Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к электрическим тяговым системам транспортных средств с двигателями постоянного тока.

При работе электровоза в режимах с малой загруженностью (низкая скорость движения, вождение неполновесных поездов, малое количество вагонов, легкие элементы профиля пути) с целью снижения расхода электроэнергии на тягу применяют способ отключения части тяговых электродвигателей, увеличивая, таким образом, нагрузку на оставшиеся в работе тяговые электродвигатели, за счет чего достигается повышение эксплуатационного коэффициента полезного действия (КПД) на тягу электровоза.

Наиболее близким к заявленному является устройство для регулирования мощности электровоза с тяговыми электродвигателями постоянного тока, соединенными в несколько параллельных цепей, содержащее блок управления и блок регулирования на отключение и подключение тяговых электродвигателей, включающий в себя контактор ослабления поля и контактор пусковых сопротивлений, линейный и уравнительный контакторы, три исполнительных реле для отключения и подключения тяговых электродвигателей, промежуточное реле с выдержкой времени на отключение, контакты которого включены последовательно с исполнительными реле для отключения и подключения первых по ходу электровоза тяговых электродвигателей, при этом одно из исполнительных реле выполнено с выдержкой времени на отключение и его контакты включены в цепь контактора пусковых сопротивлений, а другое исполнительное реле имеет большую выдержку времени на отключение и его контакты включены в цепь уравнительного контактора и контактора ослабления поля (А.с. №507466 на изобретение (СССР), МПК B60L 09/02. Устройство для регулирования мощности электровоза / Гончаров В.И., Нечунаев В.Н. // - №1931129/24-7; Заявлено 15.06.1973; Опубл. 25.03.1976. Бюл. №11). При этом блок управления состоит из двухобмоточного реле, одна обмотка которого включена в одну из параллельных цепей тяговых электродвигателей, другая обмотка включена в цепь промежуточного реле с выдержкой времени на отключение и из регулировочного резистора, параллельно части которого подключены другие контакты промежуточного реле.

Недостатками известного устройства для регулирования мощности электровоза является то, что отключение и подключение части тяговых электродвигателей осуществляется по величине тока, которая не является объективным критерием, а также невозможность проверки оставшихся в работе колесно-моторных блоков (КМБ) по условию сцепления колес с рельсами и максимально допустимому току, что может привести к ошибочному результату при принятии решения.

Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные выше недостатки.

Целью изобретения является уменьшение потерь электрической энергии за счет повышения точности регулирования путем поддержания большего эксплуатационного КПД на тягу электровоза.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для регулирования мощности электровоза с тяговыми электродвигателями постоянного тока, соединенными в несколько параллельных цепей, содержащем блок управления и блок регулирования на отключение и подключение тяговых электродвигателей, включающий в себя контактор ослабления поля и контактор пусковых сопротивлений, линейный и уравнительный контакторы, три исполнительных реле для отключения и подключения тяговых электродвигателей, промежуточное реле с выдержкой времени на отключение, контакты которого включены последовательно с исполнительными реле для отключения и подключения первых по ходу электровоза тяговых электродвигателей, при этом одно из исполнительных реле выполнено с выдержкой времени на отключение и его контакты включены в цепь контактора пусковых сопротивлений, а другое исполнительное реле имеет большую выдержку времени на отключение и его контакты включены в цепь уравнительного контактора и контактора ослабления поля, упомянутый блок управления выполнен в виде бортового компьютера, входы которого соединены с выходами датчиков силы тяги, скорости движения электровоза, напряжения и тока тяговых электродвигателей, а выход посредством аналого-цифрового преобразователя и усилителя цифрового сигнала соединен с реле управления, контакты которого включены в цепь промежуточного реле блока регулирования на отключение и подключение тяговых электродвигателей.

На фиг. 1 представлена блок-схема блока управления и блока регулирования предлагаемого устройства, на фиг.2 - схема силовой цепи электровоза.

Устройство для регулирования мощности электровоза с тяговыми электродвигателями 15 и 16 постоянного тока, соединенными в несколько параллельных цепей, содержит блок управления 4 и блок регулирования 20 на отключение и подключение тяговых электродвигателей 15, включающий в себя контактор ослабления поля 14 и контактор 13 пусковых сопротивлений 17, линейный 12 и уравнительный 18 контакторы, исполнительные реле 6, 7, 8 для отключения и подключения тяговых электродвигателей 15, промежуточное реле 5 с выдержкой времени на отключение, контакты которого включены последовательно с исполнительными реле 6, 7, 8 для отключения и подключения первых по ходу электровоза тяговых электродвигателей 15, при этом одно из исполнительных реле 7 выполнено с выдержкой времени на отключение и его контакты включены в цепь контактора 13 пусковых сопротивлений 17, а другое исполнительное реле 8 имеет большую выдержку времени на отключение и его контакты включены в цепь уравнительного контактора 18 и контактора ослабления поля 14, при этом блок управления 4 выполнен в виде бортового компьютера 21, входы которого соединены с выходами датчиков силы тяги 22, скорости движения электровоза 23, напряжения 24 и тока 25 тяговых электродвигателей, а выход посредством аналого-цифрового преобразователя 3 и усилителя цифрового сигнала 2 соединен с реле управления 1, контакты которого 1 включены в цепь промежуточного реле 5 блока регулирования на отключение и подключение тяговых электродвигателей 15.

Кроме этого, блок регулирования 20 включает в себя контакт 1 реле управления 1 и контакт 7 в цепи исполнительных реле 6 и 7, а также контакт 9 группового переключателя электровоза и контакт 19 контроллера машиниста электровоза, тумблер 10 и сигнальные лампы 11.

Устройство работает следующим образом.

При включении блока управления 4 (включается при запуске электровоза) бортовой компьютер 21 через 6-7 секунд подает на вход аналого-цифрового преобразователя 3 сигнал, который проходя через усилитель цифрового сигнала 2 поступает на вход реле управления 1, которое, включаясь, замыкает контакт 1 в цепи промежуточного реле 5 и размыкает контакт 1 в цепи исполнительных реле 6 и 7.

Процесс регулирования мощности электровоза осуществляется при включенном блоке регулирования (тумблер 10 замкнут) на ходовой (безреостатной) позиции параллельного соединения тяговых электродвигателей электровоза (контакты 9 и 19 замкнуты), при этом бортовым компьютером 21 по измеренным датчиками 21-24 значениям скорости движения V и силы тяги локомотива F_к, напряжения U_д и тока тягового электродвигателя I_д и на основе расчетных (ψ - коэффициент сцепления) и постоянных параметров (N -конструкционное число тяговых электродвигателей электровоза, N_ч.раб -количество остающихся в работе тяговых электродвигателей после отключения части тяговых электродвигателей 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 электродвигателя при номинальном режиме работы; k_д -коэффициент добавочных потерь тягового электродвигателя; r_д - сопротивление тягового электродвигателя; I_д.н, U_д.н, Р_д.н, сФ_н, V_н - номинальные значения тока, напряжения, мощности и магнитного потока тягового электродвигателя и скорости движения электровоза; z₀, z₁, z₂, а₁, b₁, с₁, d₁ - коэффициенты для расчета потерь мощности в зубчатой передаче и на вращение отключенных КМБ; I_д.доп - максимально допустимый ток тягового электродвигателя, Р - вес электровоза) рассчитываются значение эксплуатационного КПД на тягу электровоза (для исходного режима работы) по формуле

и оптимальное число тяговых электродвигателей по формуле

y=α⋅F_к⋅V+(a₁+b₁⋅V+c₁⋅V²)⋅V⋅P⋅d₁,

которое округляется до ближайшего числа, кратного 2 и в случае равенства (соответствия) его количеству остающихся в работе тяговых электродвигателей после отключения части тяговых электродвигателей электровоза (N_др.опт=N_ч.pa6) производится проверка КМБ по условиям ограничения силы тяги по сцеплению по формуле

Далее бортовым компьютером 21 для найденного оптимального числа тяговых электродвигателей (соответствующего количеству остающихся в работе тяговых электродвигателей после отключения части тяговых электродвигателей электровоза N_др.опт=N_ч.pa6) производится расчет величины тока тягового электродвигателя, соответствующей данному режиму и ограничению по допустимому току тягового электродвигателя (I_д.опт ≤ I_д.доп) по формуле

рассчитывается значение эксплуатационного КПД на тягу электровоза в оптимальном режиме работы

и в случае достижения им большей величины, чем эксплуатационный КПД на тягу исходного режима, бортовой компьютер 21 снимет сигнал управления с входа аналого-цифрового преобразователя 3, в связи с чем на его выходе и, соответственно, на входе и выходе усилителя цифрового сигнала 2 и входе реле управления 1 будет отсутствовать сигнал управления, реле управления 1 отключится и разомкнет контакт 1, установленный в цепи промежуточного реле 5. Через 6-7 секунд, времени необходимом для избежания ошибочного отключения части тяговых электродвигателей (например, при боксовании) промежуточное реле 5 отключается и создает цепь питания исполнительных реле 6, 7 и 8, которые включаются, что обеспечивает отключение тяговых электродвигателей 15. При этом замкнется контакт 6 исполнительного реле 6 в цепи сигнальных ламп 11, которые, включаясь, будут сигнализировать об отключении части тяговых электродвигателей.

При работе электровоза в режиме с отключенной частью тяговых электродвигателей бортовым компьютером 21 по значениям, полученным с датчиков электровоза 22, 23, 24, 25 периодически (через 10 секунд, что соответствует ресурсу коммутационной аппаратуры) производятся проверки по условиям ограничений и расчет эксплуатационного КПД на тягу электровоза, который сравнивается с последней величиной эксплуатационного КПД на тягу исходного режима.

В случае, если эксплуатационный КПД на тягу электровоза в режиме работы на части тяговых электродвигателей станет меньше последнего значения эксплуатационного КПД на тягу электровоза при работе на всех тяговых электродвигателях, например, при увеличении нагрузки электровоза за счет движения на подъем, скорости движения (на заданную величину от последнего до отключения тяговых электродвигателей значения) или не прохождении одной из проверок бортовой компьютер 21 через 6-7 секунд, времени необходимом для избежания ошибочного принятия решения (например, при боксовании) подаст на вход аналого-цифрового преобразователя 3 сигнал, который проходя через усилитель цифрового сигнала 2 поступит на вход реле управления 1, осуществляя его включение и замыкание контакта 1 в цепи промежуточного реле 5, которое подключится и разомкнет контакт 5 в цепи исполнительных реле 6, 7 и 8, что обеспечит сначала включение линейного контактора 12 и подключение тяговых электродвигателей 15, затем через 0,5-1 секунду включение контактора 13 пусковых сопротивлений 17, а еще через 2-3 секунды включение контакторов ослабления поля 14 и уравнительного 18, что возвратит силовую схему электровоза в первоначальное состояние. При этом контакт 6 исполнительного реле 6 в цепи сигнальных ламп 11 разомкнется, что обесточит сигнальные лампы 11.

По сравнению с прототипом заявляемое устройство для регулирования мощности электровоза позволяет провести проверку предполагаемого режима работы по условиям ограничений, энергетическую оценку и сравнение с исходным режимом работы, тем самым исключить ошибки при принятии решения, уменьшить потери электрической энергии за счет повышения точности регулирования и получить значительный экономический эффект.