УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЗА ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА
DEVICE FOR REGULATION OF REGENERATIVE BRAKE FOR DIRECT-CURRENT LOCOMOTIVE

Данное изобретение относится к электровозам с питанием от контактной сети постоянного тока, а точнее к устройствам регулирования тяговых электромашин при рекуперативном торможении, т.е. в генераторном режиме.
Известно устройство для регулирования рекуперативного тормоза электровоза постоянного тока, содержащее возбудитель рекуперации, в цепь обмотки независимого возбуждения которого включен исполнительный элемент контура авторегулирования с задающим элементом контроллера машиниста, датчиками напряжения и тока тяговых электромашин, элементом сравнения и пропорционально-интегральным регулятором [1].
Недостаток этого устройства связан с тем, что контуры авторегулирования не обеспечивают выполнение всех ограничений генераторного режима тяговых электромашин электровоза.
Этот недостаток частично устранен в устройстве [2], которое может быть принято за прототип. Указанное устройство для регулирования рекуперативного тормоза электровоза постоянного тока содержит исполнительный элемент, выход которого подключен к обмоткам возбуждения тяговых электромашин, а его вход соединен с контуром автоматического регулирования, состоящим из последовательно включенных задатчика тока якорных обмоток тяговых электромашин, основного элемента сравнения и пропорционально-интегрального регулятора, при этом второй вход указанного элемента сравнения соединен с выходом датчика тока якорных обмоток, причем предусмотрены отдельные контуры для ограничения напряжения на якорных обмотках тяговых электромашин и их тока возбуждения с соответствующими датчиками.
Недостаток прототипа состоит в том, что в зоне высоких скоростей электровоза не учтено ограничение по потенциальным условиям на коллекторе тяговых электромашин, т.е. по реактивной ЭДС и межламельному напряжению. Это затрудняет практическое использование рекуперации в зоне высоких скоростей из-за возникновения круговых огней на коллекторе тяговых электромашин.
Техническое решение по данному изобретению заключается в исключении этого недостатка, а именно в обеспечении гарантированной надежности генераторного режима при рекуперации.
Указанное выше техническое решение достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены блок деления для вычисления фактического значения коэффициента ослабления возбуждения тяговых электромашин, блок задания минимальных значений коэффициента ослабления возбуждения для каждой группировки тяговых электромашин, дополнительный элемент сравнения и релейный элемент, причем входы блока деления соединены с выходами датчиков тока якорных обмоток и тока возбуждения, а его выход подключен к первому входу дополнительного элемента сравнения, входы блока задания минимальных значений коэффициента ослабления возбуждения соединены с контактами переключателя группировок тяговых электромашин в контроллере машиниста, а выход этого блока подключен ко второму входу дополнительного элемента сравнения, причем его выход через релейный элемент соединен с третьим входом основного элемента сравнения.
рз
Конкретно данное изобретение поясняется ниже на примере его реализации (фиг. 1) для электровоза, силовое электрооборудование которого содержит тяговые электродвигатели с якорными обмотками 1-2 и обмотками возбуждения 3-4. В данном примере показаны только два двигателя. Обмотки 1-2 подключены к токоприемнику 5 и заземляющему устройству 6. Обмотки 3-4 подключены к возбудителю рекуперации 7, т.е. к электромашинному или статическому преобразователю напряжения контактной сети, на входе которого включен исполнительный элемент ИЭ 8, например импульсный преобразователь в цепи возбуждения электромашинного преобразователя. ИЭ 8 входит в состав контура автоматического регулирования, который выполнен по типовой схеме регулирования по отклонению [3] и содержит задающий элемент ЗЭ 9 для задания тока рекуперации I, элемент сравнения ЭС 10, другой вход которого подключен к датчику 11 тока якорных обмоток 1-2, а выход - к пропорционально-интегральному регулятору ПИР 12. ЗЭ 9 содержит установленные на контроллере машиниста задатчик 13 тока рекуперации ЗТР и задатчик 14 скорости ЗС, подключенный к регулятору скорости PC 15. Выходы 13 и 15 посредством переключателя 16 соединены со входом ЭС 10.
я
в
min
<mrow><mi>β</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>I</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mi>р</mi></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>
Предусмотрены отдельные контуры для ограничения максимального напряжения U на якорных обмотках 1-2, т.е. на токоприемнике 5, для ограничения тока возбуждения I и ограничения на минимально допустимом уровне коэффициента ослабления возбуждения β, равного
я
яф
я max
Контур ограничения U содержит датчик 17 фактического значения U, задатчик 18 предельно допустимого значения U=3800 В, элемент сравнения 19 и релейный элемент 20. Выход последнего подан на вход элемента ИЛИ 21, выход которого поступает на отдельный вход элемента сравнения 10.
в
Другие входы элемента ИЛИ 21 подключены к выходам контуров ограничения тока возбуждения I и коэффициента β.
в
в max
Контур ограничения I содержит датчик 22 тока возбуждения, элемент 23 задания его максимального значения I, элемент сравнения 24 и релейный элемент 25. Выход последнего подключен к элементу ИЛИ 21.
min
Контур ограничения β содержит блок деления БД 26, входы которого подключены к выходам датчиков токов якоря 11 и возбуждения 22, а выход - к элементу сравнения 27. К его другому входу подключен выход комплекта задания В. В состав этого комплекта входят задатчики 27; их количество соответствует числу группировок тяговых двигателей электровоза. Конкретно для электровозов ВЛ10 и ВЛ11 приняты следующие значения:
Группировка
С
СП
П
β<sub>min</sub>
0,31
0,43
0,55
Соответствующий задатчик 27 включается одним из контактов 28 (С, СП или П) контроллера машиниста. Выходы задатчиков 27 через элемент ИЛИ 29 подключены к элементу сравнения 26, а выход последнего через релейный элемент 29 подключен к отдельному входу элемента ИЛИ 21.
Задающие элементы 13 и 14 (сельсины), а также переключатели 28 имеются в составе типового оборудования контроллера машиниста. Датчики 11, 17 и 22 выполнены с гальванической развязкой на основе эффекта Холла; их серийно выпускают филиал ВНИИЭМ (г.Истра Московской обл.) и Тверской завод электроаппаратуры (фирма LEM). Остальные компоненты системы управления выполняются на типовых интегральных микросхемах [4].
з
з
рз
Предложенное устройство работает следующим образом. При движении поезда по вредному спуску [5] машинист выбирает при помощи контроллера группировку в зависимости от скорости движения С, СП или П. При этом включается соответствующий контакт 28. Затем машинист задает при помощи ЗТР 13 ток рекуперации, т.е. фактически тормозную силу электровоза, или при помощи ЗС 14 скорость движения поезда V на вредном спуске. В последнем случае по заданному значению скорости V блок PC автоматически устанавливает ограничение тока (I) для стабилизации скорости. Режим регулирования по току или по скорости выбирает машинист при помощи переключателя 16.
рз
Независимо от выбранного режима заданное значение (I) поступает на ЭС 10, который вычисляет рассогласование:
р
рз
рф
(ΔI)=(I)-(I),
рф
р
в
р
р
причем фактическое значение тока рекуперации (I) поступает на ЭС 10 с датчиком 11. По знаку и величине (ΔI) ПИР 12 через ИЭ 8 и ВР 7 осуществляет регулирование тока возбуждения I и соответственно тока в рекуперации I. Таким способом обеспечивается или постоянство тока I или стабилизация скорости поезда на вредном спуске. Но на этот процесс накладываются ограничения, реализуемые дополнительными контурами регулирования:
в
в
в max
- при превышении предельно допустимого тока возбуждения I срабатывает канал 22-24(23)-25. При этом с релейного элемента 25 через элемент ИЛИ 21 поступает сигнал (15 В) на вход ЭС 10, что приводит к быстрому снижению I до максимально в допустимого значения I;
я
я max
в
я
- при превышении напряжения U свыше U срабатывает канал 17-19(18)-20, вызывая аналогичным образом, т.е. путем воздействия на ЭС 10, снижение I и соответственно U;
ф
min
в
я
min
- если фактическое значение β, вычисляемое в БД 26 станет меньше β, задаваемого блоком 27, то аналогичным образом сигнал с РЭ 29 поступит на ЭС 10, вызывая снижение тока возбуждения I и соответственно ускоренное снижение I, что обеспечивает восстановление β.
Эффективность данного изобретения обеспечивается:
- автоматической стабилизацией режимов, задаваемых машинистом, по току рекуперации (тормозной силе) или по скорости движения поезда на вредном спуске;
- выполнением всех ограничений, характерных для генераторного режима тяговых электромашин электровоза.
Источники информации
1. Электроподвижной состав с электрическим торможением, под ред. Инькова Ю.М. и Фельдмана Ю.И. М.: УМЦ ЖДТ, 2008, с.82-86, рис.2.25.
2. Патент на полезную модель №84644, кл. Н02Р 3/12, B60L 7/04
3. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2001.
4. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. М., 1997, тт.1-5.
5. Осипов С.И., Осипов С.С., Феоктистов В.П. Теория электрической тяги, М.: УМЦ ЖДТ, 2005.