Способ диагностики плеч выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза переменного тока под нагрузкой

Авторы патента:

B60L3/12 - регистрирующие рабочие параметры

Владельцы патента RU 2346829:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) (RU)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и касается диагностики электровозов переменного тока под нагрузкой. Способ основан на использовании двух алгоритмов управления выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП) электровоза под нагрузкой, позволяющих, не выходя из первой зоны регулирования напряжения на тяговых электрических двигателях на стоянке произвести диагностику электровоза под нагрузкой. Технический результат заключается в получении возможности на стоянке произвести диагностику всех плеч выпрямительно-инверторных преобразователей, с точностью до одного определить неисправное плечо выпрямительно-инверторного преобразователя и в снижении трудоемкости определения неисправности. 2 ил., 3 табл.

Изобретение применяется на железнодорожном транспорте и относится к способу, позволяющему не выходя из первой зоны регулирования напряжения на тяговых электрических двигателях на стоянке произвести диагностику всех плеч выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) электровоза под контактным проводом.

ВИП предназначен для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный, плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования противо-ЭДС инвертора в режиме рекуперативного торможения [1]. На электровозе применяется несколько ВИП в зависимости от его серии.

На фиг.1 представлена упрощенная принципиальная схема электровоза. Принципиальная схема содержит тяговый трансформатор, имеющий первичную (U₁) и вторичную обмотки, выполненную в виде трех последовательно соединенных секций, две из которых на равное напряжение (а1-1 и 1-2), а третья - на двойное напряжение (2-х1), и четыре параллельных ветви ВИП, параллельно включенных между шинами постоянного тока (фиг.1). Каждая ветвь ВИП содержит пару последовательно соединенных управляемых плеч тиристоров, а их средние точки подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора. Силовая часть ВИП, приведенная на фиг.1, состоит из восьми тиристорных плеч V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8. К плюсовой и минусовой шинам ВИП подключаются через сглаживающий реактор (3), параллельно соединенные тяговые двигатели электровоза, содержащие якорь (Д1, Д2, Дn) и обмотки возбуждения (OBI, OB2, OBn), фиг.1.

Известен способ работы управления ВИП, состоящий из четырех зон регулирования выпрямленного напряжения на тяговых двигателях, с целью регулирования скорости движения электровоза путем подачи импульсов управления (α₀ - минимальный угол открытия тиристоров, α_p - угол регулирования по фазе) на определенные плечи ВИП блоком управления выпрямительно-инверторными преобразователями (БУВИП) или микропроцессорной системой управления движением и диагностики (МСУД), таблица 1 [1].

Способ включает в себя четыре зоны регулирования напряжения (фиг.1):

Первая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V3, V4 и V5, V6, подключенные к секции 1-2 вторичной обмотки трансформатора, - образуют первую зону регулирования напряжения;

Вторая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V1, V2, V3, V4 и V5, V6, подключенные к секции а1-2 вторичной обмотки, - образуют вторую зону регулирования напряжения;

Третья зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V3, V4, V5, V6 и V7, V8, подключенные к секции 1-х1 вторичной обмотки трансформатора, - образуют третью зону регулирования напряжения;

Четвертая зона: импульсы управления подаются на плечи ВИП V1, V2, V3, V4 и V7, V8, подключенные к секции а1-х1 вторичной обмотки трансформатора, - образуют четвертую зону регулирования напряжения.

В настоящее время способом диагностики работоспособности электровоза после ремонта на стоянке является алгоритм управления, применяемый только на первой зоне регулирования, приведенный в таблице 1. Исправность плеч ВИП электровоза, электронного и электрического оборудования контролируется появлением токов якорей тяговых двигателей при подаче импульсов управления на плечи ВИП V3, V4 и V5, V6 (первая зона), ток наблюдается по амперметру, находящемуся в кабине машиниста электровоза, или по монитору микропроцессорной системы управления и диагностики. Угол открытия тиристоров ВИП производится путем поворота штурвала контроллера в положение П (подготовка, сбор схемы тяги) и далее из положения HP (начало регулирования) плавно поворачивая в направлении положения конца первой зоны [1]. Машинист задает значение тока, необходимого для проверки ВИП и каналов электронного оборудования.

Функциональное назначение ВИП его конструкция и принцип действия определяют особые требования при его ремонте в локомотивном депо и проверке его работоспособности после ремонта под нагрузкой.

Недостатками типового способа управления ВИП является отсутствие возможности диагностики всех плеч ВИП электровоза на стоянке под нагрузкой. Особенно это необходимо после проведения ремонта электровозов переменного тока в локомотивных депо по циклу всех текущих ремонтов (ТР), технического обслуживания (ТО), среднего и капитального ремонта, так как после этого производится диагностика электрической и электронной аппаратуры электровоза под контактным проводом при рабочих токах нагрузки и передача электровоза в эксплуатацию. Однако ремонтная бригада имеет возможность проверить работоспособность плеч ВИП на стоянке под нагрузкой только четыре плеча (первая зона), V3, V4, V5, и V6 (не выходя из первой зоны регулирования напряжения), вместо содержащихся восьми из-за образования больших токов тяговых двигателей, так как на стоянке электровоза противо-ЭДС тяговых двигателей равны нулю и активное сопротивление мало. Попытка выйти на вторую зону регулирования приводит к движению электровоза и аварийному режиму тяговых двигателей из-за возникновения больших токов, что вызывает срабатывание защиты, которая разбирает схему тяги электровоза. Следовательно, половина электрической и электронной части аппаратуры, которая работает при управлении соответствующих плеч ВИП, остается непроверенной. Также является невозможным определить неисправность плеча ВИП с точностью до одного, что существенно повышает трудоемкость при определении возникшей неисправности, которые в эксплуатации приводят к отказу работы электрооборудования электровоза.

В результате при применении штатного способа проверки плеч ВИП электровоза образовалась «технологическая дыра», позволяющая выдавать электровозы после проведения ремонта в эксплуатацию, при этом не гарантируя его исправность во всем диапазоне регулирования напряжения, т.е. на зонах 2, 3 и 4 (таблица 1).

Целью предлагаемого изобретения является:

- повышение безопасности движения поездов;

- не выходя из первой зоны регулирования напряжения на тяговых электрических двигателях на стоянке произвести диагностику электрического и электронного оборудования всех плеч выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза под контактным проводом;

- с точностью до одного определить неисправное плечо ВИП;

- снижение трудоемкости определения неисправности электровоза.

Предлагаемый способ заключается в том, что сигналы управления первой зоны регулирования подаются на ВИП по новому алгоритму управления для того, чтобы проверить все плечи ВИП на стоянке под нагрузкой. Предлагается использовать два варианта алгоритма управления ВИП: четырехплечевого и двухплечевого.

Первый вариант заключается в том, что сигналы управления подаются на четыре плеча ВИП, причем могут использоваться всевозможные варианты двухполупериодных мостовых схем выпрямления, состоящие из четырех плеч ВИП, образовывая однофазную мостовую схему из N-х мостов. В таблице 2 показан алгоритм первого варианта работы устройства, представленного на фиг.2. На фиг.2 показан один из вариантов устройства. Переключение проверяемых плеч производится двумя галетными переключателями, подвижный контакт которых показан прямоугольником, где 1', 2' и т.д. до 5' и 1'', 2'' и т.д. до 8'' - это номера неподвижного контакта переключателя, где С3, С4, С5, С6 - сигналы управления выхода БУВИП, МСУД, подаваемые на третье, четвертое, пятое и шестое плечо ВИП в первой зоне. На фиг.2 показаны провода , и т.д. до , подходящие соответственно к первому, второму и т.д. и восьмому плечам ВИП. При установке первого переключателя в положение 5' производится переключение устройства во второй вариант диагностики по двухплечевому варианту. В таблице 3 показан алгоритм второго варианта работы устройства, представленного на фиг.2.

Второй вариант заключается в том, что сигналы управления подаются на два плеча ВИП, причем могут использоваться всевозможные варианты однополупериодной схемы выпрямления, состоящие из двух плеч ВИП, работающие только при положительном напряжении полупериода по отношению к подключаемым плечам ВИП.

Таким образом, производится диагностика работоспособности всех плеч ВИП электровоза, электрической и электронной аппаратуры электровоза.

Подачу управляющих сигналов с БУВИП, МСУД на систему формирования импульсов (СФИ) осуществляют посредством применения переключателя (фиг.2).

Диагностика по первому варианту необходима для создания больших токов тяговых двигателей, при таких токах более качественно производится проверка работоспособности плеч ВИП электровоза и цепей его управления.

Исправность плеч ВИП электровоза, электронного и электрического оборудования контролируется появлением токов якорей тяговых двигателей, при подаче импульсов управления на соответствующие плечи (таблица 2, 3), ток контролируется по амперметру, находящемуся в кабине машиниста электровоза, или по монитору МСУД.

Отсутствие тока якоря сигнализирует о неисправности плеча ВИП.

Точное его определение производится по двухплечевому варианту следующим образом: например, при формировании импульсов управления на два плеча, V5 и V2, ВИП наблюдают, что токи якорей тяговых двигателей равны нулю, следовательно, на ВИП неисправно плечо V5 или V2. Для точного определения неисправного плеча и его цепей управления необходимо произвести проверку вариантов, содержащих плечи V5, V2, в сочетании с другими плечами ВИП; например, V5, V4 - путем подачи на них импульсов управления, таким образом, проверить, есть ли нагрузка на тяговых двигателях. Если в сочетании с другими плечами плечо V5 работает и на двигателях есть нагрузка, то неисправным является плечо V2 ВИП.

Предлагаемый алгоритм диагностики плеч ВИП электровоза под нагрузкой на первой зоне регулирования напряжения, на стоянке, также может быть реализован в режиме рекуперативного торможения.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации [текст] / Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1995. - 480 с.: ил., табл.

Таблица 1
Зона	Полупериод	Плечи ВИП
V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8
1	←			α₀			α_p
→				α_p	α₀, α_p
2	←	α_p		α₀₃			α₀
→		α_p		α₀₃	α₀
3	←			α_p		α₀₃			α₀
→				α_p		α₀₃	α₀
4	←	α_p		α₀₃
→		α_p		α₀₃			α₀	α₀

Таблица 2
Зона	Полупериод	Плечи ВИП
V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8
1	←			α₀			α_p
	→				α_p	α₀
	←	α_p			α₀
	→		α_p	α₀
	←	α_p					α₀
	→		α_p			α₀
	←					α_p		α₀
→						α_p	α₀

Таблица 3
Зона	Полупериод	Плечи ВИП
V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8
1	→	α_p			α_p
	←
	→	α_p					α_p
	←
	→			α_p			α_p
	←
	→					α_p		α_p
	←
	→
	←		α_p	α_p
	→
	←		α_p			α_p
	→
	←				α_p	α_p
	→
←						α_p	α_p

Способ диагностики плеч выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза переменного тока под нагрузкой, включающий в себя подачу импульсов управления на плечи выпрямительно-инверторных преобразователей V3, V4 и V5, V6, подключенные к относящейся ко второй зоне регулирования секции 1-2 вторичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что в первой зоне сигналы управления подаются по первому четырехплечевому варианту с возможностью соединения различных вариантов двухполупериодных мостовых схем выпрямления, состоящих из четырех плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, образовывая однофазную мостовую схему из N-х мостов, а затем сигналы управления подаются по второму двухплечевому варианту однополупериодной схемы выпрямления, состоящих из двух плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, работающих только при положительном напряжении полупериода по отношению к подключаемым плечам выпрямительно-инверторного преобразователя посредством переключателя.

Способ оптического контроля износа контактных проводов // 2291066

Изобретение относится к дистанционным измерительным системам и предназначено для контроля степени износа двойного контактного провода сети электропитания железнодорожного транспорта.

Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника // 2243909

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к устройствам диагностики токоприемников электроподвижного состава (ЭПС) в депо (на заводе). .

Способ настройки тягового теплоэлектрического агрегата // 2177608

Изобретение относится к области эксплуатации теплоэлектрических агрегатов, в частности тепловозов на железнодорожном транспорте. .

Устройство для замера и регистрации износа контактного провода // 2120866

Изобретение относится к транспортным средствам с электротягой и предназначено для диагностики состояния контактных проводов. .

Устройство для контроля тиристоров переключателя тягового электродвигателя постоянного тока // 2099208

Изобретение относится к устройствам для контроля тиристоров переключателей тягового электродвигателя постоянного тока, преимущественно ступеней пускового резистора, а именно к электрическим системам транспортных средств, в частности к устройствам защиты тягового электродвигателя от короткого замыкания.

Динамический стенд для диагностического контроля гидравлического амортизатора // 2078698

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в динамических стендах для контроля гидравлических амортизаторов локомотивов и вагонов в условиях депо.

Устройство для проверки частотной характеристики токоприемника // 2025312

Изобретение относится к области исследолвания токосъема на электрическом рельсовом транспорте магистральных, промышленных и городских железных дорог. .

Устройство для определения поперечной жесткости токоприемника преимущественно с полозом // 2025311

Изобретение относится к электрическому рельсовому транспорту, а именно к устройствам диагностики токоприемников электроподвижного состава. .

Устройство для регистрации статической характеристики нажатия токоприемника // 2023602

Изобретение относится к области электрооборудования транспортных средств с электротягой, конкретнее к устройствам для исследования токоприемников электроподвижного состава.

Способ и комплексная система безопасности (ксб) для автоматического управления прицельным торможением подвижного состава // 2392133

Автономный модуль проверки комплексной системы управления и обеспечения безопасности электропоезда // 2400377

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано для проведения тестирования средств устройств безопасности

Устройство для мониторинга теплового состояния и уровня влажности тяговых электрических машин // 2456193

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в системах контроля температуры и влажности тяговых электрических машин в процессе эксплуатации

Устройство для испытаний токоприемников электроподвижного состава // 2466041

Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для динамических испытаний токоприемников электроподвижного состава в лабораторных условиях

Устройство и способ предоставления информации о станциях увеличения величины заряда батареи // 2489680

Компьютеризованный контроль потребления энергии средства транспорта // 2534598

Способ и устройство обеспечивают возможность определения потребления энергии средства транспорта на каждом участке пути, например, при местном сообщении. В дальнейшем развитии осуществляется сравнение текущих данных потребления энергии со сравнительными данными парка средств транспорта. Результат выдается водителю в визуальном представлении, чтобы обеспечить ему возможность интерпретации потребления энергии и мотивировать к энергосберегающему режиму движения. Оценка относящихся к участку пути данных потребления энергии обеспечивает возможность специфических обратных сообщений, например, что водитель на участке пути достиг энергосберегающего наилучшего значения. На стационарной станции также могут использоваться полученные данные, чтобы рассчитывать премии или содействовать мероприятиям по обучению. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для испытаний токоприемников электроподвижного состава // 2548287

Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для испытаний токоприемников электроподвижного состава в лабораторных условиях. Цель изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что известное устройство для испытаний токоприемников электроподвижного состава дополнено блоком сбора продуктов износа токосъемных элементов, расположенным напротив упомянутого блока имитации ветровой нагрузки и связанным с блоком определения массы продуктов износа токосъемных элементов, при этом размеры раструба блока сбора продуктов износа токосъемных элементов превышают размеры полоза токоприемника. 1 ил.

Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети железнодорожного транспорта // 2572797

Изобретение относится к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Способ определения технологических потерь в тяговой сети заключается в том, что измеряют на участке железной дороги ток, напряжение, ординаты поезда во времени. При этом измерения на фидерах контактной сети тяговых подстанций и устройствах усиления системы электроснабжения постоянного или переменного тока осуществляют синхронно с измерениями на электроподвижном составе при помощи систем глобального позиционирования. Результаты измерений передают на сервер обработки данных через корпоративную сеть с тяговых подстанций, устройств усиления и устройств сбора данных в пунктах оборота локомотивных бригад. Определяют технологические потери для произвольного анализируемого участка тяговой сети как разность между расходом электроэнергии, определяемым по данным тяговых подстанций и устройств усиления, и расходом электроэнергии по данным электроподвижного состава. Технический результат заключается в повышении точности определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети. 1 ил.

Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при проследовании участков с временным ограничением скорости с использованием бортовых информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии // 2600960

Изобретение относится к учету потерь электрической энергии электроподвижным составом. Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при проследовании участков с временным ограничением скорости заключается в сравнении фактического значения расхода электроэнергии при временном ограничении скорости с базовым значением расхода электроэнергии для этого же участка. При этом фактическое значение расхода электроэнергии фиксируется с помощью бортового информационно-измерительного комплекса на электроподвижном составе, позволяющего осуществить запись расхода электроэнергии, координат местоположения и скорости с заданным интервалом. Базовое значение расхода электроэнергии определяется как среднее арифметическое значение из выборки поездок с аналогичными параметрами поездов. Отнесение ограничения скорости поезда к временному ограничению осуществляется на основании сравнения фактических координат поезда с координатами мест действия предупреждений об ограничении скорости. Технический результат заключается в повышении точности определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство измерения сопротивления заземления и бортовое зарядное устройство для транспортного средства, оборудованное таким устройством // 2603173

Группа изобретений относится к предохранительным электрическим устройствам. Устройство (26) измерения сопротивления резистора (24) заземления установки содержит: источник (8) тока и амперметр (9), вторую электрическую ветвь (22) и третью электрическую ветвь (23). Источник (8) тока и амперметр (9) расположены на первой электрической ветви (21), выполненной с возможностью соединения фазы (5) сети (3) питания с заземлением (19) установки. Вторая электрическая ветвь (22) выполнена с возможностью соединения провода нейтрали (4) сети (3) питания с заземлением (19) установки. Вторая ветвь (22) содержит резистор (13), к клеммам которого подсоединен вольтметр (14), и первый конденсатор (10), последовательно соединенный с резистором. Третья ветвь (23) выполнена с возможностью соединения провода нейтрали (4) сети с заземлением (19) установки. Третья ветвь (23) содержит второй конденсатор (20) со значением емкости, превышающим емкость первого конденсатора (10). При этом второй конденсатор (20) включен параллельно первому конденсатору (10) и первому резистору (13). Зарядное устройство (1) для зарядки батареи автотранспортного средства содержит устройство (26). Технический результат заключается в повышении точности измерения сопротивления заземления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.