, подключая звено постоянного тока 5 к тормозным резисторам 32, либо выключают тормозной ключ 11, отключая звено постоянного тока 5 от тормозных резисторов 32, тем самым поддерживая уровень напряжения в звене постоянного тока 5, необходимый для обеспечения нормальной работы инверторов напряжения 8 и 10.
Датчиками тока 7 и 9 измеряют токи на входах инверторов напряжения 8 и 10 каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16. С выхода датчика тока 7 сигнал, пропорциональный измеренному току на входе инвертора напряжения 8, подают на второй вход блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12. С выхода датчика тока 9 сигнал, пропорциональный измеренному току на входе инвертора напряжения 10, подают на второй вход блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16.
В блоках 24 и 25 перемножают измеренные токи на входах инверторов напряжения 8 и 10 каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16 и напряжение в звене постоянного тока 5 инверторов напряжения, результаты умножения принимают за измеренную мощность каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей 12 и 16. С выхода блока 24 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12 сигнал, пропорциональный измеренной мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12, подают на один из входов блока 20 управления инвертором напряжения 8. С выхода блока 25 вычисления мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16 сигнал, пропорциональный измеренной мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16, подают на один из входов блока 21 управления инвертором напряжения 10.
В блоке 20 управления инвертором напряжения 8 сравнивают уставку мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя с выхода блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя с измеренной в блоке 24 и принимают за уставку фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12.
Датчиками фазных токов 13, 14, 15 измеряют фазные токи тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12. С выходов датчиков фазных токов 13, 14, 15 сигналы, пропорциональные фазным токам тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12, подают на входы блока 20 управления инвертором напряжения 8.
В блоке 20 управления инвертором напряжения 8 сравнивают уставку фазных токов с измеренными датчиками 13, 14, 15 значениями фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12. Результат сравнения усиливают и с выхода блока 20 управления инвертором напряжения 8 подают на управляющий вход инвертора напряжения 8. Регулируя величину фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12, осуществляют регулирование мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 12.
Аналогично осуществляют регулирование мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16.
В блоке 21 управления инвертором напряжения 10 сравнивают уставку мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя с выхода блока 27 задания уставки мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя с измеренной в блоке 25 и принимают за уставку фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16.
Датчиками фазных токов 17, 18, 19 измеряют фазные токи тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16. С выходов датчиков фазных токов 17, 18, 19 сигналы, пропорциональные фазным токам тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16, подают на входы блока 21 управления инвертором напряжения 10.
В блоке 21 управления инвертором напряжения 10 сравнивают уставку фазных токов с измеренными датчиками 17, 18, 19 значениями фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16. Результат сравнения усиливают и с выхода блока 21 управления инвертором напряжения 10 подают на управляющий вход инвертора напряжения 10. Регулируя величину фазных токов тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16, осуществляют регулирование мощности тормозящего тягового асинхронного электродвигателя 16.
Способ позволяет значительно упростить систему регулирования тормозной мощности тепловоза за счет отсутствия обратных связей по токам возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей и позволяет осуществлять устойчивую работу тепловоза с тяговым приводом переменно-переменного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями, с полной тормозной мощностью и постоянными тормозными усилиями за счет единого для всех тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей задания тормозной мощности при раздельном регулирования мощности каждого из тормозящих тяговых асинхронных электродвигателей.
Предлагаемый способ может быть применен на магистральных и маневровых тепловозах с тяговыми приводами переменно-переменного тока с асинхронными тяговыми электродвигателями.