Результат интеллектуальной деятельности: Способ управления энергетической эффективностью локомотива

Изобретение относится тяговому подвижному составу железных дорог, а именно к способу управления энергетической эффективностью локомотива.

При работе тягового подвижного состава железных дорог в режимах с неполным использованием мощности локомотива (низкая скорость движения, вождение неполновесных поездов, малое количество вагонов, легкие элементы профиля и плана пути) с целью снижения расхода электроэнергии на тягу поездов и повышения эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива применяют способ отключения числа работающих тяговых двигателей.

Известен способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой (RU №2617857 С2 от 28.04.2017 г.), согласно которому отключение или подключение тяговых двигателей происходит автоматически, в соответствии с закономерностью, представленной в форме функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива η от коэффициента использования мощности γ вида η=γ/(к₁⋅γ+к₂), где к₁ и к₂ - коэффициенты, определяемые в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, введенные в программу бортового компьютера локомотива, определяющей минимально достаточное число работающих тяговых двигателей, обеспечивающих увеличение коэффициента использования мощности и тем самым повышение значения η локомотива до уровня, близкого к номинальному.

Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатками данного способа является то, что минимальное достаточное число работающих тяговых двигателей определяется на основе функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива от коэффициента использования мощности, определяемого в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, т.е. без учета множества фактических эксплуатационных факторов, которые невозможно все учесть в заложенной в бортовой компьютер локомотива программе. При этом возможны варианты получения одного и того же коэффициента использования мощности локомотива при различных соотношениях токов, напряжений и частот вращения тяговых двигателей, что не отражает реального положения дел.

Кроме этого, в известном способе при определении числа работающих тяговых двигателей не осуществляется проверка выполнения требований по сцеплению колес с рельсами и максимальному допустимому току тяговых двигателей, а также не учитываются механические потери мощности в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки применительно к тяговому подвижному составу электрических железных дорог.

Целью изобретения является повышении точности определения числа работающих тяговых двигателей локомотива по условию поддержания его наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе управления энергетической эффективностью отличающийся тем, что определение оптимального числа работающих тяговых двигателей N_опт осуществляется из условия поддержания наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива η_э.т.опт, рассчитываемого на основе измеренных в реальном времени данных с датчиков локомотива следующих параметров: V - скорости движения электровоза; F_к - силы тяги локомотива; U_д - напряжения на зажимах тягового двигателя; I_д - тока тягового двигателя и известных постоянных численных данных о параметрах локомотива и тяговых двигателей и расчетных значений потерь мощности, _ΔР_мех.зп на вращение отключенных колесно-моторных блоков, с учетом выполнения требований по сцеплению колес с рельсами , где - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока; - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока и условия расчетное значение оптимального тока тягового двигателя I_д.опт должно быть меньше или равно максимальному допустимому току тяговых двигателей I_д.доп, с учетом механических потерь мощности _ΔР_мех.зп в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.

Представленный способ может быть применен на локомотивах различных систем тока и типов тяговых двигателей.

Сущность предлагаемого изобретения представлена ниже.

При работе электровоза, например постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями, на всех тяговых двигателях в установившемся режиме измеряются следующие параметры:

V - скорость движения электровоза;

F_к - сила тяги локомотива;

U_д - напряжение на зажимах тягового двигателя;

I_д - ток тягового двигателя.

Далее бортовая система локомотива на основе численных значений постоянных параметров (N - число тяговых двигателей электровоза; Р - вес электровоза; k_д - коэффициент добавочных потерь; r_д - сопротивление двигателя; I_д.н, U_д.н, P_д.н., сФ_н, V_н - номинальные значения тока, напряжения, мощности и магнитного потока одного тягового двигателя и скорости движения электровоза; _ΔР_д.эл.н, _ΔР_д.маг.н, _ΔР_д.мех.н, _ΔР_д.эщ.н, - электрические, магнитные, механические и в щеточном контакте потери мощности тягового двигателя при номинальном режиме работы; z₀, z₁, z₂ - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности в зубчатой передаче; a₁, b₁, c₁, d₁ - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности на вращение отключенных колесно-моторных блоков; I_д.доп - максимально допустимый ток тягового двигателя) и измеренных данных выполняет расчет значений мощности электровоза, потребляемой на тягу P_э.т.=N⋅U_д⋅I_д и реализуемой на ободе колес P_к=F_к⋅V и вычисляет эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги по формуле:

Далее выполняется расчет оптимального числа работающих тяговых двигателей N_опт [1], соответствующих минимальным потерям мощности в тяговых двигателях и зубчатых передачах по формуле:

где

Расчетное значение N_опт должно быть ,

где - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока; - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока.

Численное значение тока, соответствующее данному режиму и условию допустимых токов I_допт≤I_д.доп определяется по формуле:

Потребляемая на тягу мощность для оптимального числа тяговых двигателей вычисляется по формуле:

Эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги определяется по формуле:

который сравнивается с последним значением КПД исходного режима η_э.т.и по наибольшему из них значению выбирается режим с соответствующим числом тяговых двигателей.

С целью исключения отключений и подключений части тяговых двигателей при резких изменениях измеряемых величин система управления производит переключения с выдержкой времени, соответствующей ресурсу коммутационной аппаратуры и заданной выдержки времени (как правило, не менее 10 с).

По сравнению с прототипом, заявляемый способ позволяет выполнить энергетическую оценку предполагаемого режима (с оптимальным числом тяговых двигателей) и сравнить его с исходным режимом, тем самым исключить ошибки при отключении и подключении тяговых двигателей, повысить точность принимаемого решения и получить значительный экономический эффект.