CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 161
1967
к
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕОСТАТНО-РЕКУПЕРАТИВНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Р. к. ГАЧИК, А.П. ЗАЙЦЕВ
(Представлено научным семинаром электромеханического факультета).
В условиях частых пусков и остановок электропоезда постоянного тока применение электрического торможения вместо пневматического позволяет существенно уменьшить износ тормозных колодок и бандажей колес и осуществить рекуперацию в контактную сеть части энергии, запасенной маховыми массами поезда во время разгона. Особенно важно в процессе рекуперативного торможения максимально использовать по току двигатели, работающие в тормозном режиме. Это позволяет осуществить торможение в минимально возможное время и увеличить среднюю скорость , электропоезда на перегонах. Величина максимально допустимого тока двигателя определяется условиями юза и потенциальными условиями на коллекторе.
Потенциальные условия на коллекторе характеризуются величиной максимальной межламельной э. д. с. Чтобы межламельная э. д. с. не превышала максимально допустимой величины емакс. =45в, определяющей область нормальной коммутации, необходимо, чтобы ток возбуждения тяговых двигателей определялся выражением:
где /в — ток возбуждения; / — ток якоря;
— напряжение на коллекторе; р — число пар полюсов; к — число коллекторных пластин; а — полюсное перекрытие; N — число активных проводников; а — число параллельных проводов.
Выражение (I) получено из формулы А. В. Иоффе:
(1)
4-7791
49
2пУ
где сср =•
Для реостатного торможения с независимым возбуждеии-ем
и{ =1(1* г — Гя>,
где — эквивалентное сопротивление тормозного контура на один двигатель. '
Для рекуперативного торможения
Ук = —г / (Г - гя),
где г — сопротивление тормозного контура, приведенное к одному двигателю;
пс—число последовательно включенных двигателей;
Vс—напряжение контактной сети.
После подстановки численных значений параметров двигателя РТ-НЗ (двигатели РТ-113 используются на электропоездах Р-22) формула (1) приобретает вид:
_ _0,2096С/*£_ ' в — 1500 —' ^
Полученное выражение (2) является алгоритмом управления автоматической системы торможения и определяет структурную схему системы. Оно учитывает влияние напряжения контактной сети, которое изменяется в широких пределах, на величину максимальной межла-мельной э.. д. с. при рекуперативном торможении. Чтобы затормозить электропоезд в минимальное время, необходимо максимально использовать по току тяговые двигатели, работающие в тормозном режиме. Это значит, что при принятом критерии оценки нормальной коммутации (по максимально допустимой величине межламельной э. д. е.), в области высоких скоростей двигатель должен работать на границе зоны нормальной коммутации до тех пор, пока ток двигателя по мере снижения скорости не достигнет максимально допустимой величины по условиям юза, а затем эта величина тока должна поддерживаться постоянной до истощения рекуперативного торможения.
В качестве регулируемой величины в системе торможения выбран ток возбуждения тяговых двигателей /в • Регулирующим органом являются обмотки возбуждения, питающиеся от управляемого тиристор-ного выпрямителя. Применяется несимметричная мостовая схема выпрямления с нулевым вентилем, так как при одной и той же величине выпрямленного напряжения величины обратного и прямого напряжений в мостовой схеме в два раза меньше, чем в нулевой схеме. Это позволяет в мостовой схеме применять тиристоры, имеющие более низкие значения напряжения переключения и обратного напряжения. Недостатком мостовой схемы по сравнению с нулевой является необходимость применения удвоенного количества вентилей, но в несимметричной мостовой схеме управляемыми должны быть только половина вентилей. При высокой стоимости тиристоров это существенное преимущество схемы выпрямителя.
Блок схема автоматической системы торможения представлена на рис. I ,где обозначены:
ДТЯ — датчик тока якоря;
ДТВ — датчик тока возбуждения;
ДНК — датчик коллекторного напряжения;
ДНС — датчик напряжения контактной сети;
ВУ' — вычислительное устройство; ЗУ — запоминающее устройство; У В — управляемый тиристорный выпрямитель; ВВС — выходная схема сравнения; К — полупроводниковый ключ;
Б Г — блокинг-генератор, управляющий выпрямителем; , РБН — реле баланса напряжения сети и напряжения на коллекторах двигателей; РСВ — реле перевода на торможение с самовозбуждением. СС «500»г^2С «325», СС «250» — схемы сравнения.
оекуперси инэ
ДНИ >
г
л ТО 4> 1 с с СС „
.,325а »250 а
-ч? пюрможе ние с самобоз буждением
Рис.> 1
В процессе*реостатно-рекуперативного торможения четыре тяговых двигателя, соединенных последовательно, переводятся й режим генераторов с независимым возбуждением. Обмотки возбуждения тяговых двигателей так же соединяются последовательно-
На входы ВУ, которое решает уравнение (1), подаются напряжения постоянного тока с ДТЯ и ДНК, пропорциональные / и ик соответственно. На выходе ВУ формируется напряжение пропорциональное расчетному току возбуждения /вр при котором емакс. =45 в для текущих значений / и IIк . С выхода ВУ напряжение подается на ВСС, где сравнивается с выходным напряжением ДТВ. которое пропорционально действительному току возбуждения /Вц. Когда /вд >/ в-, выходная схема сравнения ВСС выдает разрешающий сигнал на БГ, который в исходном состоянии генерирует с высокой частотой, и оптирает тиристоры управляемого выпрямителя УВ. Тиристоры в этот момент полностью открыты. Отпирающее напряжение и о, обеспечивающее генерацию БГ, подается через ключ /С который открыт при, условии, что /<Г/Макс. Ток возбуждения /в нарастает, ^п тех пор, пока не станет больше /БД. В этот момент на выходе ВСС формируется запрещающий сигнал, и БГ срывает генерацию, тиристоры запираются, /в спадает. Как только снова будет выполняться условие / в* >^вР, ВСС снова выдаст разрешающий сигнал, и процесс повторится. Таким образом /вд и / вр будут поддерживаться равными друг лр\ту с определенной степенью точности. Когда ток якоря / достигнет значения Цакс* схема сравнения СС «50Э>\
4* 51
на входы которой подаются напряжение, пропорциональное току якоря и эталонное напряжение (Уэ/, выдаст запирающий сигнал на К. Под действием этого сигнала К закрывается, что приводит к срыву генерации БГ, и тиристоры закрываются. Это приводит к спаду /. Когда 1 станет меньше /макс » СС «500» откроет ключ, что приведет к генерации БГ. По мере дальнейшего снижения скорости I будет поддерживаться на 'уровне заданного значения /Макс-, который определяется степенью загрузки вагона. Сигнал с выхода ВУ постоянно подается на запоминающее устройство ЗУ. Если требуется в течение непродолжительного времени (до 10 мин) поддерживать /в постоянным и равным'^^ето текущему значению, выход ЗУ подключается на вход ВСС, а ВУ от последней отключается при помощи кнопки в кабине машиниста. Этой же кнопкой ЗУ отключается от ВУ.
Система выполняет ряд логических операций. При торможении с любой скорости релейно-к(;нтакторная с^ема электропоезда обеспечивает режим реостатного торможения с независимым возбуждением, ко-горое является подготовительном, Когда напряжения с выходов ДНС и ДНК, пропорциональные Uс и UK соответственно, сравняются РБН выдаст контактный сигнал в релейно-контакторную схему управления электропоезда для перехода системы на; рекуперативное торможение.
При истощении рекуперативного торможения, когда ток возбуждения /в достигнет максимального значения, а ток якоря I уменьшится до 325а, схемы сравнения СС «325» и СС «250» выдадут сигнал на PCB. Контактный сигнал для перехода на реостатное торможение с самовозбуждением PCB формирует в том случае, если на его входе присутствуют одновременно сигналы с СС «250» и СС «325». Вышеперечисленная последовательность тормозных режимов обеспечивается при торможении с любой скорости.
Выходное напряжение ВУ определяется выражением:
п - ки*и* /о*
где k — постоянный коэффициент;
Ut — напряжение, пропорциональное постоянной величине 1500 из (2); — напряжения, пропорциональные напряжению на коллекторе;
Uз — напряжение, пропорциональное току якоря.
Напряжение UBых в процессе регулирования равно напряжению датчика тока возбуждения. Для нормального функционирования системы масштабы величин, входящих в выражение (2), необходимо выбрать вполне определенными. Обозначим:
miK = —77---первый масштаб напряжения коллектора;
^ —тг--второй масштаб напряжения коллектора;
иг
тс = —у--масштаб постоянной величины А = 1500 в;
тя = --масштаб тока якоря;
и я
3
тв = „в — ~7Г~~--масштаб тока возбуждения.
С/пв U
дв <^вых
Здесь и цв— напряжение датчика тока возбуждения. Разделив выражение (3) на выражение (2), получим:
kUJU% (1500 — Uk) __ CW
(^1-^2) -0,2096^ /в
(4)
которое можно переписать с 'учетом масштабов в виде:
^_£ (1500 — и )___1_
/ 1500 ик \ п пп ~~ ть *
V тс тгк Если принять тс = т2к, то
] . 0,2096
(5>
т я т1к
0,2096 тя т1ь
т° = —-ш^Гк— <6>
Система управления торможением электропоезда выполнена полностью на транзисторах.
