Способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями

Изобретение относится к способу предотвращения буксования колес. Способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями заключается в том, что измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, текущую температуру внешней среды тяговой секции и текущее горизонтальное положение тяговой секции. Измеренные значения температуры внешней среды тяговой секции и горизонтального положения тяговой секции подают на входы заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения. По алгоритмам заранее обученной искусственной нейронной сети определяют значение глубины процесса боксования. Вычисляют абсолютную разницу измеренных значений активных электрических мощностей. Определяют пороговую мощность по измеренным текущим значениям активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей и значению глубины процесса боксования. Абсолютную разницу активных электрических мощностей сравнивают с пороговой мощностью и выдают корректирующий сигнал о снижении угловой частоты вращения движущейся с избыточным скольжением колесной пары. Технический результат заключается в повышении тяговых свойств электроподвижного состава. 1 ил.

 

Изобретение относится к транспортной технике, в частности к автоматизации тягового привода электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями.

Известен способ обнаружения и предотвращения боксования колесной пары рельсового транспортного средства, согласно которому сравнивают электрический сигнал, характеризующий режим работы колесной пары с заданным пороговым значением по частоте, при превышении частотой этого порогового значения судят о возникновении боксования (Гриневич В. Способ обнаружения и предотвращения боксования колесной пары рельсового транспортного средства. Патент РФ (RU) 2072670, B60L 3/10 1994 г.). Для реализации способа указанный электрический сигнал формируют посредством упруго-диссипативных элементов установленных на колесах ведущих пар, что существенно усложняет систему и снижают ее надежность.

Известен способ, заключающийся в том, что при возникновении боксования (юза) одной или нескольких колесных пар и изменении сигналов, пропорциональных ускорению (замедлению) колесных пар до заданного уровня, вырабатывают управляющие сигналы изменяющие режимы работы систем электропривода (Киреев А.В. Способ защиты от боксования и юза колесных пар электроподвижного состава с вентильно-индукторным электроприводом. Патент РФ (RU) 2382707, B60L 3/10 2010 г.). Недостатком данного способа является длительное время обнаружения избыточного скольжения по сигналам пропорциональных ускорению (замедлению), связанное с большой инерционностью электроподвижного состава.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ, заключающейся в том, что при возникновения боксования одной или нескольких колесных пар измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, вычисляют абсолютную разницу измеренных значений активных электрических мощностей, абсолютную разницу активных электрических мощностей сравнивают с пороговой мощностью и выдают корректирующий сигнал о снижении угловой частоты вращения движущейся с избыточным скольжением колесной пары или угловых частот вращения движущихся с избыточным скольжением колесных пар (Харисов И.Р., Лимонов Д.Э., Шатравин К.М., Коробицын К.Р. Способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями. Патент РФ (RU) 2720864, B60L 3/10 2020 г.). Недостатком такого способа является ложное определение избыточного скольжения связанное с не учетом внешних погодных условий и горизонтального положения тяговой секции, вследствие чего ухудшаются тяговые свойства электроподвижного состава.

Задачей изобретения является повышение тяговых свойств электроподвижного состава.

Решение поставленной задачи достигается тем, что при возникновении боксования одной или нескольких колесных пар измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, текущую температуру внешней среды тяговой секции и текущее горизонтальное положение тяговой секции. Подают на входы заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения измеренные значения температуры внешней среды тяговой секции и горизонтального положения тяговой секции, а затем с выхода заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения получают значение глубины процесса боксования. Вычисляют абсолютную разницу измеренных значений активных электрических мощностей. Значение абсолютной разницы активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей сравнивают со значением пороговой мощности, характеризующей связь между активной электрической мощностью и глубиной процесса боксования, и выдают корректирующий сигнал о снижении угловой частоты вращения движущейся с избыточным скольжением колесной пары или угловых частот вращения движущихся с избыточным скольжением колесных пар.

Суть предлагаемого способа защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями поясняется функциональной схемой устройства приведенной на фиг. 1, реализующей предлагаемый способ на примере двухдвигательного асинхронного тягового привода.

Согласно изобретению для определения боксования одной или нескольких колесных пар, измеряют текущие значения активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, текущую температуру внешней среды тяговой секции и текущее горизонтальное положение тяговой секции. Подают на входы заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения измеренные значения температуры внешней среды тяговой секции и горизонтального положения тяговой секции. Вычисляют с помощью заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения значение глубины процесса боксования. Вычисляют абсолютную разницу измеренных значений активных электрических мощностей. При достижении значения абсолютной разницы между потребляемыми активными мощностями большее, чем значение пороговой мощности, характеризующей связь между активной электрической мощностью и глубиной процесса боксования, вырабатывается управляющее воздействие на снижение угловой частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя потребляющего наименьшую активную электрическую мощность. Определение избыточного скольжения путем сравнения пороговой мощности, учитывающей глубину процесса боксования, и абсолютной разницы активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей с последующим снижением угловой частоты вращения вала асинхронного тягового двигателя и соответствующей ему колесной пары движущейся с избыточным скольжением, повышает точность определения боксования, повышает сцепные свойства и силу тяги электроподвижного состава, вследствие чего возрастают тяговые свойства электроподвижного состава.

Ведущие оси транспортного средства согласно фиг. 1, снабжены частотно-регулируемыми приводами 1 и 2 с векторным управлением, содержащими асинхронные тяговые двигатели 3 и 4 и системы векторного управления 5 и 6 с регуляторами скорости 7 и 8.

Устройство защиты от боксования содержит датчики мощности 9 и 10, которые измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей 3 и 4. Выходы датчиков мощности 9 и 10 соединены с входами сравнивающих элементов 11 и 12, которые определяют асинхронные тяговые двигатели 3 и 4 с наименьшей и наибольшей мощностью. Выходы датчиков мощности 9 и 10 соединены с входами блока определителя 13, который определят значение абсолютной разницы мощностей асинхронных тяговых двигателей 3 и 4. Устройство содержит датчик температуры 14, который измеряет текущую температуру внешней среды тяговой секции и датчик горизонтального положения 15, который измеряет текущее горизонтальное положение тяговой секции. Выходы датчика температуры 14 и датчика горизонтального положения 15 соединены с входами блока нейронной сети 16, который на основании алгоритмов заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения выдает сигнал о глубине процесса боксования β_ψ. Выход блока нейронной сети 16 и выходы датчиков мощности 9 и 10 соединены с входами блока задания разницы мощности 17 который определяет значение пороговой мощности P_β. Выход блока задания разницы мощности 17 и выход блока определителя 13 соединены с входами блока обнаружения боксования 18, который формирует управляющие сигналы о наличии или не наличии избыточного скольжения. Выходы сравнивающих элементов 11 и 12 и блока обнаружения боксования 18 соединены с входами блока формирования корректирующей скорости 19, который формирует корректирующие задание по скорости.

Блок нейронной сети 16 на основании алгоритмов заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения с сигмоидальной функцией активации определяет значение глубины процесса боксования β_ψ. Входами заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения являются текущие измеренные значения температуры внешней среды тяговой секции и горизонтального положения тяговой секции. Выходом заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения является значение глубины процесса боксования β_ψ. Выход заранее обученной искусственной нейронной сети варьируется от нуля до единицы. Единица соответствует максимальной глубине процесса боксования. Нуль соответствует минимальной глубине процесса боксования.

Блок задания разницы мощности 17 определяет значение выходного сигнала по следующему выражению:

где Р_β - пороговая мощность;

P_i - текущая активная электрическая мощность статорной обмотки i-го асинхронного тягового двигателя;

n - количество асинхронных тяговых двигателей участвующих в расчете;

β_ψ - глубина процесса боксования.

В случае движения электроподвижного состава без избыточного скольжения одной или нескольких колесных пар, датчики мощности 9 и 10 производят измерения текущих активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей 3 и 4, и передают измеренные значения на входы сравнивающих элементов 11 и 12, блока определителя 13 и блока задания разницы мощности 17. Датчик температуры 14 и датчик горизонтального положения 15 производят измерения текущей температуры внешней среды тяговой секции и текущего горизонтального положения тяговой секции соответственно и передают измеренные значения на входы блока нейронной сети 16. Блок нейронной сети 16 на основании алгоритмов заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения определяет значение глубины процесса боксования β_ψ. Далее значение глубины процесса боксования β_ψ передается на вход блока задания разницы мощности 17. При меньшем выходном значении датчика мощности 9, чем выходное значение датчика мощности 10 сравнивающий элемент 11 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 3 как двигателя с наименьшей мощностью, а сравнивающий элемент 12 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 4 как двигателя с наибольшей мощностью. При меньшем выходном значении датчика мощности 10, чем выходное значение датчика мощности 9 сравнивающий элемент 12 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 4 как двигателя с наименьшей мощностью, а сравнивающий элемент 11 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 3 как двигателя с наибольшей мощностью. При этом блок определителя 13 вычисляет абсолютную разницу между выходным значением датчика мощности 9 и выходным значением датчика мощности 10, и выдает вычисленное выходное значение величины на вход блока обнаружения боксования 18, который сравнивает полученное значение с выходным значением пороговой мощности Р_β блока задания разницы мощности 17. При отсутствии избыточного скольжения выходное значение величины блока определителя 13 не превышает выходного значения пороговой мощности Р_β блока задания разницы мощности 17, и блок обнаружения боксования 18 выдает сигнал об отсутствии избыточного скольжения. Блок формирования корректирующего задания 19 принимает сигналы от сравнивающих элементов 11 и 12 и блока обнаружения боксования 18, и не выдает корректирующие воздействия на входы регуляторов скорости 7 и 8 векторных систем управления 5 и 6.

В случае движения электроподвижного состава с избыточным скольжением одной или нескольких колесных пар, датчики мощности 9 и 10 производят измерения текущих активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей 3 и 4, и передают измеренные значения на входы сравнивающих элементов 11 и 12, блока определителя 13 и блока задания разницы мощности 17. Датчик температуры 14 и датчик горизонтального положения 15 производят измерения текущей температуры внешней среды тяговой секции и текущего горизонтального положения тяговой секции соответственно и передают измеренные значения на входы блока нейронной сети 16. Блок нейронной сети 16 на основании алгоритмов заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения вычисляет значение глубины процесса боксования β_ψ. Вычисленное значение глубины процесса боксования β_ψ передается на вход блока задания разницы мощности 17. Сравнивающие элементы 11 и 12 сравнивают измеренные значения с выходов датчиков мощности 9 и 10. При меньшем выходном значении датчика мощности 9, чем выходное значение датчика мощности 10 сравнивающий элемент 11 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 3 как двигателя с наименьшей мощностью, а сравнивающий элемент 12 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 4 как двигателя с наибольшей мощностью. При меньшем выходном значении датчика мощности 10, чем выходное значение датчика мощности 9 сравнивающий элемент 12 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 4 как двигателя с наименьшей мощностью, а сравнивающий элемент 11 формирует сигнал об определении асинхронного тягового двигателя 3 как двигателя с наибольшей мощностью. При этом блок определителя 13 вычисляет абсолютную разницу между выходным значением датчика мощности 9 и выходным значением датчика мощности 10, и выдает вычисленное выходное значение величины на вход блока обнаружения боксования 18, который сравнивает полученное значение с выходным значением пороговой мощности Р_β блока задания разницы мощности 17. При наличии избыточного скольжения выходное значение величины блока определителя 13 превышает выходное значение пороговой мощности Р_β блока задания разницы мощности 17, и блок обнаружения боксования 18 выдает сигнал о наличии избыточного скольжения. Блок формирования корректирующего задания 19 принимает сигналы от сравнивающих элементов 11 и 12 и блока обнаружения боксования 18, и выдает сигнал о снижении скорости. При меньшем выходном значении датчика мощности 9, чем выходное значение датчика мощности 10 выходной сигнал о снижении скорости блока формирования корректирующего задания 19 поступает на вход регулятора скорости 7 векторной системы управления 5, до того момента как выходное значение блока определителя 13 станет меньше выходного значения блока задания разницы мощности 17. При меньшем выходном значении датчика мощности 10, чем выходное значение датчика мощности 9 выходной сигнал о снижении скорости блока формирования корректирующего задания 19 поступает на вход регулятора скорости 8 векторной системы управления 6, до того момента как выходное значение блока определителя 13 станет меньше выходного значения блока задания разницы мощности 17. Совокупность этих действий предотвращает развитие избыточного скольжения колесной пары и обеспечивает реализацию предельной силы тяги по условиям сцепления.

Таким образом, предлагаемый способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми, позволяет предотвратить развитие процесса избыточного скольжения выше допустимой величины, реализовать режимы работы привода, предельные по условиям сцепления и повысить точность обнаружения избыточного скольжения, что в совокупности повышает тяговые свойства электроподвижного состава.

Способ защиты от боксования колесных пар электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями заключается в том, что при возникновении боксования одной или нескольких колесных пар измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, определяют абсолютную разницу активных электрических мощностей и сравнивают значение абсолютной разницы активных электрических мощностей и значение пороговой мощности, а затем вырабатываются сигналы о снижении угловой частоты вращения избыточно скользящей колесной пары или угловых частот вращений избыточно скользящих колесных пар, отличающейся тем, что измеряют текущую температуру внешней среды тяговой секции, измеряют текущее горизонтальное положение тяговой секции, измеренные значения текущей температуры окружающей среды тяговой секции и текущего положения тяговой секции подают на входы заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения, а затем с выхода заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения получают значение глубины процесса боксования и далее определяют пороговую мощность по выражению:

где Р_β - пороговая мощность;

P_i - текущая активная электрическая мощность статорной обмотки i-го асинхронного тягового двигателя;

n - количество асинхронных тяговых двигателей, участвующих в расчете;

β_ψ - глубина процесса боксования.