Система для регулирования охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов

Авторы патента:

Полезная модель относится к электрическим машинам, а конкретно к системам охлаждения электрических машин постоянного тока электрического привода, и может быть использовано в тяговых электрических машинах локомотивов. Система для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов содержит мотор привода вентилятора охлаждения, блок выделения сигнала управления по температуре, уровень выходного сигнала, которого зависит от величины конструктивной емкости силовой цепи. В нее дополнительно введены датчик параметров атмосферы, драйвер управления, цифро-аналоговый преобразователь, блок авто-ведения поезда, который состоит из блока управления, кассеты регистрации, регистратора параметров движения поезда, на один его вход поступает аналоговый сигнал с блока выделения сигнала управления по температуре, а на второй подключен датчик параметров атмосферы. Предлагаемая система для регулирования охлаждения ТЭД позволяет повысить надежность на от 30 до 45%, задавать ресурс ТЭД, повышает экономичность работы локомотива (не менее чем на 2% от суммы затрат на тягу поезда), исключает влияние человеческого фактора на надежность работы ТЭД и в целом силовой установки локомотива, позволяет перейти от планово-предупредительной системы технического обслуживания к системе ремонта по состоянию.

Известно устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых двигателей электровоза, содержащее мотор-вентилятор, электродвигатель которого подключен через регулируемый преобразователь электроэнергии к источнику электропитания, автоматический регулятор указанного преобразователя электроэнергии с входным элементом сравнения, к входам которого подключены выход датчика тока тяговых двигателей электровоза и выход датчика электрических параметров электродвигателя мотор - вентилятора (патент РФ 64826, МПК Н02К 9/04 опубл. 10.07.07, БИ 19, авторы Воробьев В.А. и др. «Устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых электродвигателей электровоза»).

Недостатком данного устройства является низкое качество охлаждения изоляционных конструкций ТЭД из-за недостаточного охвата параметров для оценки нагрева, при моделировании температуры нагрева изоляции обмоток по его току, а также система моделирует нагрев изоляции без учета режимов его работы, так в частности не учитывается режим ослабленного поля ТЭД, при котором интенсивность нагрева изоляционных конструкций, будет существенно отличаться от интенсивности нагрева при полном поле двигателя. В данном устройстве отсутствует возможность для регистрации температурных нагрузок изоляции ТЭД.

Известно также устройство для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов, содержащее мотор привода вентилятора охлаждения, схему регулирования его скорости, блок выделения сигнала управления по температуре, уровень выходного сигнала которого зависит от величины конструктивной емкости силовой цепи, генератор переменного напряжения, статический преобразователь и широтно-импульсный регулятор (патент РФ 45574, МПК Н02К 9/04, 11/00, опубл. 10.05.05, БИ 13, авторы Гордеев И.П. и др. «Устройство для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов»).

Недостатками данного устройства является, то, что система отслеживает абсолютную температуру изоляционных конструкций ТЭД, а не температуру перегрева, а так как температура наружного воздуха (согласно ГОСТ 183-55, п.52) принимается за температуру охлаждающей среды и к ней относят превышения температуры всех частей машины; в виду чего устройство не отслеживает температуру наружной среды. В случае колебаний температуры окружающей среды возможен выход температуры нагрева за предельные рамки, регламентированные классом изоляции, а так же отсутствует возможность индикации и регистрации температурных нагрузок на изоляцию ТЭД.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение надежности работы ТЭД и локомотива в целом, за счет его плавного регулирования охлаждения в зависимости от температуры перегрева изоляционных конструкций и упрощения конструкции.

Технический результат достигается тем, что в систему охлаждения тяговых двигателей локомотивов содержащее мотор привода вентилятора охлаждения, блок выделения сигнала управления по температуре, уровень выходного сигнала, который зависит от величины конструктивной емкости силовой цепи, дополнительно введены, датчик параметров атмосферы, драйвер управления, цифро-аналоговый преобразователь, блок автоведения поезда, который состоит из блока управления, кассеты регистрации, регистратора параметров движения поезда, на один его вход поступает аналоговый сигнал с блока выделения сигнала управления по температуре, а на второй подключен датчик параметров атмосферы, причем выход с блока автоведения поездов, через цифро-аналоговый преобразователь, и драйвер управления широтно-импульсного регулятора напряжения питания мотор - вентиляторов, соединен с широтно-импульсным регулятором напряжения питания мотор - вентиляторов, который соединен одним выходом с общим плюсовым проводом силовой цепи, а другой соединен с мотор - вентилятором, вентилятор которого охлаждает тяговые двигатели.

Микропроцессорное регулирования позволит точно регулировать количество воздуха необходимого для поддержания температуры перегрева на заданном уровне.

Температура перегрева рассчитывается:

где t_пер - температура перегрева изоляционных конструкций ТЭД;

t_абсол - абсолютная температура нагрева изоляционных конструкций ТЭД (отслеживается блоком выделения сигнала управления по температуре);

t_н - температура воздуха наружной среды (отслеживается датчиком параметров атмосферы).

Причем задавая уровень температуры перегрева, задает ресурс ТЭД. Для увеличения ресурса изоляции ТЭД, температура перегрева уменьшается, но увеличиваются расходы на его охлаждение.

Температура перегрева изоляционных конструкций ТЭД отображается на блоке индикации в кабине управления локомотива, позволяет из кабины машиниста регулировать температуру.

Замена элементной базы преобразователя напряжения (тиристорный преобразователь заменен на транзисторный IGBT - модуль, который позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения мотор -вентилятора, а также позволяет осуществить защиту силовых цепей от токов короткого замыкания и напряжения превышающего предельно допустимое значение. Также в отличии от тиристорного преобразователя, транзисторный преобразователь позволяет обойтись без снабберных (сглаживающих) цепей, а это повышает надежность преобразователя.)

На фиг.1 изображена блок - схема системы для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов.

Система для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотива состоит из блока выделения сигнала управления по температуре 1, датчика параметров атмосферы 2, унифицированной системы автоматизированного ведения поезда 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, драйвер 5, широтно-импульсный регулятор напряжения питания мотор - вентиляторов 6, мотор - вентилятор 7.

Система работает следующим образом. При трогании с места поезда из холодного состояния двигателей токи проходящие через двигатели будут разогревать их обмотки, вследствие чего электрическая емкость якорей будет расти. Поскольку конструктивная емкость силовой цепи складывается из параллельно включенных конструктивных емкостей якорей ТЭД их полюсных обмоток и емкости монтажных кабелей суммарная емкость силовой цепи локомотива будет также возрастать. По мере разгона поезда и ведения его по перегону температура изоляции его обмоток будет меняться в меньшую или большую сторону в зависимости от профиля пути. В соответствии с изменением температуры изоляции ТЭД будет меняться в ту же сторону и конструктивная емкость силовой цепи локомотива. Эти изменения будут фиксироваться блоком выделения сигнала управления по температуре 1 (емкостного преобразователя) и далее, преобразуясь в напряжение управления подаваемое на блок регистратора параметров движения (на блок - схеме не представлен) унифицированной системы автоматизированного ведения поезда 3.

Регистратор параметров движения поезда полученный сигнал, с учетом параметров атмосферы фиксируемым датчиком 2, передает для обработки в блок системный (на блок схеме не представлен) унифицированной системы автоматизированного ведения поезда 3, с одновременной записью на кассету регистрации (на блок - схеме не представлен). Блок системный - логически обрабатывает данный сигнал и выдает сигнал управления на вход цифро-аналогового преобразователя 4. Цифро-аналоговый преобразователь 4 - преобразует цифровой сигнал в аналоговый, который поступает драйвер управления широтно-импульсного регулятора напряжения питания мотор - вентиляторов 5 управления модулем IGBT. Драйвер логически обрабатывает данный сигнал, и выдает сигнал управления на широтно-импульсный регулятор напряжения питания мотор - вентиляторов 6. Широтно-импульсный регулятор напряжения питания мотор - вентиляторов 6 - выдает напряжением на зажимы мотор - вентиляторов 7. Мотор - вентиляторы 7 выдают частоту оборотов вентилятора необходимого для поддержания диапазона нагрева обмоток ТЭД.

В случае отказа данной системы, машинист переходит на штатную систему управления вентиляторами.

Предлагаемая система для регулирования охлаждения ТЭД позволяет повысить надежность на от 30 до 45%, задавать ресурс ТЭД, повышает экономичность работы локомотива (не менее чем на 2% от суммы затрат на тягу поезда), исключает влияние человеческого фактора на надежность работы ТЭД и в целом силовой установки локомотива, позволяет перейти от планово-предупредительной системы технического обслуживания к системе ремонта по состоянию.

Система для регулирования охлаждения тяговых двигателей локомотивов, содержащее мотор привода вентилятора охлаждения, блок выделения сигнала управления по температуре, уровень выходного сигнала которого зависит от величины конструктивной емкости силовой цепи, отличающаяся тем, что дополнительно введены датчик параметров атмосферы, драйвер управления, цифроаналоговый преобразователь, блок автоведения поезда, который состоит из блока управления, кассеты регистрации, регистратора параметров движения поезда, на один его вход поступает аналоговый сигнал с блока выделения сигнала управления по температуре, а на второй подключен датчик параметров атмосферы, причем выход с блока автоведения поездов через цифроаналоговый преобразователь и драйвер управления широтно-импульсного регулятора напряжения питания мотор - вентиляторов соединен с широтно-импульсным регулятором напряжения питания мотор - вентиляторов, который соединен одним выходом с общим плюсовым проводом силовой цепи, а другой соединен с мотор - вентилятором, вентилятор которого охлаждает тяговые двигатели.