Устройство непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2478046:

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

Изобретение относится к области электроподвижного состава и направлено на совершенствование систем контроля температуры и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования, например, непрерывного температурного контроля сглаживающих реакторов и тяговых электрических двигателей электровоза. Устройство непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза содержит блоки силового электрооборудования, микропроцессорного контроллера, мониторинга локомотива. В блок силового электрооборудования включены датчики температуры, в блок микропроцессорного контроллера включены аналого-цифровые преобразователи, выходные усилители, элементы сравнения. В блок мониторинга локомотива включены данные о температуре силового электрооборудования и сигналы оповещения о ее перегреве. Технический результат заключается в повышении надежности и увеличении срока службы сглаживающих реакторов, тяговых двигателей и выпрямительной установки, экономии энергии на тягу поездов и предотвращения пожаров тягового электрооборудования. 1 ил.

Изобретение относится к разделу совершенствования систем регулирования температуры и автоматического регулирования нагрузки силовых групп электрооборудования подвижного состава, а именно к области непрерывного температурного контроля сглаживающих реакторов (СР) и тяговых электрических двигателей (ТЭД) электровоза.

Главной задачей в области температурного контроля является контроль тепловых параметров выбранного объекта и обеспечение прямого или косвенного воздействия на него для сохранения и поддержания оптимальных условий работы объекта и его работоспособного состояния. Известны несколько способов достижения поставленной цели.

Известна система автоматизированного регулирования скорости вращения валов вентиляторов электровоза переменного тока [1], содержащая тяговый двигатель постоянного тока, в якорную цепь которого включены сглаживающий реактор, вентилятор, датчик тока, включенный в цепь тока якоря тягового двигателя, датчик вентиляции, расположенный в воздуховоде вентилятора, первый блок контакторов, подключенный к обмоткам собственных нужд силового трансформатора электровоза и к обмоткам асинхронного двигателя вентилятора, а также к одному из входов микропроцессора управления, второй блок контакторов, подключенный входами на второй выход микропроцессора управления и на выход тиристорного преобразователя, а своим выходом - к обмоткам приводного двигателя вентилятора, датчики вентиляции и задатчик режима, соединенные с микропроцессором управления, датчик температуры, установленный на шине сглаживающего реактора и соединенный через узел гальванической развязки с входом микропроцессора управления. Эта система релейного действия обладает следующими недостатками: в нем действительные значения температуры агрегатов тягового электрооборудования не измеряются, а рассчитываются в микропроцессоре управления по его тепловой модели с использованием значений выходных сигналов датчиков тока якоря и вентиляции. Это приводит к значительным колебаниям температуры тяговых двигателей, сглаживающего реактора и выпрямительной установки и к снижению их надежности. Амплитуда колебаний температуры этих агрегатов тягового электрооборудования значительно увеличивается при уменьшении температуры наружного охлаждающего воздуха. Кроме того, релейный характер работы вентиляторов приводит к увеличенным в несколько раз затратам энергии на их привод [2]. В процессе эксплуатации этого устройства на сети железных дорог выявлен также недостаток, заключающийся в том, что изменение скорости вращения валов вентиляторов происходит без учета действительной температуры выпрямительной установки, тяговых двигателей и сглаживающих реакторов, которые в отдельных режимах работы электровоза являются лимитирующими по нагреву. Это снижает эффективность этого устройства и надежность силового электрооборудования электровоза.

В рассматриваемой области, наиболее близкой, по технической сущности к заявленной, является система автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры СР тягового транспортного средства.

Это устройство (прототип) содержит: тяговый трансформатор, к вторичной обмотке которого подключена тяговая выпрямительная установка, соединенная с тяговым двигателем постоянного тока, в якорную цепь которого включен сглаживающий реактор; силовой трансформатор, подключенный к обмотке собственных нужд тягового трансформатора; статический преобразователь частоты, подключенный к силовому трансформатору; асинхронный двигатель, статорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, а вал соединен с валом вентилятора охлаждения, в воздуховодах которого расположены тяговый двигатель, сглаживающий реактор и тяговая выпрямительная установка. Тяговая выпрямительная установка дополнительно содержит устройство коррекции коэффициента передачи регулятора температуры по подаче вентилятора, содержащее математическую модель систем охлаждения сглаживающего реактора, тягового двигателя и тяговой выпрямительной установки как объекта регулирования температуры в статике и предназначенное для автоматического изменения коэффициента передачи регулятора температуры по отклонению таким образом, чтобы коэффициент передачи системы регулирования оставался бы постоянным во всех диапазонах изменения тока тягового двигателя, температуры наружного охлаждающего воздуха и подачи вентилятора. Первое измерительное устройство, предназначенное для измерения температуры сглаживающего реактора. Второе измерительное устройство, предназначенное для измерения тока тягового двигателя. Третье измерительное устройство, предназначенное для измерения температуры наружного охлаждающего воздуха. Четвертое измерительное устройство, предназначенное для измерения подачи вентилятора. Первое, второе и третье задающие устройства; первое, второе и третье сравнивающие устройства. Третье сравнивающее устройство связано с устройством коррекции, третьим измерительным устройством и третьим задающим устройством, второе сравнивающее устройство связано с устройством коррекции, со вторым измерительным устройством и вторым задающим устройством, а первое сравнивающее устройство связано с устройством коррекции, с первым измерительным устройством, первым задающим устройством. Устройство коррекции, в свою очередь, связано с четвертым измерительным устройством и статическим преобразователем частоты.

Недостатками данной системы являются: сложность предлагаемой установки, не учтена работа асинхронной машины при пониженных напряжениях, ненадежным элементом является статический преобразователь частоты, что, несомненно, влияет на работу асинхронного двигателя. Данное устройство не способно влиять на электрические параметры (ток и напряжение) цепи выпрямительно-инверторный преобразователь - сглаживающий реактор - тяговые электрические двигатели (ВИЛ - СР - ТЭД), а лишь способно считывать информацию с определенной точностью и воздействовать на данную цепь путем увеличения количества охлаждающего воздуха, чего явно недостаточно в эксплуатации и что также не исключает возникновения пожара на электровозе.

Задачей, поставленной перед разработчиками, было создание устройства непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза при типовой системе управления с целью повышения надежности и, как следствие, уменьшения пожаров на электровозе.

Поставленная задача решается тем, что устройство непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза, содержащее блоки силового электрооборудования, питания, микропроцессорного контроллера, мониторинга локомотива, отличающееся тем, что в блок силового электрооборудования включены датчики температуры, в блок микропроцессорного контроллера включены аналого-цифровые преобразователи, выходные усилители, элементы сравнения, а в блок мониторинга локомотива включены данные о температуре силового электрооборудования и сигналы оповещения о его перегреве.

Данное устройство поясняется чертежом, представленным на фиг.1.

Функциональная схема предлагаемого устройства содержит:

I - блок силового электрооборудования;

II - блок питания;

III - блок микропроцессорного контроллера;

IV - блок мониторинга локомотива.

Блок силового электрооборудования (поз.I) содержит: формирователи импульсов (СФИ - поз.1), формирующие и распределяющие по тиристорам ВИП управляющие импульсы требуемых параметров с заданной фазой и в заданной алгоритмом последовательности; выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП - поз.2) 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; сглаживающий реактор (СР - поз.3) предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей; датчики температуры (Д - поз.4), предназначенные для определения температуры СР и тяговых электрических двигателей; тяговые электрические двигатели (ТД - поз.5) предназначены для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую, передаваемую с вала двигателя на колесную пару электровоза; датчики тока двигателей (ДТ - поз.6), предназначенные для формирования электрического сигнала, пропорционального току двигателей.

Блок питания (поз.II) содержит элемент питания (БП - поз.7) датчиков температуры.

Блок микропроцессорного контроллера (поз.III) содержит: два идентичных микропроцессорных контроллера МПК1 и МПК2 (поз.8 и 9), они предназначены для управления коллекторными тяговыми двигателями; каждый МПК включает в себя: формирователи входных сигналов (БВС - поз.10) слежения α₀ за потенциальными условиями открытия тиристоров; формирователи сигналов (БФ - поз.11), содержащие схему обработки сигналов датчиков углов коммутации; аналого-цифровые преобразователи (БАЦП - поз.12), содержащие схему обработки аналоговых сигналов датчиков токов, напряжений и температуры, а также задатчиков пульта машиниста; микропроцессорный контроллер (БМК - поз.13), осуществляющий логическую обработку и вычислительные операции реализуемыми программными методами в микроконтроллере; формирователи дискретных сигналов ввода/вывода (БВВ - поз.14), предназначены для задания режима работы и формирования сигналов управления контакторами ослабления поля, песочницами, преобразователем частоты фаз вентиляторов и панелью индикации пульта машиниста, а также обеспечивают стыковку МПК с оборудованием электровоза, работающего с уровнем напряжения бортовой сети 50 В и гальваническую развязку цепей микроконтроллера; выходные усилители (БВУ - поз.15 и 16) служат для гальванической развязки цепей выходных сигналов от цепей микроконтроллера и элементы согласования с внешними устройствами усиливают сигналы, сформированные БМК.

В блок микропроцессорного контроллера дополнительно установлены выходные усилители (БВУ - поз.17) и аналого-цифровые преобразователи (БАЦП - поз.18). Дополнительные элементы применяются для оцифровки сигналов, поступающих от аналоговых температурных датчиков на элемент сравнения (или мах - поз.19), а далее в блок БМК и для усиления сигналов управления ВИП на выходе БМК, предназначенные для управления ВИПами электровоза.

Блок мониторинга локомотива (поз.IV) содержит сигнальную аппаратуру, позволяющую на пульте машиниста увидеть температуру электрооборудования, этот же блок подаст сигнал о тепловом перегреве оборудования. Использование сигнализации (поз.20) позволит предупредить машиниста о перегреве силовой группы сглаживающий реактор - тяговые двигатели.

Согласно разработанной функциональной схеме устройства непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза в эксплуатации предлагается применить датчики температуры (поз.4), измеряющие температуру на крайних витках сглаживающих реакторов (поз.3) и на статоре тягового двигателя. Таким образом температура СР и ТД измеряются непрерывно при эксплуатации электровоза. Данные сигналов температурных датчиков (поз.4) поступают в блок микропроцессорного контроллера (поз.II), где сигналы преобразуются и поступают на вход БМК (поз.13). БМК (поз.13) по специально разработанной программе с заданной частотой проводит последовательный опрос каналов температурных датчиков (поз.4) и выявляет наибольший по величине сигнал, выявляя, таким образом, максимально-допустимую температуру СР (поз.3) и ТД (поз.5). БМК проводит селективное управление ВИП (поз.2) электровоза посредством алгоритма замыкания электронных ключей через дополнительный БВУ (поз.17). Сигналы управления от БМК увеличивают фазу тиристоров плеч ВИП (поз.2). В результате токовая нагрузка с более нагруженного блока силового электрооборудования (поз.I) распределяется равномерно между остальными группами двигателей (поз.5), снижая ток перегретой силовой группы, без существенной потери силы тяги электровоза. Блок мониторинга локомотива (поз.IV) оповещает машиниста о перегреве блока силового электрооборудования (поз.I), показывая температуру сглаживающего реактора (поз.3) и ТД (поз.5). Таким образом, производятся непрерывный температурный контроль и защита силового оборудования от возгорания в эксплуатации.

Технический результат заключается в повышении надежности и продлении срока службы сглаживающих реакторов (поз.3), тяговых двигателей (поз.5) и выпрямительно-инверторных преобразователей (поз.2), экономии энергии на тягу поездов на 3,5-7% и предотвращения пожаров тягового электрооборудования.

Список использованной литературы

1. Патент РФ №2295461, МПК B60L 1/12, заявлен 09.09.2005 г.

2. Патент РФ №2406622 С2, МПК B60L 1/12, заявлен 16.05.2008 г.

Устройство непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза, содержащее блоки силового электрооборудования, питания, микропроцессорного контроллера, мониторинга локомотива, отличающееся тем, что в блок силового электрооборудования включены датчики температуры, в блок микропроцессорного контроллера включены аналого-цифровые преобразователи, выходные усилители, элементы сравнения, в блок мониторинга локомотива включены данные о температуре силового электрооборудования и сигналы оповещения о ее перегреве.

Изобретение относится к способу питания резервного вспомогательного оборудования, вспомогательному преобразователю и железнодорожному транспортному средству, в котором используется этот способ.

Способ регулирования мощности тягового генератора тепловоза // 2466039

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности - к тяговым системам тепловозов. .

Схема питания вспомогательных нагрузок локомотива // 2462374

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к электроподвижному составу, имеющему средство для питания вспомогательных трехфазных нагрузок.

Способ формирования поездов из отдельных вагонов // 2460653

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. .

Гибридное транспортное средство и способ управления электроэнергией гибридного транспортного средства // 2453455

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза // 2443576

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и направлено на совершенствование процесса регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза, работающего с тяговыми генераторами постоянного или переменного тока.

Преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием вспомогательных систем вагона пассажирского поезда // 2432268

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование средств обеспечения бесперебойным электрическим питанием вспомогательных систем пассажирских вагонов, содержащих преобразователь напряжения.

Автоматическая комбинированная микропроцессорная система регулирования температуры сглаживающего реактора тягового транспортного средства // 2406622

Изобретение относится к автоматическим системам управления регулирования на тяговом подвижном составе. .

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза // 2405685

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и направлено на усовершенствование способа регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза.

Способ регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза // 2397886

Изобретение относится к способу регулирования напряжения вспомогательного генератора переменного тока тепловоза в его электрической тяговой системе. .

Железнодорожный поезд с вспомогательной сетью электрического питания // 2491181

Способ зарядки автомобильного аккумулятора // 2496205

Способ зарядки автомобильного аккумулятора относится к области зарядки батарей от зарядного агрегата с неэлектрическим первичным источником и предназначен для зарядки автомобильного аккумулятора с использованием магнитного поля Земли в результате движения автомобиля. Способ зарядки автомобильного аккумулятора заключается в использовании цепи зарядного устройства с электрическим контуром. Электрический контур выполняют в виде плоской катушки, закрепляют ее на крыше автомобиля стационарно и/или приводят во вращение. А генерируемый под воздействием магнитного поля Земли от движения автомобиля и/или вращения плоской катушки возникающий в ней электрический ток преобразуют в зарядный ток, которым и заряжают автомобильный аккумулятор. Технический результат - снижение энергопотребления за счет использования магнитного поля Земли для зарядки аккумулятора на автомобиле во время движения. 1 ил.

Устройство управления прогревом для транспортного средства // 2510338

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для управления прогревом транспортного средства, оснащенного батареей, заряжаемой от внешнего источника питания. Техническим результатом является повышение эффективности энергоснабжения. Устройство управления прогревом для транспортного средства включает в себя батарею (6), подающую электричество в электромотор, который приводит в движение транспортное средство, и может заряжаться с помощью тока, подаваемого извне транспортного средства, и обогреватель (7), вырабатывающий тепло, которое прогревает транспортное средство посредством вышеуказанного тока. Устройство управления прогревом дополнительно включает в себя блок (2) получения температуры, получающий температуру батареи (6), и блок (4) управления распределением тока, увеличивающий ток (IHE) питания обогревателя, подаваемый в обогреватель (7) по мере того, как температура батареи (6) снижается. Оно может эффективно использовать энергию из внешнего источника питания для зарядки и прогрева. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ измерения и контроля намагниченности рельсов // 2519473

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю характеристик магнитных полей, и может быть использовано, в частности, на железнодорожном транспорте для регистрации и контроля магнитной индукции в рельсах. При осуществлении способа контроля намагниченности рельсов определяют значение магнитной индукции, сравнивают величину магнитной индукции рельсов с предельно допустимыми значениями магнитной индукции для обеспечения работы автоматической локомотивной сигнализации без сбоев, которые определяют при автономной тяге поездов, тяге переменного и постоянного токов. При превышении данного значения производят операцию размагничивания рельсов. Для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки в путь размагничиванию, величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 1,0 мТл, а для участков пути с рельсами внутри колеи или по концам шпал величина предельно допустимого значения магнитной индукции составляет не более 7,0 мТл. Технический результат заключается в повышении точности измерения как для новых рельсов,так и для рельсов, эксплуатирующихся в пути. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ управления освещением железнодорожного остановочного пункта // 2534154

Изобретение относится к железнодорожному оборудованию. Способ управления освещением железнодорожного остановочного пункта включает в себя светочувствительный элемент, который при приближении локомотива освещается его головным прожектором и падает сигнал на автоматическое включение осветительных приборов остановочного пункта, также в схему включен еще один светочувствительный элемент, который дает команду на включение осветительных приборов только по факту наступления темного времени суток, так что освещение на остановочном пункте будет включено только в случае, когда наступит темное время суток и к остановочному пункту будет подходить локомотив. Техническим результатом при использовании способа управления освещением железнодорожного остановочного пункта является снижение потребления электроэнергии и увеличение безопасности пассажиров. 2 з.п. ф-лы ,1 ил.

Шахтное транспортное средство // 2539616

Настоящее изобретение относится к шахтному транспортному средству и способу работы шахтного транспортного средства. Шахтное транспортное средство содержит трехфазный или многофазный тяговый электродвигатель. Номинальная мощность тягового двигателя определяется на основании некоторой приводной скорости и нагрузки, при этом тяговый двигатель имеет номинальный крутящий момент при некоторой скорости вращения. Тяговый двигатель соединяют с ведущим колесом шахтного транспортного средства с использованием постоянного передаточного отношения. Управление скоростью вращения тягового двигателя осуществляется посредством использования контроллера двигателя. Данный тяговый двигатель приводят в действие в соединении треугольником с некоторой приводной скоростью и при необходимости увеличивают крутящий момент тягового двигателя при более низкой приводной скорости по сравнению с некоторой приводной скоростью посредством осуществления работы тягового двигателя в соединении звездой и одновременно кратковременной перегрузки тягового двигателя. Технический результат заключается в обеспечении номинального крутящего момента при заданной скорости вращения при использовании постоянного передаточного отношения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Система автономного электроснабжения на постоянном токе подвижного агрегата // 2545165

Изобретение относится к системам автономного электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники, входящим в состав систем генерации, преобразования и распределения электроэнергии постоянного тока. Технический результат заключается в повышении надежности работы и обеспечении бесперебойности электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока различных категорий надежности электроснабжения. Для решения этих задач предлагаемая система автономного электроснабжения на постоянном токе подвижных агрегатов содержит преобразователь в виде компенсированного выпрямителя, распределительное устройство, включающее шины постоянного тока и разделительные диоды. К шинам постоянного тока подключены: автономный инвертор с потребителем электрической энергии переменного тока, потребитель постоянного тока, стабилизатор напряжения с подключенным к нему потребителем электрической энергии постоянного тока, критичный к изменению уровня напряжения питания, подзарядное устройство, аккумуляторная батарея, вентильный синхронный генератор со смещенными на 90° обмотками, выходными выводами подключенными к трехфазным мостовым схемам выпрямления. 2 ил.

Компонент транспортного средства // 2553602

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Компонент транспортного средства для кузова содержит одну линию, которая интегрирована в компонент транспортного средства. Компонент транспортного средства выполнен из волоконного композиционного материала, представляющего собой пластик, армированный углеродным волокном. Материал содержит несколько слоев углеродных волокон. Линия состоит из сплошного металлического стержня, такого как алюминиевый или медный стержень. Достигается повышение надежности компонента транспортного средства. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ формирования и снабжения электроэнергией поездов из наземных транспортных средств с электроприводом и устройство для его осуществления // 2569205

Группа изобретений относится к способам, электрическим цепям или устройствам для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ включает в себя присоединение локомотива к воздушной линии энергоснабжения посредством токоприемника и преобразование электрической энергии. Передача электроэнергии от локомотива первому автомобилю, присоединившемуся к поезду и от первого на второй, третий и последующие автомобили посредством автоматических соединителей электрических разъемов. Устройство включает в себя установленный на крыше локомотива токоприемник, преобразователь электрической энергии, который создает на выходе соответствующее напряжение. Автоматический соединитель электрических разъемов содержит электрическое гнездо, установленное на задней части локомотива и каждого автомобиля и электрическую вилку, конструктивно соответствующую гнезду, закрепленную на штоке гидроцилиндра, установленного в передней нижней части днища каждого автомобиля, с возможностью перемещения вдоль продольной оси автомобиля. Лазерный локатор закреплен на передней части каждого автомобиля. При этом установленные на одном автомобиле гнездо и вилка электрически соединены между собой. Система автоматического управления контролирует движение локомотива и каждого автомобиля. Технический результат группы изобретений заключается в увеличении пропускной способности дорог, экономии энергии и повышении безопасности движения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для подзарядки аккумулятора электромобиля // 2571887

Изобретение относится к машиностроению. Устройство для подзарядки аккумулятора электромобиля содержит поршневую пару, состоящую из цилиндра, на крышках которого закреплены клапанные камеры, и поршня. В клапанной камере установлен с возможностью осевого перемещения клапан, шток которого размещен внутри клапана с возможностью осевого перемещения. На штоке жестко закреплены диски, шток жестко закреплен на поршне. На клапанной камере закреплены: трубка, сообщающаяся через тройник с баллоном для сжатого воздуха, трубка, сообщающаяся с полостью цилиндра, и трубка для вытеснения воздуха из цилиндра наружу. Шток поршня через кривошипно-шатунный механизм и повышающий редуктор соединен с генератором. Повышается экологичность устройства для подзарядки. 2 ил.