Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ББР ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ ВЛ80Р

Изобретение применяется на железнодорожном транспорте и относится к устройствам, улучшающим режим рекуперативного торможения электровоза при ручном регулировании, обеспечивающее защиту блока балластных резисторов (ББР). ББР служат для выравнивания токов параллельно соединенных тяговых двигателей и обеспечивают устойчивую работу режима рекуперативного торможения [1].

Известен блок противокомпаундирования (БПК-540), расположенный в блоке управления выпрямительно-инверторного преобразователя (БУВИП) электровоза [1]. Служит для обеспечения необходимой плавности нарастания тормозного тока и поддержания устойчивости в режиме рекуперативного торможения путем воздействия на противо-ЭДС преобразователя и возбудителя сигнала, пропорциональных скорости изменения тока якоря. Блок состоит из каналов воздействия на α_р (на противо-ЭДС ВИЛ) и α_в (возбуждение), а также реле режима работы - Тяга - рекуперация. Каждый канал представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе типа 153УД1, на входах которого включены электрические фильтры [1].

На входы XI: a0b0 и a9b9 блока ВПК через электрические фильтры, расположенные в блоке питания (БП-542) БУВИП, поступают сигналы, пропорциональные току якорей тяговых двигателей. С помощью фильтров выделяются сигналы, пропорциональные скорости изменения тока якоря. Через делители R5, R7 и R6, R8 эти сигналы поступают на входы усилителей А1, А2, инвертируются и подаются в блок фазового управления (БФУ-535) БУВИП [1]. При резком изменении тока якоря на выходных усилителях A1, А2 появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов от α_min α_max, увеличивая противо-ЭДС ВИП, тем самым уменьшая скорость нарастания тока якоря. Диоды V1, V2 обрезают отрицательные выбросы сигналов на выходах фильтров [1].

Реле К срабатывает в режиме рекуперации, когда нулевой провод XI: a3b3 через контакты A13-QT замыкает на «землю» и питающее напряжение подается на катушку реле. Размыкающие контакты реле 4-2 шунтируют вход усилителя А1 в режиме тяги электровоза и запрещают прохождение сигнала по каналу α_р. Контакты реле 4-2 формируют сигнал (Х12-Х3) Тяга-1, Рекуперация-0.

Для уменьшения влияния электромагнитных помех они зашунтированы конденсатором С18. Элементы R15, R16, C19-С22 служат для коррекции сигнала на выходе 6 микросхем A1, А2, предупреждающей самовозбуждение.

Недостатками типового режима рекуперации при ручном регулировании тормозной силы на электровозах однофазно-постоянного тока является изменение тока якоря в зависимости от изменения скорости движения. При изменении скорости движения электровоза меняется ЭДС двигателя, следовательно, и ток якоря. Недостатком работы кассеты БПК-540 БУВИП является уменьшение только скорости нарастания тока якоря при его повышении и отсутствие контура автоматического регулирования тока якоря при изменении скорости движения электровоза. Для того чтобы поддержать заданную тормозную силу, необходимо штурвалом машиниста постоянно регулировать противо-ЭДС выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИЛ) в зоне низких и средних скоростей (канал ВИЛ), а в зоне высоких скоростей тормозной рукояткой регулировать ток возбуждения посредством выпрямительной установки возбуждения ВУВ (канал ВУВ). Обеспечение заданной тормозной силы требует от машиниста электровоза большой трудоемкости и дополнительного внимания, что снижает его бдительность за движением поезда по участку профиля пути, следовательно, и безопасность движения.

При ручном регулировании тормозной силы можно превысить номинальный ток ББР, что приводит к перегреву и разрушению элементов. Большой ток якоря может привести к возникновению юза колесных пар и срыву режима рекуперации, что повышает вероятность выдавливания выгонов, и как следствие, к аварии или крушению.

Недостатком ручного регулирования является также, что машинисты используют режим рекуперации при трогании и разгоне поезда на подъемах, установив режимно-реверсивную рукоятку «Назад». В этом режиме двигатели работают при независимом возбуждении и менее подвержены боксованию [2]. Это преимущество и используют машинисты на трудных участках профиля пути. При этом ток при трогании достигает до 1500 А, что значительно превышает номинальный ток ББР и приводит к его перегреву и разрушению [1].

Целью предлагаемого изобретения является:

- повышение безопасности движения поездов;

- автоматическое поддержание заданной тормозной силы при максимальном токе якоря, уменьшение вероятности юза колесных пар электровоза и выдавливания вагонов;

- исключение выхода из строя ББР, автоматическое ограничение тока якоря на уровне тока уставки во всем диапазоне скоростей движения электровоза;

- уменьшение трудоемкости процесса регулирования тормозной силы электровоза в режиме рекуперации.

Принципиальная схема предлагаемого устройства (модифицированного блока противокомпаундирования - БПК-540М) приведена на фиг.1. Условно ее можно разбить на две части: штатная схема и вновь вводимые регуляторы.

Работа штатной схемы организована следующим образом.

На входы XI: a0b0 и а9b9 блока БПК через электрические фильтры, расположенные в блоке питания (БП-542) БУВИП, поступают сигналы, пропорциональные току якорей тяговых двигателей. С помощью фильтров выделяются сигналы, пропорциональные скорости изменения тока якоря. Через делители R5, R7 и R6, R8 эти сигналы поступают на входы усилителей DA1, DA2, инвертируются и подаются в блок фазового управления (БФУ-535) БУВИП. При резком изменении тока якоря на выходных усилителях DA1, DA2 появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов от α_min к α_max, увеличивая противо-ЭДС выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИЛ), тем самым уменьшая скорость нарастания тока якоря. Диоды V1, V2 обрезают отрицательные выбросы сигналов на выходах фильтров [1].

Реле К срабатывает в режиме рекуперации, когда нулевой провод XI: a3b3 через контакты A13-QT замыкает на «землю» и питающее напряжение подается на катушку реле. Размыкающие контакты реле 4-2 шунтируют вход усилителя А1 в режиме тяги электровоза и запрещают прохождение сигнала по каналу α_р.

Контакты реле 4-2 формируют сигнал (Х12-Х3) Тяга-1, Рекуперация-0. Для уменьшения влияния электромагнитных помех они зашунтированы конденсатором С18.

Вновь вводимые регуляторы выполнены на операционных усилителях DA101, DA102, DA103. При этом на усилителях DA101 и DA102 выполнен канал воздействия на ВИЛ, а на DA103 канал воздействия на ВУВ. Регулятор тока по каналу ВИЛ работает в зоне низких и средних скоростей движения, в зоне высоких скоростей работает регулятор по каналу ВУВ (фиг.1).

Входным сигналом предлагаемого регулятора является сигнал положительной полярности истинного значения напряжения, пропорциональный току якорей тяговых двигателей, поступающему на вход кассеты БПК-540 XI a0 b0, который сравнивается с опорным напряжением регулятора канала ВИП, а затем - с опорным напряжением канала ВУВ. При изменении тока якоря, в зависимости от скорости движения, на интегральном регуляторе DA101, С101, R104, V101 или DA103, С108, R113, V103 появляется сигнал, который через R109, V102 или R114, V104 поступает к делителям R5, R7 (канал ВИП) или R6, R8 (канал ВУВ). С делителей сигнал поступает на усилители DA1, DA2 блока БПК-540, на выходе которых появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов кассеты БФУ-535 от α_min к α_max открытия тиристоров ВИП или ток возбуждения ВУВ, поддерживая тем самым максимальный ток якоря на заданном уровне тока уставки ББР независимо от скорости движения электровоза (фиг.2).

Регулятор тока по каналу ВИП включен в цепь XI a0 b0 и к делителю напряжения R5, R7, a регулятор тока якоря по каналу ВУВ - только к делителю R6, R8 блока противокомпаундирования. Регуляторы работают поочередно. Зону нечувствительности выбирают такой, чтобы в зоне малых и средних скоростей движения электровоза работал канал ВИП, а при достижении максимальной противо-ЭДС (4-я зона) в работу включался канал ВУВ, регулируя ток возбуждения. Опорное напряжение канала ВУВ сравнивается с напряжением выхода канала ВИП, и при его превышении в работу включается регулятор тока якоря по каналу ВУВ, изменяя ток возбуждения, автоматически поддерживается заданный ток якоря во всем диапазоне изменения скоростей движения электровоза (фиг.1).

Ограничение по току уставки ББР выставляется подбором резисторов R101, R102, а порог нечувствительности срабатывания канала ВУВ подбором резисторов R110, R111 (фиг.1).

Источники информации

1. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации /Б.А. Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1995. - 480 с: ил., табл.

2. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1980. - 471 с.: ил., табл.