устройство управления торможением

Формула изобретения

Устройство управления торможением, содержащее схему формирования входного сигнала, схему формирования уставки тока якорей тяговых электродвигателей, последовательно соединенные схему формирования управляющего сигнала, узел регулирования тока возбуждения и возбудитель, питающий обмотку возбуждения тяговых электродвигателей, схему включения реле предельного возбуждения, схему согласования и преобразователь входного сигнала, причем схема формирования управляющего сигнала включает канал регулирования по току якорей тяговых двигателей, содержащий первое суммирующее устройство, источник эталонного сигнала и блок выработки сигнала рассогласования, включающий последовательно соединенные разностный узел и первый усилитель, а также канал регулирования по току возбуждения, содержащий выравнивающий усилитель, второе суммирующее устройство, второй источник эталонного сигнала и трехканальный коммутатор, при этом первый вход первого суммирующего устройства соединен с выходом схемы формирования входного сигнала, вход которой соединен с выходом датчика тока якорей тяговых электродвигателей, второй вход первого суммирующего устройства соединен с выходом схемы формирования уставки тока якорей тяговых электродвигателей, вход которой связан с поступающим из электрической схемы поезда сигналом задания уставки тока якорей, выход первого усилителя в блоке выработки сигнала рассогласования соединен с входом узла регулирования тока возбуждения, преобразователь входного сигнала включает последовательно соединенные второй усилитель и функциональный преобразователь, учитывающий кривую намагничивания тяговых двигателей, первый вход второго суммирующего устройства соединен с выходом первого суммирующего устройства, второй вход второго суммирующего устройства соединен с первым выходом выравнивающего усилителя, вход второго усилителя в преобразователе входного сигнала соединен с выходом датчика тока возбуждения, выход функционального преобразователя, учитывающего кривую намагничивания тягового двигателя, в преобразователе входного сигнала соединен с входом выравнивающего усилителя, второй выход выравнивающего усилителя через первый ключ трехканального коммутатора соединен с первым выходом трехканального преобразователя, подключенным к нулевому проводу, выход второго суммирующего устройства соединен с первым входом разностного узла, а со вторым его входом соединен второй выход трехканального коммутатора, который через второй ключ трехканального коммутатора подключен к выходу первого источника эталонного сигнала, а через третий ключ трехканального коммутатора подключен к выходу второго источника эталонного сигнала, управляющий вход трехканального коммутатора соединен с выходом схемы согласования, вход которой связан с поступающим из электрической схемы поезда сигналом задания режима регулирования, вход схемы включения реле предельного возбуждения через второй усилитель в преобразователе входного сигнала связан с выходом датчика тока возбуждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрооборудованию рельсовых транспортных средств с электротягой, а именно к устройствам, предназначенным для управления процессом электрического торможения поезда с тяговыми электродвигателями постоянного тока.

Для управления режимом электрического торможения используются специальные автоматические устройства, адаптированные к силовым схемам электропоезда. Так, например, известно устройство управления торможением, применяемое в электропоезде ЭР2Р [З. М. Рубчинский и др. Электропоезда. М.: 1983 г., с. 337-350] , которое выбрано авторами в качестве ближайшего аналога. Данное устройство предназначено для управления режимом рекуперативного торможения с независимым возбуждением с последующей выдачей сигнала на переход в режим реостатного торможения с самовозбуждением.

Устройство содержит схему формирования входного сигнала, схему формирования уставки, суммирующее устройство, разностный узел, усилитель, возбудитель, питающий обмотку возбуждения тяговых электродвигателей. Первый и второй входы суммирующего устройства соединены соответственно с выходом схемы формирования входного сигнала, на вход которой подается сигнал от датчика тока якорей тяговых электродвигателей, и с выходом схемы формирования уставки, на вход которой из электрической схемы поезда поступает сигнал задания уставки тока якорей тяговых электродвигателей. Сигнал U_S, соответствующий сумме сигнала U_ДТЯ от датчика тока якорей и сигнала U_У от схемы формирования уставки тока якорей, с выхода суммирующего устройства поступает в разностный узел, где он сравнивается с эталонным сигналом U_Э. На выходе данного узла формируется разностный сигнал, который усиливается в усилителе. С выхода усилителя сформированный управляющий сигнал U_УПР, который подается в узел регулирования. Узел регулирования формирует последовательности импульсов с углом регулирования, величина которого пропорциональна величине сигнала U_УПР. Указанные последовательности импульсов управляют работой возбудителя. При этом увеличение угла регулирования приводит к уменьшению тока возбуждения I_В, а уменьшение угла - к увеличению тока возбуждения I_В.

Рассматриваемое устройство обеспечивает алгоритм регулирования, при котором поддерживается (с учетом статической ошибки) равенство сигналов U_S и U_Э. При этом за счет изменения тока возбуждения I_В достигается поддержание тока якорей I_Я на заданном уставкой уровне.

Устройство также содержит схему включения реле предельного возбуждения. Данная схема вырабатывает сигнал при достижении током возбуждения I_В заданного максимального значения, в соответствии с которым осуществляется переход силовой схемы электропоезда в режим реостатного торможения с самовозбуждением.

Кроме того, устройство содержит схему фиксации тока возбуждения, предназначенную для поддержания неизменным тока возбуждения I_В при отрыве токоприемника от контактного провода.

Таким образом в процессе работы устройства ток якорей I_Я поддерживается неизменным в соответствии с уставкой, а ток возбуждения I_В постепенно возрастает до своего максимального значения. При этом тормозное усилие также плавно нарастает, так как его величина пропорциональна произведению токов I_Я и I_В.

Однако регулирование по данному алгоритму обеспечивает процесс электрического торможения с независимым возбуждением до скорости электропоезда порядка (50-40) км/ч, так как при данной скорости угол регулирования становится минимальным, а ток возбуждения I_В достигает своего максимального значения.

При достижении током I_В максимального значения в соответствии с сигналом, вырабатываемым реле предельного возбуждения, осуществляется переход силовой схемы электропоезда в режим реостатного торможения с самовозбуждением, при котором I_Я=I_В. В режиме реостатного торможения при переключениях реостатного контроллера происходят скачкообразные изменения тока якорей I_Я и тока возбуждения I_В. Скачкообразные изменения токов приводят к резким изменениям тормозного усилия и ощутимым "рывкам" электропоезда, что снижает комфортность пассажирских перевозок.

Задачей заявляемого технического решения является создание устройства, позволяющего обеспечить режим рекуперативного и рекуперативно-реостатного торможения с независимым возбуждением в широком диапазоне скоростей поезда.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство управления торможением, содержащее схему формирования входного сигнала, датчик тока якорей тяговых электродвигателей, схему формирования уставки, схему включения реле предельного возбуждения, первое суммирующее устройство, первый источник эталонного сигнала, разностный узел, первый усилитель, узел регулирования, возбудитель, питающий обмотку возбуждения тяговых электродвигателей, согласно изобретению содержит также второй усилитель, датчик тока возбуждения тяговых электродвигателей, функциональный преобразователь, выравнивающий усилитель, второе суммирующее устройство, второй источник эталонного сигнала, трехканальный коммутатор, схему согласования. Вход схемы формирования входного сигнала соединен с выходом датчика тока якорей тяговых электродвигателей, а ее выход соединен с первым входом первого суммирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом схемы формирования уставки, вход которой связан с поступающим из электрической схемы электропоезда сигналом задания уставки тока якорей тяговых электродвигателей, выход разностного узла соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с входом узла регулирования, выход которого соединен с входом возбудителя. При этом согласно изобретению выход первого суммирующего устройства соединен с первым входом второго суммирующего устройства, выход второго суммирующего устройства соединен с первым входом разностного узла, вход второго усилителя соединен с выходом датчика тока возбуждения тяговых электродвигателей, выход второго усилителя соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с входом выравнивающего усилителя, первый выход выравнивающего усилителя соединен со вторым входом второго суммирующего устройства, второй выход выравнивающего усилителя через первый ключ трехканального коммутатора соединен с первым выходом трехканального коммутатора, подключенным к нулевому проводу, второй выход трехканального коммутатора соединен со вторым входом разностного узла и через второй ключ трехканального коммутатора подключен к выходу первого источника эталонного сигнала, а через третий ключ трехканального коммутатора подключен к выходу второго источника эталонного сигнала, управляющий вход трехканального коммутатора соединен с выходом схемы согласования, вход которой связан с поступающим из электрической схемы электропоезда сигналом задания режима регулирования, вход схемы включения реле предельного возбуждения соединен с выходом второго усилителя.

Кроме того, устройство включает схему фиксации тока возбуждения и компаратор, причем первый вход компаратора соединен с выходом второго суммирующего устройства, второй вход компаратора соединен со вторым выходом трехканального коммутатора, выход компаратора соединен с первым входом схемы фиксации тока возбуждения, второй вход схемы фиксации тока возбуждения соединен с выходом второго усилителя, выход схемы фиксации тока возбуждения соединен с входом первого усилителя.

Дополнительное введение в устройство второго усилителя, функционального преобразователя, выравнивающего усилителя, второго суммирующего устройства, второго источника эталонного сигнала, трехканального коммутатора, схемы согласования позволяет реализовать два режима регулирования: 1) режим рекуперативного торможения с независимым возбуждением, в процессе которого обеспечивается поддержание неизменного тока якорей I_Я в соответствии с уставками, при этом происходит плавное возрастание тормозного усилия; 2) режим рекуперативно-реостатного торможения с независимым возбуждением, в процессе которого обеспечивается поддержание неизменного суммарного значения тока якорей I_Я, уставки и тока возбуждения I_В, при этом в данном режиме обеспечивается поддержание неизменным тормозного усилия в соответствии с уставкой.

Схема согласования управляет переключением трехканального коммутатора, при этом в зависимости от сигнала, поступающего на ее вход из электрической схемы электропоезда, задается либо первый, либо второй режим регулирования.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства.

Устройство управления торможением содержит первое суммирующее устройство 1, второе суммирующее устройство 2, выравнивающий усилитель 3, первый источник 4 эталонного напряжения, второй источник 5 эталонного напряжения, трехканальный коммутатор 6. Устройство также содержит последовательно соединенные разностный узел 7, первый усилитель 8, узел 9 регулирования и возбудитель 10, питающий обмотку возбуждение ОВ тяговых электродвигателей. В узле 9 регулирования могут быть применены (на чертеже не показаны) схемы с использованием широтно-импульсной модуляции. Устройство также содержит схему 11 формирования входного сигнала, вход которой связан с выходом датчика 12 тока якорей, схему 13 формирования уставки тока якорей, на вход которой поступает поездной сигнал задания уставки тока якорей, а также последовательно соединенные второй усилитель 14, и функциональный преобразователь 15, причем вход усилителя 14 связан с выходом датчика 16 тока возбуждения, установленного в цепи возбуждения тяговых электродвигателей. Устройство также содержит схему 17 согласования, на вход которой поступает из электрической схемы электропоезда сигнал задания режима регулирования, и схему 18 включения реле предельного возбуждения. Кроме того, устройство содержит компаратор 19 и схему 20 фиксации тока возбуждения.

Выход схемы 11 формирования входного сигнала соединен с первым входом суммирующего устройства 1, второй вход которого соединен с выходом схемы 13 формирования уставки тока якорей. Выход суммирующего устройства 1 соединен с первым входом суммирующего устройства 2, второй вход которого связан с первым выходом выравнивающего усилителя 3. Второй выход выравнивающего усилителя 3 соединен через первый ключ К1 с первым выходом коммутатора 6, подсоединенным к нулевому проводу, а вход усилителя 3 соединен с выходом функционального преобразователя 15. Первый вход разностного узла 7 соединен с выходом суммирующего устройства 2, а второй вход разностного узла 7 соединен со вторым выходом коммутатора 6, который в свою очередь через ключ К2 соединен с источником 4 эталонного напряжения, а через ключ К3 - с источником 5 эталонного напряжения. Выход суммирующего устройства 2 также соединен с первым входом компаратора 19, второй вход которого соединен со вторым выходом коммутатора 6. Выход компаратора 19 соединен с первым входом схемы 20 фиксации тока возбуждения. Выход разностного узла 7 соединен с входом первого усилителя 8. Вход усилителя 8 также соединен с выходом схемы 20 фиксации тока возбуждения. Вход узла 9 регулирования соединен с выходом усилителя 8. Выход узла 9 регулирования подключен к входу возбудителя 10. Выход схемы 17 согласования соединен с управляющим входом коммутатора 6. Вход схемы 18 включения реле предельного возбуждения и второй вход схемы 20 фиксации тока возбуждения соединены с выходом усилителя 14.

Устройство работает следующим образом.

В режиме рекуперативного торможения с независимым возбуждением на вход схемы 17 согласования из электрической схемы поезда поступает сигнал задания режима регулирования. В схеме 17 согласования указанный поездной сигнал преобразуется по уровню и поступает на управляющий вход коммутатора 6, при этом ключ К1 и ключ К2 замыкаются, а ключ 3 размыкается.

При замыкании ключа К1 выходной сигнал выравнивающего усилителя 3 блокируется, и на втором входе суммирующего устройства 2 сигнал отсутствует. При замыкании ключа К2 сигнал на втором выходе коммутатора 6 соответствует сигналу от первого источника 4 эталонного напряжения.

Сигнал с датчика 12 тока якоря поступает на вход схемы 11 формирования входного сигнала, которая осуществляет преобразование тока датчика в напряжение. С выхода указанной схемы 11 напряжение I_ДТЯ, пропорциональное величине тока якорей I_Я, подается на первый вход суммирующего устройства 1. На вход схемы 13 формирования уставки тока якорей поступает внешний поездной сигнал, в соответствии с которым указанная схема вырабатывает напряжение U_УСТ, поступающее на второй вход суммирующего устройства 1. На выходе суммирующего устройства 1 формируется сигнал U_S1, соответствующий сумме поступающих на его вход напряжений.

Указанный сигнал U_S1 поступает на первый вход суммирующего устройства 2. На второй его вход с выхода выравнивающего усилителя 3 подается напряжение, равное нулю, при этом сигнал на выходе суммирующего устройства 2 равен выходному сигналу U_S1 суммирующего устройства 1. Сигнал с выхода суммирующего устройства 2 поступает на первый вход разностного узла 7, на второй вход которого подается сигнал U_Э1 от источника 4 эталонного напряжения. Сигнал, соответствующий разности сигналов U_S1 и U_Э1, усиливается усилителем 8. На выходе усилителя 8 формируется управляющий сигнал U_УПР.

Узел 9 регулирования вырабатывает последовательности управляющих импульсов с углом регулирования, величина которого пропорциональна величине сигнала U_УПР. Указанные импульсы управляют работой возбудителя 10 таким образом, что при увеличении угла регулирования ток возбуждения 1_В уменьшается, а при уменьшении угла регулирования ток I_В возрастает.

При этом в устройстве реализуется первый режим регулирования, при котором обеспечивается поддержание тока якорей I_Я на заданном уставкой уровне.

В момент, когда ток возбуждения I_В достигает своего максимального значения, на выходе схемы 18 включения реле предельного возбуждения формируется поступающий в электрическую схему поезда сигнал, в соответствии с которым включается второй режим регулирования.

При этом снимается сигнал на выходе схемы 17 согласования, ключи К1 и К2 коммутатора 6 размыкаются, а ключ К3 замыкается.

На выходе выравнивающего усилителя 3 формируется сигнал U_ВУ.

Коэффициент усиления выравнивающего усилителя 3 выбирается таким образом, чтобы при максимальной уставке тока якорей I_Я и при максимальном значении тока возбуждения I_В напряжение U_ВУ на выходе выравнивающего усилителя 3 равнялось напряжению U_S1 на выходе суммирующего устройства 1. Характеристика функционального преобразователя 15 учитывает кривую намагничивания тяговых двигателей.

Эталонное напряжение U_Э2, задаваемое источником 5, по величине выбрано равным удвоенному напряжению, задаваемому источником 4 эталонного напряжения U_Э1.

В режиме рекуперативно-реостатного торможения с независимым возбуждением сигнал на выходе суммирующего устройства 2 U_S2, равен по величине сумме сигналов U_S1 и U_ВУ. Сигнал U_S2 поступает на первый вход разностного узла 7, на второй вход которого подается напряжение U_Э2. На выходе усилителя 8 формируется сигнал управления U_УПР, пропорциональный разностному сигналу (U_S2-U_Э2). Указанный сигнал U_УПР поступает в узел 9 регулирования, который управляет работой возбудителя 10.

При этом в процессе торможения обеспечивается поддержание неизменным суммарного значения тока I_Я, уставки и тока I_В и, таким образом, достигается постоянство тормозной силы, пропорциональной уставкам.

Для предотвращения аварийных режимов при отрывах токоприемника от контактного провода служит входящая в состав устройства схема 20 фиксации тока возбуждения. При отрывах токоприемника суммарное напряжение на выходе суммирующего устройства 2 (U_S1 в режиме рекуперативного торможения или U_S2 в режиме рекуперативно-реостатного торможения) становится меньше эталонного напряжения (соответственно U_Э1 или U_Э2). Если напряжение на выходе суммирующего устройства 2 оказывается ниже заданного предела, компаратор 19 выдает сигнал на включение схемы 20 фиксации тока возбуждения. При этом указанная схема 20 формирует такой сигнал, подаваемый на вход усилителя 8, при котором узел 9 регулирования и возбудитель 10 в течение некоторого заданного интервала времени поддерживают ток возбуждения I_В на уровне, на котором он был в момент, предшествующий отрыву токоприемника.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает режим рекуперативного торможения и режим рекуперативно-реостатного торможения с независимым возбуждением в широком диапазоне скоростей поезда (от начала торможения практически до окончания движения поезда), при этом в процессе регулирования не происходят скачкообразные изменения тормозного усилия и, соответственно, отсутствуют "рывки" электропоезда, чем достигается повышение комфортности пассажирских перевозок.