способ регулирования электрической тяговой передачи маневрового тепловоза

Формула изобретения

Способ регулирования электрической передачи маневрового тепловоза, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый синхронный генератор, устанавливают напряжение на выходе тягового синхронного генератора, подают напряжение с выхода тягового синхронного генератора на вход управляемого выпрямителя, подают напряжение с выхода управляемого выпрямителя на тяговые электродвигатели, которых может быть не менее двух, задают режим работы тепловоза: поездной либо технологический, в поездном режиме задают мощность тяговых электродвигателей, реализуемую на тягу тепловоза, тяговыми электродвигателями через раздаточный редуктор и передаточный механизм приводят во вращения колесные пары, измеряют напряжение на выходе управляемого выпрямителя, измеряют ток тяговых электродвигателей, перемножают сигналы, пропорциональные измеренному напряжению на выходе управляемого выпрямителя и измеренному току тяговых электродвигателей, результат умножения принимают за измеренную мощность тяговых электродвигателей, сравнивают измеренную мощность тяговых электродвигателей с заданной и по величине рассогласования, изменяя электрический угол открытия тиристоров управляемого выпрямителя, изменяют напряжение, подаваемое на тяговые электродвигатели таким образом, чтобы измеренная мощность тяговых электродвигателей равнялась заданной, в технологическом режиме работы напряжение тягового синхронного генератора через управляемый выпрямитель подают хотя бы на один тяговый электродвигатель, который соединен муфтой переключения с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд зубчатых колес, приводят во вращение колесные пары тяговым электродвигателем, соединенным с раздаточным редуктором через его понижающий кинематический ряд зубчатых колес, отличающийся тем, что в технологическом режиме работы подключают тяговые электродвигатели к выходам катодной и анодной группы тиристоров управляемого выпрямителя, переключают обмотки возбуждения тяговых электродвигателей таким образом, чтобы полярность включения их обмоток возбуждения была обратна относительно друг друга, подают напряжение тягового синхронного генератора через катодную и анодную группу тиристоров управляемого выпрямителя на тяговые электродвигатели, задают частоту вращения колесных пар, измеряют частоту вращения колесных пар, сравнивают измеренную частоту вращения колесных пар с заданной и по величине их рассогласования изменяют напряжение питания тяговых электродвигателей таким образом, чтобы частота вращения колесных пар равнялась заданной, изменяя при этом электрический угол открытия тиристоров управляемых выпрямителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается способа регулирования электрической тяговой передачи маневровых тепловозов, используемых с низкими скоростями (0,05-5 км/ч) в технологическом режиме движения (с машинами для ремонта и содержания железнодорожного пути или технологических циклах на промышленных предприятиях).

Известен способ работы электрической тяговой передачи тепловозов для маневровых работ, используемых с низкими скоростями в технологическом режиме движения, заключающийся в том, что напряжение тягового генератора, приводимого в движение тепловым двигателем, подают на основные тяговые электродвигатели поездного режима, которые соединены через раздаточный редуктор с колесными парами. При работе в технологическом режиме на низких скоростях напряжение от тягового генератора подают на дополнительный тяговый электродвигатель малой мощности, который приводит во вращение колесные пары при включенной муфте включения через понижающий редуктор, раздаточный редуктор, карданные валы и осевые редукторы, при этом напряжение от тягового генератора на основные тяговые электродвигатели не подается, и они вращаются с низкой частотой как маховая масса (патент RU № 2058240 С1, кл. В61С 9/24, 1996 г.).

Недостатками известного способа работы тяговой передачи являются: использование в нем дополнительного тягового электродвигателя, а также отсутствие автоматического поддержания установленной скорости движения тепловоза в технологическом режиме движения (с машинами для ремонта и содержания железнодорожного пути или технологических циклах на промышленных предприятиях) при изменении профиля железнодорожного пути, ненадежная работа электрической тяговой передачи, частое торможение.

Известен способ работы электрической тяговой передачи маневрового локомотива, заключающийся в том, что тяговый генератор переменного тока, приводимый во вращение тепловым двигателем, через управляемый тиристорный преобразователь питает тяговые электродвигатели (их может быть один и больше), соединенные с раздаточным редуктором, связанным через передаточный механизм, включающий карданные валы и осевые редукторы, с колесными парами. В поездном режиме при движении локомотива со скоростями 5 80 км/ч тяговые электродвигатели через раздаточный редуктор и передаточный механизм приводят во вращение колесные пары. Для работы локомотива в технологическом режиме на низких скоростях (0,05-5 км/ч) муфтой переключения раздаточного редуктора его передаточное отношение изменяют на технологический режим посредством включения дополнительного переключаемого понижающего кинематического ряда зубчатых колес хотя бы для одного из тяговых электродвигателей. Одновременно через управляемое электронное устройство изменяют питающее напряжение тягового электродвигателя, соединенного с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд, при этом отключают (снимают напряжение) остальные тяговые электродвигатели (патент RU № 2133203 С1, кл. В61С 9/24, 1999 г.).

Недостатками известного способа работы тяговой передачи являются: отсутствие автоматического поддержания установленной скорости движения тепловоза в технологическом режиме движения (с машинами для ремонта и содержания железнодорожного пути или технологических циклах на промышленных предприятиях) при изменении профиля железнодорожного пути, а также ненадежная работа электрической тяговой передачи, повышенный износ тормозных колодок вследствие частого использования тормозов, напряженная работа локомотивной бригады.

Это выражается в том, что на участках пути с подъемами тепловоз будет снижать ранее установленную технологическую скорость, а на участках пути со спусками тепловоз будет увеличивать ранее установленную технологическую скорость даже при полном снятии напряжения (отключении) с электродвигателей, что в свою очередь подразумевает постоянный контроль скорости тепловоза со стороны локомотивной бригады, а также необходимость использования пневматических тормозов на участках пути со спусками и может привести к нарушениям в технологических процессах путевых машин.

Известен способ регулирования электрической передачи тепловоза, принятый за прототип, заключающийся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый генератор, по сигналу, пропорциональному частоте вращения теплового двигателя, задают уставку мощности тягового генератора, измеряют напряжение тягового генератора, измеряют токи тяговых двигателей, выделяют сигнал, пропорциональный максимальному измеренному току тягового двигателя, перемножают сигналы, пропорциональные напряжению тягового генератора и максимальному измеренному току тягового двигателя, результат умножения принимают за измеренную мощность тягового генератора, сравнивают измеренную мощность тягового генератора с уставкой мощности тягового генератора и по величине рассогласования изменяют ток возбуждения и напряжение тягового генератора /Вилькевич Б.И. Автоматическое управление электрической передачей тепловозов. - М.: Транспорт, 1987, с.32-34/.

Недостатком известного способа является регулирование мощности тяговой передачи тепловоза только в зависимости от частоты вращения теплового двигателя, что не позволяет работать и регулировать скорость движения тепловоза в технологическом режиме движения (с машинами для ремонта и содержания железнодорожного пути или технологических циклах на промышленных предприятиях).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы тяговой передачи маневрового тепловоза, обеспечение автоматического поддержания установленной технологической скорости маневрового тепловоза при движении тепловоза по железнодорожным путям с любым изменением профиля, снижение износа тормозных колодок за счет использования тормозных тяговых электродвигателей, улучшение условий труда локомотивных бригад.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования электрической передачи тепловоза, заключающемся в том, что задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый синхронный генератор, устанавливают напряжение на выходе тягового синхронного генератора, подают напряжение с выхода тягового синхронного генератора на вход управляемого выпрямителя, подают напряжение с выхода управляемого выпрямителя на тяговые электродвигатели, которых может быть не менее двух, задают режим работы тепловоза: поездной либо технологический, в поездном режиме задают мощность тяговых электродвигателей, реализуемую на тягу тепловоза, тяговыми электродвигателями через раздаточный редуктор и передаточный механизм приводят во вращения колесные пары, измеряют напряжение на выходе управляемого выпрямителя, измеряют ток тяговых электродвигателей, перемножают сигналы, пропорциональные измеренному напряжению на выходе управляемого выпрямителя и измеренному току тяговых электродвигателей, результат умножения принимают за измеренную мощность тяговых электродвигателей, сравнивают измеренную мощность тяговых электродвигателей с заданной и по величине рассогласования, изменяя электрический угол открытия тиристоров управляемого выпрямителя, изменяют напряжение, подаваемое на тяговые электродвигатели таким образом, чтобы измеренная мощность тяговых электродвигателей равнялась заданной, в технологическом режиме работы напряжение тягового синхронного генератора через управляемый выпрямитель подают хотя бы на один тяговый электродвигатель, который соединен муфтой переключения с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд зубчатых колес, приводят во вращение колесные пары тяговым электродвигателем, соединенным с раздаточным редуктором через его понижающий кинематический ряд зубчатых колес, подключают тяговые электродвигатели к выходам катодной и анодной группы тиристоров управляемого выпрямителя, переключают обмотки возбуждения тяговых электродвигателей таким образом, чтобы полярность включения их обмоток возбуждения была обратна относительно друг друга, подают напряжение тягового синхронного генератора через катодную и анодную группу тиристоров управляемого выпрямителя на тяговые электродвигатели, задают частоту вращения колесных пар, измеряют частоту вращения колесных пар, сравнивают измеренную частоту вращения колесных пар с заданной и по величине их рассогласования изменяют напряжение питания тяговых электродвигателей таким образом, чтобы частота вращения колесных пар равнялась заданной, изменяя при этом электрический угол открытия тиристоров управляемых выпрямителей.

На чертеже представлена схема электрической тяговой передачи маневрового тепловоза, реализующая способ.

Электрическая тяговая передача для реализации предлагаемого способа состоит: из тягового синхронного генератора 1, к выходу которого подключен трехфазный управляемый выпрямитель 2, к выходу трехфазного управляемого выпрямителя 2 подключены датчик напряжения 3 и через датчик тока 4 последовательно соединенные тяговые электродвигатели 5 и 6 с последовательно включенными через реверсивные переключатели 7 и 8 обмотками возбуждения 9 и 10 соответственно, выход датчика тока 4 подключен на вход блока измерения мощности 11, выход датчика напряжения 3 подключен на второй вход блока измерения мощности 11, из задатчика режима работы 12, выход которого подключен к входу блока задания уставок мощности и частоты вращения 13 и к входу блока усиления рассогласования 14, ко второму входу блока задания уставок мощности и частоты вращения 13 подключен выход контроллера машиниста 15, один выход блока задания уставок мощности и частоты вращения 13 подключен к входу блока рассогласования заданной и измеренной мощности 16, ко второму входу которого подключен выход блока измерения мощности 11, выход блока рассогласования заданной и измеренной мощности 16 подключен ко второму входу блока усиления рассогласования 14, второй выход блока задания уставок мощности и частоты вращения 13 подключен к входу блока рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17, второй вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения 18 колесных пар тепловоза, выход блока рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17 подключен к третьему входу блока усиления рассогласования 14, к выходам которого подключены управляющие входы тиристоров управляемого выпрямителя 2, из контактора 19, который подключен к нулю (0) тягового генератора 1 и к электрическому соединению между последовательно соединенными тяговыми электродвигателями 5 и 6 и который в зависимости от положения задатчика режима работы 12 изменяет схему подключения последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5 и 6 к выходу управляемого выпрямителя 2 таким образом, что при замкнутом контакторе 19 питание тягового электродвигателя 5 осуществлено с выхода катодной группы тиристоров 20 управляемого выпрямителя 2, а питание тягового электродвигателя 6 осуществлено с выхода анодной группы тиристоров 21 управляемого выпрямителя 2 или последовательно соединенные тяговые электродвигатели 5 и 6 могут быть подключены наоборот к анодной или катодной группе тиристоров.

Способ осуществляется следующим образом.

Задают частоту вращения теплового двигателя, приводящего во вращение тяговый синхронный генератор 1, устанавливают напряжение на выходе тягового синхронного генератора 1, подают напряжение с выхода тягового синхронного генератора 1 на вход управляемого выпрямителя 2, задатчиком режима работы 12 задают режим работы тепловоза: поездной либо технологический, в поездном режиме подают напряжение с выхода управляемого выпрямителя 2 на последовательно соединенные тяговые электродвигатели 5, 6 (их может быть два и более), задают режим работы тепловоза: поездной либо технологический, в поездном режиме, переключая позиции контроллера машиниста 15, блоком задания уставок мощности и частоты вращения 13 задают мощность последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5 и 6, реализуемую на тягу тепловоза тяговыми электродвигателями 5, 6 через раздаточный редуктор и передаточный механизм, приводят во вращения колесные пары (на чертеже не показано), датчиком напряжения 3 измеряют напряжение на выходе управляемого выпрямителя 2, датчиком тока 4 измеряют ток последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5 и 6, перемножают сигналы, пропорциональные измеренному напряжению на выходе управляемого выпрямителя 2 и измеренному току последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5, 6, результат умножения принимают за измеренную мощность последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5, 6, в блоке рассогласования заданной и измеренной мощности 16 сравнивают измеренную мощность последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5, 6 с заданной блоком задания уставок мощности и частоты вращения 13 и по величине рассогласования, изменяя электрический угол открытия тиристоров управляемого выпрямителя 2 блоком усиления рассогласования 14, изменяют напряжение на выходе управляемого выпрямителя 2, подаваемое на последовательно соединенные тяговые электродвигатели 5, 6 таким образом, чтобы измеренная мощность тяговых электродвигателей 5, 6 равнялась заданной. В технологическом режиме работы замыкают контактор 19, осуществляют питание последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5 и 6, соответственно, с выходов катодной и анодной группы тиристоров 20 и 21 управляемого выпрямителя 2, поодают напряжение тягового синхронного генератора 1 через катодную группу 20 тиристоров управляемого выпрямителя 2 хотя бы на один тяговый электродвигатель 5, который соединен муфтой переключения с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд зубчатых колес. Тяговым электродвигателем 5, соединенным с раздаточным редуктором через его понижающий кинематический ряд зубчатых колес, приводят во вращения колесные пары, напряжение тягового синхронного генератора 1 через анодную группу 21 управляемого выпрямителя 2 подают на тяговый электродвигатель 6, не связанный с понижающим рядом зубчатых колес раздаточного редуктора, в зависимости от направления движения тепловоза реверсивными переключателями 7 и 8 переключают обмотки возбуждения 9, 10 последовательно соединенных тяговых электродвигателей 5 и 6 таким образом, чтобы полярность включения обмотки возбуждения 10 тягового электродвигателя 6 была обратна полярности включения обмотки возбуждения 9 тягового электродвигателя 5, соединенного с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд зубчатых колес, при этом тяговый электродвигатель 6 вращается в сторону, противоположную движению тепловоза, и является тормозным. Переключая позиции контроллера машиниста 15, блоком задания уставок мощности и частоты вращения 13 задают частоту вращения колесных пар, датчиком частоты вращения 18 измеряют частоту вращения колесных пар, в блоке рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17 сравнивают измеренную датчиком частоты вращения 18 частоту вращения колесных пар с заданной блоком задания уставок мощности и частоты вращения 13 и по величине их рассогласования, изменяя электрический угол открытия тиристоров управляемого выпрямителя 2 блоком усиления рассогласования 14, изменяют напряжение на выходе катодной группы тиристоров 20 и анодной группы тиристоров 21 управляемого выпрямителя 2, изменяют напряжение питания тяговых электродвигателей 5, 6 таким образом, чтобы частота вращения колесных пар равнялась заданной.

А именно, при движении тепловоза под уклон скорость тепловоза начинает увеличиваться за счет изменения направления вектора силы тяжести, в зависимости от величины и знака рассогласования с выхода блока рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17, блоком усиления рассогласования 14 изменяют угол открытия тиристоров катодной группы 20 управляемого выпрямителя 2. Если угол открытия тиристоров становится максимальным, то блок усиления рассогласования 14 закрывает тиристоры катодной группы 20 управляемого выпрямителя 2, тем самым отключая тяговый электродвигатель 5, соединенный с раздаточным редуктором через понижающий кинематический ряд зубчатых колес, а скорость тепловоза продолжает увеличиваться за счет изменений направления вектора силы тяжести, то блок усиления рассогласования 14 открывает тиристоры анодной группы 21 управляемого выпрямителя 2, к выходу которой подключен тяговый электродвигатель 6. В зависимости от величины и знака рассогласования с выхода блока рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17 блоком усиления рассогласования 14 изменяют угол открытия тиристоров анодной группы 21 управляемого выпрямителя 2 таким образом, чтобы тормозное усилие тягового электродвигателя 6 полностью компенсировало ускорение тепловоза за счет изменений вектора силы тяжести и обеспечивало заданную частоту вращения колесных пар. При окончании уклона изменяется направление вектора силы тяжести, скорость тепловоза начинает понижаться в зависимости от величины и знака рассогласования с выхода блока рассогласования заданной и измеренной частоты вращения 17, блок усиления рассогласования 14 изменяет угол открытия тиристоров анодной группы 21 управляемого выпрямителя 2. Если угол открытия тиристоров становится максимальным, то блок усиления рассогласования 14 закрывает тиристоры анодной группы 21 управляемого выпрямителя 2, тем самым отключая тяговый электродвигатель 6, а скорость тепловоза продолжает понижаться за счет изменений направления вектора силы тяжести, то блок усиления рассогласования 14 открывает тиристоры катодной группы 20 управляемого выпрямителя 2, к выходу которой подключен тяговый электродвигатель 5.

Тяговые электродвигатели могут быть соединены параллельно, последовательно-параллельно, их работа аналогична работе тяговых электродвигателей при последовательном соединении.

Указанный способ регулирования тяговой электрической передачи позволяет осуществлять плавное регулирование во всем диапазоне технологических скоростей движения маневровых локомотивов по железнодорожным путям с любым изменением профиля в автоматическом режиме, тем самым позволяя исключить нарушения в технологических процессах путевых машин, повысить надежность работы электрической передачи, уменьшить износ тормозных колодок и улучшить условия труда локомотивных бригад.