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 приводят во вращение тяговый генератор, возбуждают тяговый генератор, нагружают тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи 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, нагружают синхронный тяговый генератор на последовательно включенные обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей через силовой неуправляемый выпрямитель (Патент RU №2350487, Кл. B60L 11/06, 2009).

Недостатком известного способа является то, что способ не позволяет использовать для привода охлаждающих устройств тепловоза асинхронные электродвигатели из-за низкого напряжения на выходе тягового генератора в режимах торможения тепловоза.

Известен способ регулирования тока в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей электрической передачи тепловоза, принятый за прототип, 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 (Патент RU №2293031, Кл. B60L 11/02, 2006).

Недостатком известного способа является то, что в случае одновременного использования в режимах торможения тепловоза тягового генератора в качестве источника питания как обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, так и в качестве источника питания асинхронных электродвигателей для приводов систем охлаждения тепловоза, вызывает необходимость увеличения выходного напряжения тягового генератора, что приводит к необходимости увеличения углов управления управляемым выпрямителем, питающим обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей до величины, при которой работа управляемого выпрямителя становится неустойчивой.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение надежности и устойчивости работы управляемого выпрямителя питания обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей при повышенном напряжении питания управляемого выпрямителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей тепловоза возбуждают тяговый генератор переменного тока, нагружают тяговый генератор на обмотки возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей постоянного тока через трехфазный мостовой управляемый выпрямитель, измеряют ток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют токи якорей тормозящих тяговых электродвигателей, измеряют частоту вращения тормозящих тяговых электродвигателей, по сигналам, пропорциональным измеренным токам якорей, частотам вращения тормозящих тяговых электродвигателей и заданному режиму торможения выделяют уставку тока возбуждения и принимают ее за заданное значение тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, сравнивают ее с измеренным значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей, результат сравнения усиливают и подают этот сигнал на управляющий вход управляемого выпрямителя, нагружают дополнительно тяговый генератор на асинхронные электродвигатели приводов охлаждающих устройств тепловоза, устанавливают напряжение на выходе тягового генератора величиной, исключающей режим неустойчивой работы асинхронных электродвигателей приводов охлаждающих устройств тепловоза, определяют по величине уставки заданного тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей структуру управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем и осуществляют регулирование тока возбуждения в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей по сигналу, поданному на управляющий вход управляемого выпрямителя.

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

На Фиг.2 представлены расчетные характеристики углов проводимости α тиристоров трехфазного мостового управляемого выпрямителя в функции тока в обмотках возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей при изменении тока в обмотках возбуждения от 50 до 400 А для трех структур схем торможения, представленных на Фиг.3, 4 и 5. Указанные схемы образуются для различных значений заданного тока возбуждения (I_взад) тормозящих тяговых электродвигателей:

- на Фиг.3 - при I_взад<100 А;

- на Фиг.4 - при I_взад>100 А;

- на Фиг.5 - при I_взад>400 А.

Устройство (Фиг.1) 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 системы возбуждения 4 тягового генератора 1 переменного тока. Силовая трехфазная обмотка 3 тягового генератора 1 переменного тока соединена с трехфазным мостовым управляемым выпрямителем 5 и трехфазными асинхронными электродвигателями 6 и 7 приводов охлаждающих устройств тепловоза. Силовой выход трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5 через датчик 8 измерения тока в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10 постоянного тока соединен с последовательно соединенными обмотками возбуждения 9 шести тормозящих тяговых электродвигателей 10. Каждый из тормозящих тяговых электродвигателей 10 оборудован датчиком 11 тока якоря и датчиком 12 частоты вращения тормозящего тягового электродвигателя 10. Выходы датчиков 11 тока тормозящих тяговых электродвигателей 10 соединены с одними входами блока 13 управления режимом торможения, выходы датчиков 12 частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 10 соединены с другими входами блока 13 управления режимом торможения, а выход задатчика 14 режима торможения также соединен с входом блока 13 управления режимом торможения.

Выход блока 13 управления режимом торможения соединен с одним входом блока 15 сравнения, другой вход которого соединен с выходом датчика 8 измерения тока возбуждения в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10. Выход блока 13 управления режимом торможения соединен и с входом логического блока 16 изменения структуры системы 17 СИФУ управляемого выпрямителя, а выход логического блока 16 соединен с одним из входов системы 17 СИФУ управляемого выпрямителя, другой вход которой соединен с выходом блока 15 сравнения, заданного блоком 13 управления режимом торможения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10 и измеренного датчиком 8 измерения тока возбуждения в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10. Выходы системы 17 СИФУ управляемого выпрямителя подсоединены к управляющим входам тиристоров 18-23 (Фиг.1, 3, 4 и 5) трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5. Последовательно включенные обмотки возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10 имеют суммарное активное сопротивление R и обладают индуктивностью L. В непроводящем направлении на выходе трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5 включен обратный диод 24 (Фиг.3, 4 и 5).

Способ осуществляется следующим образом.

Задатчиком 14 режима торможения, например тормозным контроллером тепловоза, задается кодовый сигнал тормозной позиции, который с выхода задатчика 14 подают на вход блока 13 управления режимом торможения и подают в релейно-контакторную систему управления тепловоза (не показано). По сигналу задатчика 14, поступившему в релейно-контакторную систему управления тепловоза, следующего с заданной скоростью движения, переводят тепловоз из режима тяги в режим торможения, для чего разбирают тяговую схему тепловоза и собирают тормозную схему тепловоза, при этом обмотки возбуждения шести тяговых электродвигателей 10 соединяют последовательно и подключают через датчик 8 измерения тока в обмотках возбуждения к силовому выходу трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5, а якорные обмотки тяговых электродвигателей 10 через датчики тока 11 якоря тяговых электродвигателей 10 подключают к тормозным резисторам (не показаны). Число тяговых электродвигателей 10 равно числу тяговых осей тепловоза.

Тепловым двигателем, например дизелем (не показано), приводят во вращение тяговый генератор 1. Частоту вращения дизеля устанавливают согласно кодовому сигналу задатчика 14 режима торможения.

Возбуждают тяговый генератор 1, для чего системой возбуждения 4 тягового генератора 1 устанавливают ток в обмотке возбуждение 2 тягового генератора 1 и напряжение на выходе тягового генератора 1.

Нагружают тяговый генератор 1 на обмотки возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10 через трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 5 и датчик 8 измерения тока в обмотках возбуждения 9 и нагружают тяговый генератор 1 на асинхронные электродвигатели 6 и 7 приводов охлаждающих устройств тепловоза, так, например, у тепловоза 2ТЭ116У на асинхронные электродвигатели привода вентиляторов охлаждения дизеля, на асинхронные электродвигатели приводов вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей.

Устанавливают напряжение на выходе тягового генератора 1, величина которого исключает режим неустойчивой работы асинхронных электродвигателей приводов охлаждающих устройств тепловоза, и должна соответствовать напряжению питания электродвигателей приводов охлаждающих устройств по соотношению

U_min≥k·f² _min=0,054·48=124,4 (В),

где U_min - минимальное линейное напряжение питания асинхронных электродвигателей;

k=0,054 - коэффициент пропорциональности, определенный при номинальных значениях U_н=540 В и частоте f_н=100 Гц для асинхронных электродвигателей приводов охлаждающих устройств тепловоза;

f_min=48 Гц - минимальная частота питающего асинхронные электродвигатели напряжения.

Тяговый генератор 1 через трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 5 и цепь из шести последовательно включенных обмоток возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10 с общим активным сопротивлением для тяговых электродвигателей типа ЭДУ-133 цепи, например, равным R=0,05346 Ом и суммарной индуктивностью цепи L=0,072 Г. Требуемое среднее значение тока в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10 может измениться от 50 до 750 А, а среднее значение выпрямленного напряжения соответственно от 2,67 до 40 В. На Фиг.2 представлены:

- характеристика «а» - при трехфазном двухпериодном управлении;

- характеристика «б» - при однофазном двухполупериодном управлении;

- характеристика «в» - при однофазном однополупериодном управлении.

Поскольку на выходе трехфазного тягового генератора 1 действует периодический сигнал с напряжением по форме, близкой к трапецеидальной, причем сильно зашумленный высокочастотными помехами, поэтому для надежной работы тиристоров 18-23 трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5 необходимо принимать меры по увеличению углов проводимости α тиристоров 18-23 в сторону их увеличения. Из представленных на Фиг.2 характеристик «а», «б» и «в» следует, что для углов проводимости α тиристоров 18-23 не менее 25-30° необходимо в функции заданного тока возбуждения осуществить изменение структуры тиристорного выпрямителя, а именно при:

0<I_взад≤100 А - управление осуществить по схеме однофазного однополупериодного выпрямителя с обратным диодом 24 (Фиг.3);

100<I_взад≤400 А - управление осуществить по схеме однофазного двухполупериодного выпрямителя с обратным диодом 24 (Фиг.4);

400 А ≤ I_взад - управление осуществить по схеме трехфазного мостового выпрямителя с обратным диодом 24 (Фиг.5).

Тиристоры 18-23, участвующие в работе структурных схем, отмечены зачернением.

Возбуждают тормозящие тяговые электродвигатели 10 следующим образом.

Измеряют ток возбуждения датчиком 8 измерения тока в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10.

Измеряют датчиками 11 тока токи якорей тормозящих тяговых электродвигателей 10 и сигналы, пропорциональные измеренным токам с выхода датчиков 11 тока, подают на одни входы блока 13 управления режимом торможения. Измеряют датчиками 12 частоты вращения тормозящих тяговых электродвигателей 10 и сигналы, пропорциональные измеренным частотам вращения, подают на другие входы блока 13 управления режимом торможения.

В блоке 13 управления режимом торможения по сигналам, пропорциональным измеренным датчиками 11 тока якорей тормозящих тяговых электродвигателей 10, поданным с выходов датчиков 11 на одни входы блока 13, по сигналам, пропорциональным измеренным датчиками 12 частот вращения тормозящих тяговых электродвигателей 10, поданным с выходов датчиков 12 на другие входы блока 13, и по кодовому сигналу задатчика 14 режима торможения выделяют на выходе блока 13 управления режимом торможения уставку тока возбуждения и принимают ее за заданное значение (I_взад) тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10 и подают на вход логического блока 16 и на один из входов блока 15 сравнения.

В логическом блоке 16 производят сравнение уставки заданного значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10 с установочными сигналами логического блока 16, пропорциональными токам возбуждения:

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

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

По величине уставки заданного тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10 в логическом блоке 16 определяют структуру управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем 5. Команду на установку структуры управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем 5 подают с выхода логического блока 16 на один из входов системы 17 СИФУ управляемого выпрямителя, в которой воздействуют на распределитель импульсов управления (не показан) тиристорами трехфазного мостового управляемого выпрямителя 5 так, чтобы:

- 0<I_взад≤I₁ - трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 5 работал по структуре однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя (Фиг.3);

- I₁<I_взад≤I₂ - трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 5 работал по структуре однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя (Фиг.4);

- I_взад>I₂ - трехфазный мостовой управляемый выпрямитель 5 работал по структуре трехфазного мостового управляемого выпрямителя (Фиг.5).

На другой вход блока 15 сравнения подают сигнал, пропорциональный измеренному датчиком 8 значению тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10. Уставку тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10 сравнивают в блоке 15 сравнения с измеренным датчиком 8 значением тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10, результат сравнения усиливают в блоке 18 и подают на второй вход системы 17 СИФУ управляемого выпрямителя, чем осуществляют регулирование тока возбуждения в обмотках возбуждения 9 тормозящих тяговых электродвигателей 10.

Регулирование тормозного усилия тормозящих тяговых электродвигателей 10 осуществляется под контролем блока 13 управления режимом торможения изменением заданного значения тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей 10.

В результате регулирования тока возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей тепловоза по предложенному способу увеличивается надежность и устойчивость работы управляемого выпрямителя питания обмоток возбуждения тормозящих тяговых электродвигателей во всем диапазоне изменения тока возбуждения с обеспечением устойчивой работы асинхронных электродвигателей приводов охлаждающих устройств тепловоза.

Предлагаемый способ испытан с применением микропроцессорной системы управления (МСУ-ТП) на грузовом тепловозе переменно-постоянного тока 2ТЭ116У и показал положительные результаты.