Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ ТОРМОЗЯЩИХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗА

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств, а именно к способу регулирования тока возбуждения в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей постоянного тока в электрической передаче тепловоза с автономным тепловым двигателем, тяговым генератором переменного тока в режиме электрического торможения тепловоза.

Известен способ регулирования тока в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей электрической передачи тепловоза, заключающийся в том, что возбуждают тяговый генератор переменного тока, нагружают тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей постоянного тока через управляемый выпрямитель, измеряют ток 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 на изобретение №2293031, кл. B60L 11/02, 2006).

Недостатком известного способа является то, что в случае использования в режимах торможения тепловоза тягового генератора в качестве источника питания обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, для обеспечения малых значений тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей углы проводимости управляемого выпрямителя, питающего обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, уменьшаются до величин, при которых работа управляемого выпрямителя становится неустойчивой.

Известен способ регулирования тока в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей электрической передачи тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи якорей тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, определяют уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают его с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, подают на управляющий вход управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей (RU, патент №2350487, кл. B60L 11/06, 2009).

Недостатком известного способа является то, что способ не позволяет устойчиво регулировать малые значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, необходимые для плавного регулирования тормозной силы тепловоза. Связано это с тем, что для обеспечения малых значений тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей углы проводимости управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора уменьшаются до величин, при которых работа управляемого выпрямителя становится неустойчивой.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение надежности и устойчивости работы трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора во всем диапазоне изменения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей за счет увеличения углов проводимости тиристоров этого выпрямителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования тока в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей тепловоза, заключающемся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, подключают тяговый генератор к цепи из последовательно включенных обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей и нагружают на нее через трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель, возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели на тормозные резисторы, измеряют частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи якорей тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, определяют уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают, подают на вход управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора и осуществляют регулирование тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, управляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения тягового генератора выполняют в виде трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя, по сигналам, пропорциональным измеренным значениям токов якорей и частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей и сигналу задания режима торможения, определяют уставку возбуждения, принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с заранее определенными пороговыми значениями тока возбуждения и по результатам сравнения изменяют структуру системы управления трехфазным тиристорным управляемым выпрямителем питания обмотки возбуждения тягового генератора.

На Фиг.1 представлена блок-схема торможения тепловоза, реализующего способ.

На Фиг.2 представлен схематично трехфазный управляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения тягового генератора, на Фиг.3 расчетные характеристики тока J_взад[А] в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей от углов проводимости α[град] тиристоров трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя питания обмотки возбуждения тягового генератора для различных структур управления тиристорами.

Устройство (Фиг.1, 2) для реализации предлагаемого способа состоит из тягового генератора 1 переменного тока с обмоткой возбуждения 2 и силовой трехфазной обмоткой 3. Обмотка возбуждения 2 тягового генератора 1 переменного тока соединена с выходом трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4, выполненного по нулевой схеме, силовыми входами (фазы А, В, С Фиг.2) подключенного к трехфазной обмотке вспомогательного генератора переменного тока (на чертеже не показан). Силовая трехфазная обмотка 3 тягового генератора 1 переменного тока соединена с трехфазным мостовым неуправляемым выпрямителем 5. Силовой выход трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя 5 через датчик 6 измерения тока в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 постоянного тока соединен с последовательно соединенными обмотками возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8. Каждый из тормозящих тяговых электродвигателей 8 включен на тормозной резистор 9 с датчиком 10 тока якоря тормозящих электродвигателей 8 и оборудован датчиком 11 частоты вращения тормозящего тягового электродвигателя 8. Выходы датчиков 10 тока якоря тормозящих тяговых электродвигателей 8 соединены с первыми входами блока 12 управления режимом торможения, выходы датчиков 11 частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 соединены со вторыми входами блока 12 управления режимом торможения, а выход задатчика 13 режима торможения соединен с третьим входом блока 12 управления режимом торможения.

Выход блока 12 управления режимом торможения соединен с первым входом блока 14 сравнения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8, второй вход блока 14 сравнения соединен с выходом датчика 6 измерения тока возбуждения в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8. Выход блока 12 управления режимом торможения соединен с входом логического блока 15 изменения структуры системы 16 импульсно-фазового управления (СИФУ) трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4, а выход логического блока 15 соединен с первым входом системы 16 СИФУ трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4, второй вход которой через блок усиления 17 соединен с выходом блока 14 сравнения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8, заданного блоком 12 управления режимом торможения, и тока возбуждения в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8, измеренного датчиком 6. Выходы системы 16 СИФУ трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4 подсоединены к управляющим входам тиристоров 18-20 трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4. Параллельно обмотке возбуждения 2 тягового генератора 1 переменного тока в непроводящем направлении подключен диод 21. Последовательно включенные обмотки возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 имеют суммарное активное сопротивление R и обладают индуктивностью L.

Способ осуществляется следующим образом.

Задатчиком 13 режима торможения, например тормозным контроллером тепловоза, задается кодовый сигнал тормозной позиции, который с выхода задатчика 13 подают на вход блока 12 управления режимом торможения и подают в релейно-контакторную систему управления тепловоза (на чертежах не показано). По сигналу задатчика 13, поступившему в релейно-контакторную систему управления тепловоза, следующего с заданной скоростью движения, переводят тепловоз в режим торможения, для чего собирают схему торможения тепловоза, при этом обмотки возбуждения 7 тяговых электродвигателей 8 соединяют последовательно и подключают через датчик 6 измерения тока в обмотках возбуждения 7 к силовому выходу трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя 5, подключенного к силовой трехфазной обмотке 3 тягового генератора 1, а якорные обмотки тяговых электродвигателей 8 подключают к тормозным резисторам 9 с датчиками тока 10 якоря тормозящих тяговых электродвигателей 8. При этом управляемый выпрямитель 4 выполняют в виде трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя, который питает обмотку возбуждения 2 тягового генератора 1 (Фиг.2). Число тяговых электродвигателей 8 равно числу тяговых осей тепловоза.

Задают частоту вращения теплового двигателя, например дизеля (на чертежах не показан), приводят во вращение тяговый генератор 1. Частоту вращения дизеля устанавливают согласно кодовому сигналу задатчика 13 режима торможения. Возбуждают тяговый генератор 1.

Тяговый генератор 1 подключают к цепи из последовательно включенных обмоток возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 и нагружают на нее через трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель 5 и датчик 6 измерения тока в обмотках возбуждения 7, нагружают тормозящие тяговые электродвигатели 8 на тормозные резисторы 9.

Общее активное сопротивление, например для последовательно соединенных шести обмоток возбуждения тяговых электродвигателей типа ЭДУ-133, составляет R=0,05346 Ом при суммарной индуктивности цепи L=0,072 Гн, при этом требуемое среднее значение тока в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8 может измениться от 20 до 800 А, а среднее значение выпрямленного напряжения, соответственно, от 1,069 до 42,77 В.

Поскольку на входе трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4 действует периодический сигнал (фазы А, В, С фиг.2) с напряжением по форме, близкой к трапецеидальной, причем сильно зашумленный высокочастотными помехами, поэтому для надежной работы тиристоров 18-20 трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4 необходимо принимать меры по увеличению углов проводимости α тиристоров 18-20. Из представленных на Фиг.3 характеристик «б», «в» и «г» следует, что для обеспечения углов проводимости α тиристоров 18-20 не менее 25-35° необходимо изменять структуру управления трехфазным тиристорным управляемым выпрямителем 4 по величине уставки заданного тока возбуждения (I_взад) тормозящих тяговых электродвигателей 8 следующим образом.

При 0<I_взад≤100 А - осуществлять управление одним тиристором 18 (Фиг.1, 2, 3 кривая «в») трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4.

При 100<I_взад≤400 А - осуществлять управление двумя тиристорами 18 и 19 (Фиг.1, 2, 3 кривая «б») трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4.

При I_взад≥400 А - осуществлять управление всеми тиристорами 18, 19 и 20 (Фиг.1, 2, 3 кривая «г») трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4.

Возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели 8 следующим образом.

Измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 датчиком 6 измерения тока в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8.

Измеряют токи якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8 датчиками 10 тока якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8, сигналы, пропорциональные измеренным токам с выхода датчиков 10 тока, подают на первые входы блока 12 управления режимом торможения. Измеряют датчиками 11 частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и сигналы, пропорциональные измеренным частотам вращения, подают на вторые входы блока 12 управления режимом торможения.

В блоке 12 управления режимом торможения по сигналам, пропорциональным токам якорей тормозящих тяговых электродвигателей 8, поданным с выходов датчиков 10 на первые входы блока 12, по сигналам, пропорциональным частотам вращения тормозящих тяговых электродвигателей 8, поданным с выходов датчиков 11 частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей на вторые входы блока 12, по кодовому сигналу задатчика 13 режима торможения, поданный на третий вход блока 12 управления режимом торможения, определяют уставку тока возбуждения, принимают ее за заданное значение (I_взад) тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 и подают на вход логического блока 15 и на первый вход блока 14 сравнения.

В логическом блоке 15 производят сравнение уставки заданного значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 со следующими заранее определенными пороговыми значениями тока возбуждения:

- с одним сигналом I₁, пропорциональным току возбуждения, равному, например, 100 А;

- с другим сигналом I₂, пропорциональным току возбуждения, равному, например, 400 А.

По величине уставки заданного тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 в логическом блоке 15 по результатам сравнения изменяют структуру управления трехфазным тиристорным управляемым выпрямителем 4 питания обмотки возбуждения тягового генератора. Сигнал на изменение структуры управления трехфазным тиристорным управляемым выпрямителем 4 подают с выхода логического блока 15 на первый вход системы 16 СИФУ трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4.

На второй вход блока 14 сравнения подают сигнал, пропорциональный измеренному датчиком 6 значению тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8. Уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8 сравнивают в блоке 14 сравнения с измеренным датчиком 6 значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 8, результат сравнения усиливают в блоке усиления 17 и подают на второй вход системы 16 СИФУ трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя 4, чем осуществляют регулирование тока возбуждения в обмотках возбуждения 7 тормозящих тяговых электродвигателей 8.

В результате регулирования тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей тепловоза по предложенному способу увеличивается надежность и устойчивость работы трехфазного тиристорного управляемого выпрямителя питания обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей за счет увеличения углов проводимости α в диапазоне малых значений тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей.

Предлагаемый способ испытан с применением микропроцессорной системы управления (МСУ-ТЭ) на пассажирском тепловозе переменно-постоянного тока ТЭП70БС и показал положительные результаты.