Регулятор для улучшения режима рекуперативного торможения электровоза, обеспечивающий защиту от перегрузок блока балластных резисторов
Изобретение применяется на железнодорожном транспорте и относится к устройствам, улучшающим режим рекуперативного торможения электровоза при ручном регулировании, обеспечивающее защиту блока балластных резисторов (ББР).
Технический результат: исключение выхода из строя ББР путем автоматического ограничения тока якоря на уровне тока уставки во всем диапазоне скоростей движения электровоза; автоматическое поддержание заданной тормозной силы при максимальном токе якоря, уменьшение вероятности юза колесных пар электровоза и выдавливания вагонов; уменьшение трудоемкости процесса регулирования тормозной силы электровоза в режиме рекуперации.
Блок противокомпаундирования содержит канал воздействия на ар (на противо-ЭДС ВИП) и канал воздействия на aв (возбуждение), а также реле режима работы «Тяга - Рекуперация», каждый канал представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе, на входах которого включены электрические фильтры. При резком изменении тока якоря на выходных усилителях появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов от а min к аmax, увеличивая противо-ЭДС ВИП, тем самым, уменьшая скорость нарастания тока якоря.
Новизна заключается в том, что в блок противокомпаундирования БПК-540 дополнительно введен регулятор тока якоря по каналу ВИП и регулятор тока якоря по каналу ВУВ, который автоматически поддерживает заданный ток якоря во всем диапазоне изменения скоростей движения электровоза. Регулятор тока якоря по каналу ВИП, подключенный в цепь X1 a0b0 и к делителю напряжения R5, R7, а регулятор тока якоря по каналу ВУВ - только к делителю R6, R8 блока противокомпаундирования БПК-540.
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, пропорциональным скорости изменения тока якоря. Блок состоит из каналов воздействия на ар (на противо-ЭДС ВИП) и а в (возбуждение), а также реле режима работы -Тяга -рекуперация (рис.1). Каждый канал представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе типа 153УД1, на входах которого включены электрические фильтры.
На входы XI: 
а0b0 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 A1, A2, инвертируются и подаются в блок фазового управления (БФУ-535) БУВИП [1]. При резком изменении тока якоря на выходных усилителях A1, A2 появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов от a min к аmax увеличивая противо-ЭДС
ВИП, тем самым уменьшая скорость нарастания тока якоря. Диоды V1, V2 обрезают отрицательные выбросы сигналов на выходах фильтров (рис.1).
Реле K срабатывает в режиме рекуперации, когда нулевой провод XI: а3b3 через контакты А 13-QT замыкает на «землю» и питающее напряжение подается на катушку реле. Размыкающие контакты реле 4-2 шунтируют вход усилителя A1 в режиме тяги электровоза и запрещают прохождение сигнала по каналу ар . 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- C22 служат для коррекции сигнала на выходе 6 микросхем А1, 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 (ВИП) в зоне низких и средних скоростей (канал ВИП), 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 разгона 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 тот при трогании достигает до 1500 Ампер, 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.
Предлагаемое устройство состоит из двух регуляторов тока: регулятор по каналу ВИП и регулятор по каналу ВУВ (рис.2). Регулятор тока по каналу ВИЛ работает в зоне низких и средних скоростей движения, в зоне высоких скоростей работает регулятор по каналу ВУВ.
Входным сигналом предлагаемого регулятора является сигнал положительной полярности истинного значения напряжения, пропорциональный току якорей тяговых двигателей, поступающему на вход кассеты БПК-540 X1 a0b0 (рис.1, 2), 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 A3, С23, R25, V3 или А6, С24, R31, V5 появляется сигнал, который через усилители А4, А5 или А6 (рис.2) поступает к делителям R5, R7 (канал ВИП) или R6, R8 (канал ВУВ).
Далее сигнал поступает на выходные усилители A1, A2 (рис.1) блока БПК-540, появляется отрицательное напряжение, которое будет пропорционально увеличивать фазу импульсов на выходах фазорегуляторов кассеты БФУ-535 от аmin к аmax открытия тиристоров ВИП или ток возбуждения ВУВ, поддерживая тем самым максимальный ток якоря на заданном уровне тока уставки ББР независимо от скорости движения электровоза.
Регулятор тока по каналу ВИП включен в цепь X1 а0b0 и к делителю напряжения R5, R7, а регулятор тока якоря по каналу ВУВ - только к делителю R6, R8 блока противокомпаундирования и 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.
Ограничение по току уставки ББР выставляется подбором резисторов R19, R20, а порог нечувствительности срабатывания канала ВУВ подбором резисторов R29, R30 (рис.2).
Предлагаемое устройство состоит из: делителей напряжения R17, R18, R19, R20, R21, R22, R29, R30; элементов сравнения R23, R24 и R28, R33; интегрального регулятора A3, С23, R25, V3 и А6, С24, R31, V5; делителя опорного напряжения уставки ограничения тока якоря по ББР R19, R20 и R21, R22; операционных повторителей А4, А5; токоограничивающих резисторов R26, R27, R32; буферных диодов V4, V6 (рис.2).
Новизна заключается в том, что в блок противокомпаундирования дополнительно введен регулятор тока якоря по каналу ВИП и регулятор тока якоря по каналу ВУВ, который автоматически поддерживает заданный ток якоря во всем диапазоне изменения скоростей движения электровоза. Регулятор тока
якоря по каналу ВИП, подключенный в цепь X1 а0b0 и к делителю напряжения R5, R7, а регулятор тока якоря по каналу ВУВ - только к делителю R6, R8 блока противокомпаундирования БПК.
Регулятор тока якоря по каналу ВИП включает в себя: 1) делитель напряжения, предназначенный для выделения необходимого сигнала пропорциональный току якоря; 2) элемент сравнения, предназначенный для выделения сигнала рассогласования, 3) делитель опорного напряжения уставки ограничения тока якоря, предназначенный для ограничения тока якоря на уровне заданной уставки; 4) операционные повторители, предназначенные для усиления сигнала; 5) интегральный регулятор, предназначенный для плавного регулирования выходного сигнала; 6) токоограничивающие резисторы, предназначенные для защиты цепи; 7) буферный диод, предназначенный для защиты регулятора от обратного напряжения.
Регулятор тока якоря по каналу ВУВ включает в себя: 1) делитель опорного напряжения зоны нечувствительности канала ВУВ, предназначенный для выделения необходимого сигнала пропорциональному току якоря; 2) элемент сравнения, предназначенный для выделения сигнала рассогласования; 3) интегральный регулятор, предназначенный для плавного регулирования выходного сигнала; 4) токоограничивающий резистор, предназначенный для защиты цепи; 5) буферный диод, предназначенный для защиты регулятора от обратного напряжения.
Список литературы:
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.
Регулятор для улучшения режима рекуперативного торможения электровоза, обеспечивающий защиту от перегрузок блока балластных резисторов, состоящий из канала воздействия на а р (на противо-ЭДС ВИП) и канала воздействия на a в (возбуждение), а также реле режима работы «Тяга-Рекуперация», каждый канал представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе, на входах которого включены электрические фильтры, отличающийся тем, что дополнительно установлены в кассету БПК-540 регулятор тока якоря по каналу ВИП, включенный в цепь X1 а0b0 и к делителю напряжения R5, R7 и регулятор тока якоря по каналу ВУВ, включенный к делителю R6, R8, исключающие выход из строя блока балластных резисторов, автоматически ограничивая ток якоря на уровне тока уставки, путем регулирования противо-ЭДС ВИП в зоне низких и средних скоростей и тока возбуждения ВУВ в зоне высоких скоростей, тем самым, поддерживая заданную тормозную силу при максимальном токе якоря, уменьшая вероятность юза колесных пар электровоза и выдавливания вагонов.
