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

Авторы патента:

B60L3/10 - указывающие на пробуксовку или юз колес

Владельцы патента RU 2446063:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями, питаемыми от полупроводниковых статических преобразователей. В способе используют 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 Δа меньше линейного ускорения локомотива а_Л, и a₁, которое в режиме тяги на Δа больше а_л (в режиме торможения наоборот). Также используется внутренний контур регулирования момента двигателя, входным сигналом которого является выходной сигнал регулятора частоты вращения с учетом ограничения по моменту. Выбор между значениями а₀=а_л-Δа и а₁=а_л+Δа (в режиме тяги) или а₀=а_л+Δа и а₁=а_л-Δа (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 и 2-й блок - регулятор абсолютной величины скорости скольжения. Достигается управление тяговым электроприводом локомотивом на пределе по сцеплению колес с рельсами с одновременным контролем вибраций. 1 ил., 1 табл.

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 ΔМ 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 ΔV 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: α₀, которое в режиме тяги на небольшую величину Δа меньше линейного ускорения локомотива α_Л, и α₁, которое в режиме тяги на Δα больше α_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 α₀=α_Л-Δα и α₁=α_Л+Δα (в режиме тяги) или α₀=α_Л-Δα и α₁=α_Л+Δα (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 ΔV_ск=|V_Д-V_Л|, имеющий релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающийся при увеличении ΔV_ск выше значения ΔV_скmах и уменьшении ниже значения ΔV_скmin, где ΔV_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≤ΔV_скmах≤0,8 м/с; нижние значения из интервала: 0,17 м/с≤ΔV_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: α₀ и α₁, одно из которых на величину Δα больше ускорения локомотива, а другое - меньше. Переключение между значениями α₀ и α₁ 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
U_к	ΔV_ск	Задание ускорения	Дополнительный контроль
↑	↑	a₀	-
↓	↑	a₀	-
↓	↓	a₁	-
↑	↓	a₁	Световой сигнал: «Проверить крепление узлов тяговой передачи»

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 Δа меньше линейного ускорения локомотива а_л, и a₁, которое в режиме тяги на Δа 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-Δа и а₁=а_л+Δа (в режиме тяги) или а₀=а_л+Δа и а₁=а_л-Δа (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 ΔV_ск=|V_д-V_л,|, имеющий релейную характеристику с гистерезисным допуском без зоны нечувствительности и переключающийся при увеличении ΔV_ск выше значения ΔV_скmах и уменьшении ниже значения ΔV_скmin, где ΔV_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≤ΔV_скmах≤0,8 м/с; нижние значения из интервала: 0,17 м/с≤ΔV_скmin≤0,25 м/с.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам для автоматической защиты колесно-моторных блоков танспортных средств от боксования их колесных пар при тяге или от юза при электрическом торможении.

Микропроцессорная система защиты от боксования для электровозов постоянного тока // 2440898

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для использования в электровозах постоянного тока. .

Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору // 2428326

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями. .

Определение скорости локомотива // 2426659

Способ защиты от боксования и юза колесных пар электроподвижного состава с вентильно-индукторным электроприводом // 2382707

Изобретение относится к области электроподвижного состава железных дорог и предназначено для автоматизации управления электроприводом локомотивов и моторных вагонов с индукторными двигателями.

Устройство для автоматической ликвидации боксования и юза колесно-моторных блоков электроподвижного состава // 2364525

Изобретение относится к электроподвижному составу железных дорог. .

Устройство для измерения скорости и обнаружения боксования и юза транспортного средства // 2360805

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на локомотивах, моторвагонных подвижных составах с целью повышения безопасности и регулирования движения поездов.

Противобоксовочное устройство локомотивов // 2350486

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на совершенствование противобоксовочных свойств локомотивов. .

Противобоксовочное устройство // 2342259

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на совершенствование противобоксовочного устройства локомотивов. .

Устройство для контроля скорости скольжения колесных пар // 2337839

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть применено на транспортных средствах с двигателями постоянного тока. .

Способ управления тяговым электроприводом многоколесного транспортного средства и устройство для его осуществления // 2483950

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в тяговых электроприводах автономных пневмоколесных транспортных средств, в том числе и внедорожных, например колесных тракторов и автопоездов повышенной проходимости

Система управления положением // 2532305

Изобретение относится к системам управления положением. Способ управления транспортным средством (ТС), колеса которого расположены на постоянной трассе, включает в себя определение фактической скорости ТС и сравнение фактической скорости с командой управления скоростью ТС. Результат сравнения используют для определения наличия буксования колес. Затем уменьшают скорость ТС относительно команды управления скоростью ТС при возникновении буксования колес. Система управления движением для управления множеством транспортных средств на трассе содержит процессор трассы, множество процессоров ТС, множество модулей коррекции управления положением и множество систем привода и торможения ТС. Способ определения буксования колеса ТС включает в себя определение фактической скорости ТС, сравнение фактической скорости ТС с ожидаемой скоростью, определение буксования колеса ТС на основе сравнения фактической скорости и ожидаемой скорости и уменьшение скорости для выравнивания фактической скорости ТС при определении буксования колеса. Изобретение направлено на возможность корректировки скорости ТС с учетом буксования колес и корректировки расстояния между ТС. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Автоматизированное устройство для защиты от боксования колесных пар электроподвижного состава // 2540223

Изобретение относится к электрооборудованию электроподвижного состава. Устройство содержит систему управления электроподвижным составом (ЭПС), датчики частоты колесной пары (КП), подсоединенные к блоку частоты вращения КП, тяговые электродвигатели (ТЭД), по два на каждую из двух тележек, блок управления устройством подачи песка, регулятор напряжения обмоток тягового электродвигателя, выполненный с четырьмя уровнями регулирования напряжения, выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) установлен на каждой тележке для двух ее тяговых электродвигателей, каждый из которых снабжен двумя контакторами. Система управления ЭПС выполнена из микропроцессорного блока (МБ), блока управления контакторами, блока управления устройством подачи песка, причем выход блока частоты вращения КП соединен с первым входом микропроцессорного блока, вход-выход которого соединен с входом-выходом блока управления контакторами, первый выход МБ соединен с входами ВИП каждой из тележек, а второй выход МБ - с входом блока управления устройством подачи песка, третий выход соединен с входом регулятора напряжения обмоток ТЭД. ВИП подсоединен двумя цепями, соответственно, к обмоткам первого и второго тягового электродвигателя тележки. Выходы ВИП двух тележек соединены со вторым входом МБ, блок управления контакторами имеет четыре пары выходов, каждая из которых предназначена для замыкания или размыкания первого и второго контакторов ТЭД. Технический результат заключается в снижении расхода песка и экономии электрической энергии, питающей тяговые электродвигатели. 1 ил.

Способ управления тяговым приводом транспортного средства // 2548832

Изобретение относится к способу управления тяговым приводом транспортного средства. Способ заключается в том, что задают величины регулируемых параметров тягового привода, вычисляют требуемые суммарные тяговые усилия на движителях левого и правого бортов транспортного средства, вычисляют приведенную частоту вращения каждого движителя. Если режим движения тяговый, то из приведенных частот выделяют минимальную, а если режим движения тормозной, то выделяют максимальную частоту, определяют соответствующий выделенной частоте номер движителя, вычисляют значения абсолютного проскальзывания движителя, вычисляют оценку абсолютного проскальзывания каждого движителя, приведенную к месту установки выделенного движителя. Определяют расчетные величины регулируемых параметров каждого движителя и вычисляют максимальные достижимые суммарные тяговые усилия левого и правого бортов. Если тяговый привод транспортного средства может реализовать суммарные требуемые тяговые усилия на движителях обоих бортов, то реализуют их, а если суммарные требуемые тяговые усилия хотя бы одного борта больше максимального достижимого суммарного тягового усилия этого борта, то осуществляют управление в одном из трех режимов. Технический результат заключается в повышении курсовой устойчивости транспортного средства, максимально возможной реализации требуемых тяговых усилий, при наиболее широких возможностях применения способа управления. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Энергоэффективный способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору // 2586944

Изобретение относится к способам для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления асинхронными тяговыми двигателями включает вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора в блоке DTC (Direct Torque Control) по двигателю первой оси тележки. При этом вычисление задания на момент, подаваемого в блок DTC, ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной скорости вращения параллельно включенных асинхронных двигателей. В режиме тяги управление ведется по максимальной, а в режиме торможения - по минимальной скорости вращения. Задание на потокосцепление статора , подаваемое в блок DTC, определяется по заданной зависимости потокосцепления от задания на электромагнитный момент двигателя , предварительно рассчитанной из условия минимума тока статора с учетом насыщения двигателя. При включении двигателей под напряжение в первые моменты времени задание на потокосцепление определяется в зависимости от времени. Технический результат заключается в обеспечении высокодинамичного регулирования момента тяговых двигателей и предупреждения буксования и юза. 1 ил.

Устройство регулирования торможения рельсового транспортного средства, тормозная система рельсового транспортного средства, рельсовое транспортное средство и способ регулирования тормозной системы рельсового транспортного средства // 2622506

Группа изобретений относится к тормозным системам рельсового транспорта. Устройство регулирования торможения рельсового транспорта имеет возможность соединения для управления первым и вторым тормозными устройствами, регулирования тормозных устройств независимо друг от друга, определения и/или регистрации фактического юза колес, регулирования колеса в заданных диапазонах заданных значений юза. Устройство регулирования торможения управляет тормозными устройствами в общем диапазоне, обеспечивающем наиболее эффективное торможение. Тормозная система рельсового транспортного средства содержит устройство регулирования торможения. Способ регулирования тормозной системы, при котором регистрируют и/или определяют фактический юз первого и второго колес; управляют первым и вторым тормозным устройствами для регулирования колеса в первом и во втором диапазонах заданных значений юза; определяют наиболее эффективное торможение и управляют тормозными устройствами для регулирования колес в общем диапазоне заданных значений юза. Достигается улучшение торможения за счет улучшенного коэффициента сцепления колес с рельсами. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.