СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ПЕРЕДАЧИ МАНЕВРОВОГО ТЕПЛОВОЗА
METHOD OF ADJUSTING DIESEL LOCOMOTIVE ELECTRIC TRACTION TRANSMISSION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способу регулирования электрической тяговой передачи маневрового тепловоза с автономным тепловым двигателем, генератором постоянного тока и электродвигателями постоянного тока.
Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза, 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, 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 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, 1987, с.32-34/.
Недостатком известного способа является то, что уставка мощности тягового генератора формируется только в зависимости от частоты вращения теплового двигателя (позиции контроллера машиниста) и положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, что приводит к резкому набору скорости тепловоза при трогании с места, а также исключает возможность плавного регулирования скорости движения тепловоза пневматическим тормозом в режиме тяги за счет наличия больших постоянных времени в электромеханических элементах системы.
Другим недостатком известного способа является отсутствие защиты от боксования одной или нескольких осей тепловоза в ухудшенных условиях по сцеплению колесо - рельс.
Известен способ регулирования электрической тяговой передачи тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, 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 и 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, №2300470 С1, кл. B60L 11/00, 2006 г./.
Недостатком известного способа является то, что в отсутствие сигнала боксования колесных пар тепловоза уставка мощности тягового генератора формируется только в зависимости от частоты вращения теплового двигателя (позиции контроллера машиниста) и положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, что приводит к резкому набору скорости тепловоза при трогании с места, а также исключает возможность плавного регулирования скорости движения тепловоза пневматическим тормозом в режиме тяги за счет наличия больших постоянных времени в электромеханических элементах системы.
Указанные недостатки известного способа могут привести к поломке автосцепных устройств и снижают уровень безопасности труда при проведении маневровых работ.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является плавный набор скорости при трогании тепловоза с места, а также возможность плавного регулирования скорости движения тепловоза пневматическим тормозом в режиме тяги при проведении маневровых работ, что улучшает условия труда локомотивных бригад маневровых тепловозов и существенно повышает уровень безопасности труда при проведении маневровых работ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической передачи маневрового тепловоза задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, 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 сигнал заданного положения с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени, измеряют текущую частоту вращения теплового двигателя, 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 задание по мощности тягового генератора, измеряют разность напряжений на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей, измеренную разность дифференцируют с замедлением, в зависимости от величины и знака результата дифференцирования переключают каналы управления напряжением тягового генератора, устанавливают результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности или результат дифференцирования с обратным знаком, сигнал по напряжению интегрируют по времени и принимают за уставку напряжения тягового генератора, сравнивают сигнал, пропорциональный измеренному напряжению тягового генератора, с величиной уставки напряжения тягового генератора, по величине рассогласования изменяют ток возбуждения тягового генератора, подают кодовый сигнал, пропорциональный заданной частоте вращения вала теплового двигателя, на входы регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, блока формирования задания мощности тягового генератора и блока формирования уставки мощности тягового генератора, задают в блоке формирования задания мощности тягового генератора положение дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, сравнивают сигнал заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя с измеренным положением, величину их рассогласования интегрируют по времени, задают мощность тягового генератора пропорционально измеренной частоте вращения вала теплового двигателя, заданную мощность суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования заданного и измеренного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора частоты вращения и нагрузки теплового двигателя, результат суммирования принимают за задание по мощности тягового генератора и подают с выхода блока формирования задания мощности тягового генератора на второй вход блока формирования уставки мощности тягового генератора, на третий вход которого подают сигнал, пропорциональный току тягового генератора, сравнивают в блоке формирования уставки мощности тягового генератора кодовый сигнал с выхода задатчика с наперед заданной уставкой, по результату сравнения переключают каналы формирования уставки мощности тягового генератора, в зависимости от выбора канала сигнал задания мощности тягового генератора интегрируют по времени и принимают за уставку мощности тягового генератора или сигнал задания мощности тягового генератора суммируют с сигналом, пропорциональным измеренному току тягового генератора, взятым с обратным знаком, результат суммирования интегрируют по времени и принимают за уставку мощности тягового генератора, подают уставку мощности тягового генератора с выхода блока формирования уставки мощности тягового генератора на вход блока измерения рассогласования мощности тягового генератора, на другой вход которого подают с выхода блока расчета мощности тягового генератора сигнал, пропорциональный измеренной мощности тягового генератора, сравнивают в блоке измерения рассогласования мощности тягового генератора сигнал, пропорциональный измеренной мощности тягового генератора, с величиной уставки мощности тягового генератора и результат сравнения подают на вход блока формирования уставки напряжения тягового генератора, определяют с помощью датчиков напряжения напряжение на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей и подают его к входам блока определения боксования, в котором измеряют разность напряжений на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей и дифференцируют с замедлением измеренную разность напряжений, подают с выхода блока определения боксования дифференцированный с замедлением сигнал, пропорциональный разности напряжений на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей, на второй вход блока формирования уставки напряжения тягового генератора, в котором переключают каналы управления напряжением тягового генератора, в зависимости от знака и величины результата дифференцирования сигнала, поданного с выхода блока определения боксования, устанавливают на выходе блока формирования уставки напряжения интегрированный по времени результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности или интегрированный по времени результат дифференцирования с обратным знаком, который принимают за уставку напряжения тягового генератора, подают уставку напряжения тягового генератора с выхода блока формирования уставки напряжения тягового генератора на вход блока измерения рассогласования напряжения тягового генератора, на другой вход которого подают сигнал, пропорциональный напряжению тягового генератора, с выхода датчика напряжения тягового генератора, сравнивают в блоке измерения рассогласования напряжения тягового генератора сигнал, пропорциональный измеренному напряжению тягового генератора, с величиной уставки напряжения тягового генератора, подают результат сравнения на вход блока управления током возбуждения тягового генератора, которым в зависимости от величины рассогласования измеренного напряжения тягового генератора с величиной уставки напряжения тягового генератора изменяют ток возбуждения тягового генератора.
На чертеже представлена блок-схема электрической тяговой передачи маневрового тепловоза, реализующей способ.
Электрическая тяговая передача для реализации предлагаемого способа состоит из теплового двигателя, например, дизеля 1 с регулятором 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, датчика 3 положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1. Дизель 1 кинетически связан с датчиком 4 частоты вращения вала дизеля 1 и с тяговым генератором 5 постоянного тока. Силовой выход тягового генератора 5 подключен через датчик 6 тока к входам параллельно подключенных тяговых двигателей 7 и 8 постоянного тока с последовательным возбуждением. К силовому выходу генератора 5 постоянного тока подключен датчик 9 напряжения. Тяговый генератор 5 соединен с выходом блока 10 управления током возбуждения тягового генератора 5.
Выход задатчика 11 частоты вращения вала дизеля, например, контроллер машиниста тепловоза, соединен с входом регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, с входом блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5 и с входом блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5. Второй вход блока 12 соединен с выходом датчика 3 положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1. Третий вход блока 12 подключен к выходу датчика 4 частоты вращения вала дизеля 1. Выход блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5 подключен ко второму входу блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5. Третий вход блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5 подключен к выходу датчика 6 тока. Выход блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5 подключен к входу блока 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5. Второй вход блока 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5 подключен к выходу блока 15 расчета мощности тягового генератора 5, один вход блока 15 расчета мощности тягового генератора 5 подключен к выходу датчика 9 напряжения, а второй вход - к выходу датчика 6 тока. Выход блока 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5 подключен к входу блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5. Второй вход блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5 подключен к выходу блока 17 определения боксования, к входам которого подключены выходы датчиков напряжения последовательных обмоток возбуждения (на чертеже не показаны) тяговых электродвигателей 7 и 8. Выход блока 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5 подключен к входу блока 18 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5. Второй вход блока 18 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5 подключен к выходу датчика 9 напряжения. Выход блока 18 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5 подключен к входу блока 10 управления током возбуждения тягового генератора 5.
Способ осуществляется следующим образом.
Задатчиком 11 частоты вращения вала дизеля задают частоту вращения вала дизеля 1, приводящего во вращение тяговый генератор 5. На выходе задатчика 11 частоты вращения вала дизеля действует кодовый сигнал (позиция контроллера машиниста), пропорциональный заданной частоте вращения вала дизеля 1, который подают на вход регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, на вход блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5 и на вход блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5. Регулятор 2 частоты и нагрузки дизеля 1 удерживает частоту вращения вала дизеля 1 пропорционально кодовому сигналу задатчика 11 частоты вращения вала дизеля.
Датчиком 3 положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1 измеряют положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, соответствующее текущему значению частоты вращения вала дизеля 1. Выходной сигнал датчика 3 положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, пропорциональный положению дозирующего органа топливоподачи, подают на второй вход блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5.
Датчиком 4 частоты вращения вала дизеля 1 измеряют текущую частоту вращения вала дизеля 1, с выхода датчика 4 сигнал задания мощности тягового генератора 5, пропорциональный частоте вращения вала дизеля 1, поступает на третий вход блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5. В блоке 12 формирования задания мощности тягового генератора 5 задают положение дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, сравнивают сигнал заданного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1 с измеренным датчиком 3 положением дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, величину их рассогласования интегрируют по времени, задают мощность тягового генератора 5 пропорционально измеренной датчиком 4 частоте вращения вала дизеля 1, заданную мощность суммируют с результатом интегрирования величины рассогласования заданного и измеренного положения дозирующего органа топливоподачи регулятора 2 частоты вращения и нагрузки дизеля 1, результат суммирования принимают за задание по мощности тягового генератора 5 и подают с выхода блока 12 формирования задания мощности тягового генератора 5 на второй вход блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5. На третий вход блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5 подают сигнал, пропорциональный току тягового генератора 5, измеренный датчиком 6 тока. В блоке 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5 кодовый сигнал с выхода задатчика 11 частоты вращения вала дизеля сравнивают с наперед заданной уставкой, по результату сравнения переключают каналы формирования уставки мощности тягового генератора 5. В зависимости от выбора канала формируют уставку мощности тягового генератора 5.
Если значение кодового сигнала с выхода задатчика 11 частоты вращения вала дизеля больше наперед заданного значения, то сигнал задания мощности тягового генератора 5 интегрируют по времени и принимают за уставку мощности тягового генератора 5 или сигнал задания мощности тягового генератора 5 суммируют с сигналом, пропорциональным току тягового генератора 5, измеренного датчиком 6 тока и взятого с обратным знаком, результат суммирования интегрируют по времени и принимают за уставку мощности тягового генератора 5. В первом случае уставка мощности тягового генератора 5 будет соответствовать свободной мощности дизеля 1, при этом выходная мощность тягового генератора 5 будет постоянна для заданной позиции задатчика 11 частоты вращения вала дизеля (контроллера машиниста) маневрового тепловоза. Во втором случае выходная мощность тягового генератора 5 будет понижаться пропорционально возрастанию тока на выходе тягового генератора 5 (тока нагрузки), причем коэффициент пропорциональности задают заранее с таким условием, чтобы при максимальном токе нагрузки тягового генератора 5 для заданной позиции задатчика 11 частоты вращения вала дизеля мощность на выходе тягового генератора 5 была не ниже заранее заданного минимального значения для заданной позиции задатчика 11 частоты вращения вала дизеля (контроллера машиниста) маневрового тепловоза.
Уставку мощности тягового генератора 5 с выхода блока 13 формирования уставки мощности тягового генератора 5 подают на вход блока 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5, на другой вход которого подают с выхода блока 15 расчета мощности тягового генератора 5 сигнал, пропорциональный измеренной мощности тягового генератора 5.
В блоке 14 измерения рассогласования мощности тягового генератора 5 сигнал, пропорциональный измеренной мощности тягового генератора 5, сравнивают с величиной уставки мощности тягового генератора 5, и результат сравнения подают на вход блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5. С помощью датчиков напряжения (на чертеже не показано) определяют напряжение на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей 7 и 8 и подают к входам блока 17 определения боксования, в котором измеряют разность напряжений на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей 7 и 8 и дифференцируют с замедлением измеренную разность напряжений. На второй вход блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5 подают с выхода блока 17 определения боксования дифференцированный с замедлением сигнал, пропорциональный разности напряжений на последовательных обмотках возбуждения тяговых электродвигателей 7 и 8. Блоком 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5 в зависимости от знака и величины результата дифференцирования сигнала, поданного с выхода блока 17 определения боксования, переключают каналы управления напряжением тягового генератора 5 и устанавливают на выходе блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5 интегрированный по времени результат сравнения измеренной мощности с уставкой мощности или интегрированный по времени результат дифференцирования с обратным знаком, который принимают за уставку напряжения тягового генератора 5.
Уставку напряжения тягового генератора 5 с выхода блока 16 формирования уставки напряжения тягового генератора 5 подают на вход блока 18 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5, на другой вход которого подают сигнал, пропорциональный напряжению тягового генератора 5, с выхода датчика 9 напряжения. В блоке 18 измерения рассогласования напряжения тягового генератора 5 сигнал, пропорциональный измеренному напряжению тягового генератора 5, сравнивают с величиной уставки напряжения тягового генератора 5, и результат сравнения подают на вход блока 10 управления током возбуждения тягового генератора 5. Блоком 10 управления током возбуждения тягового генератора 5 в зависимости от величины рассогласования измеренного напряжения тягового генератора 5 с величиной уставки напряжения тягового генератора 5 изменяют ток возбуждения тягового генератора 5. Тяговый генератор 5 возбуждается, и на его выходе появляется напряжение, которое подают на вход параллельно включенных тяговых электродвигателей 7 и 8.
Указанный способ регулирования тяговой электрической передачи маневрового тепловоза позволяет осуществлять плавный набор скорости при трогании тепловоза с места, а также позволяет осуществлять плавное регулирование скорости движения тепловоза пневматическим тормозом в режиме тяги при проведении маневровых работ, что улучшает условия труда локомотивных бригад маневровых тепловозов и существенно повышает уровень безопасности труда при проведении маневровых работ.
Предлагаемый способ испытан и реализован на маневровом тепловозе типа ТЭМ18ДМ и показал положительные результаты.