способ управления тяговым электроприводом локомотива на пределе по сцеплению колес с рельсами

Формула изобретения

Способ управления тяговым электроприводом локомотива на пределе по сцеплению колес с рельсами, использующий внешний контур регулирования частоты вращения тягового двигателя регулятором частоты по отклонению, где задание на частоту вращения двигателя, приведенную к линейной скорости на ободе колеса, определяется путем интегрирования задания на ускорение, выбираемое из двух значений: а₀, которое в режиме тяги на небольшую величину а меньше линейного ускорения локомотива а_л, и a₁, которое в режиме тяги на а больше а_л (в режиме торможения наоборот), а также внутренний контур регулирования момента двигателя, входным сигналом которого является выходной сигнал регулятора частоты вращения с учетом ограничения по моменту, отличающийся тем, что в данном способе не производится поиск экстремума силы тяги, а выбор между значениями а₀=а_л- а и а₁=а_л+ а (в режиме тяги) или а₀=а_л+ а и а₁=а_л- а (в режиме торможения) выполняется по сигналам двух блоков: 1-й блок - устройство обнаружения боксования и юза колес рельсового транспортного средства по уровню колебаний U_к в тяговом тракте, имеющий релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающийся при повышении уровня колебаний выше значения U_кmах и понижении ниже значения U_кmin; 2-й блок - регулятор абсолютной величины скорости скольжения V_ск=|V_д-V_л,|, имеющий релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающийся при увеличении V_ск выше значения V_скmах и уменьшении ниже значения V_скmin, где V_ск - скорость скольжения, м/с; V_д - частота вращения ротора двигателя, приведенная к линейной скорости на ободе колеса; V_л - линейная скорость локомотива, причем релейные устройства обнаружения боксования, контролирующие уровень колебаний, настраиваются одинаково для всех осей локомотива, а верхнее и нижнее предельные значения скорости скольжения устанавливаются неодинаковыми для разных осей локомотива: верхние значения из интервала 0,4 м/с V_скmах 0,8 м/с; нижние значения из интервала: 0,17 м/с V_скmin 0,25 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями (АТД), питаемыми от полупроводниковых статических преобразователей.

Известен способ регулирования проскальзывания колес вблизи максимума кривой сцепления (вблизи максимально возможной в данных условиях сцепления силы тяги), в котором система управления сама ищет максимально возможное значение силы тяги и электромагнитного момента АТД, и при заданном отклонении М момента двигателя от максимума или скорости ротора, приведенной к ободу колеса, от оптимальной изменяет задание на ускорение, путем интегрирования которого определяется задание на скорость ротора АТД, регулируемую затем по отклонению регулятором скорости, с выхода которого снимается задание на момент двигателя (Железные дороги мира. - 1994. - № 4. - С.30-45 [1], Железные дороги мира. - 2001. - № 6. - С.50-56 [2]).

К недостаткам этого способа экстремального регулирования можно отнести следующее: 1) необходимо использовать накопитель экстремальных значений и весьма сложную логику поиска; 2) необходимы дополнительные методы контроля на влажных рельсах, где кривая сцепления не имеет явно выраженного максимума; 3) требуемую величину отклонения момента двигателя от максимума ДМ [1] или отклонения V скорости колеса от оптимальной [2] весьма трудно правильно определить, и при превышении этими величинами пороговых значений возможно возникновение фрикционных автоколебаний и повышенных вибраций в тяговой передаче.

Кроме того, общим недостатком применяемых в настоящее время систем управления тяговым электроприводом локомотивов является отсутствие контроля вибраций в тяговом тракте, что может приводить к аварийным ситуациям, таким, например, как падение АТД на рельсы, имевшее место на электровозе ЭП10.

Известно также устройство обнаружения боксования и юза колес рельсового транспортного средства (заявка 94044536/11, 14.12.1994 B60L 3/10 [3], Вест. Восточно-укр. нац. ун-та. Технические науки. Ч. 2. - Луганск: Изд-во ВНУ, 2003,

№ 9 [4]) по наличию колебаний в механической части привода колесной пары. Устройство способно реагировать на появляющиеся в механической системе во время боксования и юза колебания, оно срабатывает, когда уровень этих колебаний превышает допустимый порог. Подобное устройство может быть использовано при регулировании проскальзывания колес с одновременным контролем вибраций.

Целью изобретения является управление тяговым электроприводом локомотива на пределе по сцеплению колес с рельсами с одновременным контролем вибраций.

Блок-схема системы управления тяговым электроприводом локомотива по предлагаемому способу представлена на фиг.1.

Технический результат достигается тем, что в способе управления тяговым электроприводом локомотива на пределе по сцеплению колес с рельсами, использующий внешний контур регулирования частоты вращения тягового двигателя регулятором частоты по отклонению, где задание на частоту вращения двигателя, приведенную к линейной скорости на ободе колеса, определяется путем интегрирования задания на ускорение, выбираемое из двух значений: ₀, которое в режиме тяги на небольшую величину а меньше линейного ускорения локомотива _Л, и ₁, которое в режиме тяги на больше _Л (в режиме торможения наоборот), а также внутренний контур регулирования момента двигателя, входным сигналом которого является выходной сигнал регулятора частоты вращения с учетом ограничения по моменту, отличающийся тем, что в данном способе не производится поиска экстремума силы тяги, а выбор между значениями ₀= _Л- и ₁= _Л+ (в режиме тяги) или ₀= _Л- и ₁= _Л+ (в режиме торможения) выполняется по сигналам двух блоков:

1-й блок - устройство обнаружения боксования и юза колес рельсового транспортного средства по уровню колебаний U _K в тяговом тракте, имеющим релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающимся при повышении уровня колебаний выше значения U_кmах и понижении ниже значения U_кmin;

2-й блок - регулятор абсолютной величины скорости скольжения V_ск=|V_Д-V_Л|, имеющий релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающийся при увеличении V_ск выше значения V_скmах и уменьшении ниже значения V_скmin, где V_ск - скорость скольжения, м/с, V_д - частота вращения ротора двигателя, приведенная к линейной скорости на ободе колеса, V_Л - линейная скорость локомотива;

причем релейные устройства обнаружения боксования, контролирующие уровень колебаний, настраиваются одинаково для всех осей локомотива, а верхнее и нижнее предельные значения скорости скольжения устанавливаются неодинаковыми для разных осей локомотива: верхние значения из интервала 0,4 м/с V_скmах 0,8 м/с; нижние значения из интервала: 0,17 м/с V_скmin 0,25 м/с.

Сигнал от датчика линейной скорости локомотива (фиг.1) дифференцируется в блоке адаптации ускорения и там же с учетом режима «Тяга/Торможение» вычисляются задания на ускорение двигателя, приведенное к ободу колеса: ₀ и ₁, одно из которых на величину больше ускорения локомотива, а другое - меньше. Переключение между значениями ₀ и ₁ выполняются логическим автоматом в соответствии с таблицей переключений по сигналам двух релейных устройств, первое из которых реагирует на уровень колебаний, возникающих в начале развития буксования, а второе - на величину скорости скольжения колес, причем верхнее и нижнее предельные значения скорости скольжения целесообразно устанавливать неодинаковыми для разных осей локомотива. Различие предельных значений снижает пульсации силы тяги локомотива, кроме того, можно использовать эффект очищения рельсов, устанавливая для колесных пар передних осей локомотива больший допустимый диапазон проскальзывания. Световой сигнал о необходимости проверки крепления узлов тяговой передачи загорается в случае, если скольжение колес стало меньше установленного в регуляторе скольжения нижнего предела, а уровень вибраций все еще превышает предельный уровень. В этом случае на ближайшей стоянке необходимо проверить крепление узлов передачи.

Задание на скорость двигателя (V_дз) определяется путем интегрирования ускорения, которое выбирается в соответствии с таблицей переключений задания на ускорение, где стрелка, указывающая вверх, обозначает «срабатывание» (условное состояние «1»), а стрелка, указывающая вниз, - «отпускание» (условное состояние «0») соответствующего релейного элемента. Затем задание на скорость двигателя (V_дз ) сравнивается с действительной скоростью двигателя, измеренной датчиком частоты вращения (ДЧВ) и приведенной к ободу колеса путем умножения на радиус колеса (R_к) и деления на передаточное число редуктора (µ). Рассогласование между заданной (V_дз) и действительной скоростью двигателя (V_д) подается на регулятор скорости, который формирует задание на момент тягового двигателя, а затем задание на момент М_з с учетом ограничения (М_огр), поступающего из системы управления верхнего уровня, отрабатывается системой регулирования тягового двигателя. В качестве системы регулирования АТД, питаемого от статического преобразователя, предпочтительно использовать высокодинамичные системы: 1) векторного управления; 2) прямого управления моментом.

Регулирование тягового электропривода по данному способу позволяет управлять локомотивом на пределе по сцеплению колес с рельсами при любом состоянии рельсового пути и форме кривой сцепления с одновременным контролем и предотвращением усиления вибраций в тяговом тракте.

Источники информации

1. Бушер М. и др. Регулирование проскальзывания колес на электровозах с асинхронным тяговым приводом//Железные дороги мира. - 1994. - № 4. - С.30-45.

2. Шварц X.Е. и др. Регулирование проскальзываний в контакте колесо-рельс моторных вагонов трамвая//Железные дороги мира. - 2001. - № 6. - С.50-56.

3. Павленко А.П., Павленко А.А. Клепиков В.Б., Кутовой Ю.Н. Устройство обнаружения буксования и юза колес рельсового транспортного средства. - Заявка 94044536/11, 14.12.1994 B60L 3/10.

4. Павленко А.П., Павленко В.А., Касторный П.М., Кийко А.И. Результаты эксплуатационных испытаний микропроцессорной противобуксовочной системы локомотивов//Вест. Восточно-укр. нац. ун-та. Технические науки. Ч.2. - Луганск: Изд-во ВНУ, 2003, № 9. - С.16-19.

Таблица переключений задания на ускорение
Способ управления тяговым электроприводом локомотива на пределе по сцеплению колес с рельсами
Uк	Vск	Задание ускорения	Дополнительный контроль
		a0	-
		a0	-
		a1	-
		a1	Световой сигнал: «Проверить крепление узлов тяговой передачи»