СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2006 года по МПК B60L15/20 B60L7/12 

Описание патента на изобретение RU2283784C2

Изобретение относится к электрическому транспорту, а именно к области автоматического выравнивания нагрузок тяговых двигателей.

Известен способ выравнивания нагрузок тяговых двигателей однофазно-постоянного тока в режиме рекуперации, при котором для каждого тягового двигателя из сигнала, пропорционального току якоря одного из тяговых двигателей, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, вводят в регулятор сигнал, пропорциональный разности этих сигналов, и, в зависимости от величины этой разности, формируют фазу импульсов управления вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения этого тягового двигателя, причем сигналом, из которого вычитается сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, является сигнал, пропорциональный максимальному из токов якорей всех тяговых двигателей (см. книгу Электровозостроение: Сборник научных трудов ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - 1998. Т.40 - 348 с. на страницах 283-288).

При таком способе регулирования использование интегрального или пропорционально-интегрального регуляторов приводит к их "насыщению" и прекращению выравнивания нагрузок. Применение пропорциональных регуляторов приводит к возникновению статической ошибки регулирования, обусловленной типом регулятора.

Наиболее близким по технической сущности является способ выравнивания нагрузок тяговых двигателей постоянного тока в режиме рекуперации, состоящий в том, что для каждого тягового двигателя из сигнала, пропорционального току якоря одного из тяговых двигателей, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, вводят в регулятор сигнал, пропорциональный разности этих сигналов, и, в зависимости от величины этой разности, формируют фазу импульсов управления вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения этого тягового двигателя, причем сигналом, из которого вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, является сигнал, пропорциональный току якоря тягового двигателя с максимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения, а при равенстве фаз импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения, вычитание ведут из сигнала, пропорционального максимальному из токов якорей этих тяговых двигателей (см. пат. РФ №2207255, МПК 7 В 60 L 7/12 от 05.11.2001).

Этот способ имеет следующий недостаток. Как указывалось в пат. № 2207255, использование интегральных или пропорционально-интегральных регуляторов позволяет устранить статическую ошибку регулирования, а выравнивание по максимальной фазе импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения тяговых двигателей, обеспечивает выравнивание нагрузок во всем рабочем диапазоне регуляторов выравнивания - от αв до βрег. Однако при таком способе выравнивание начинается при максимальной фазе импульсов управления вентилей, шунтирующих обмотки возбуждения тяговых двигателей, и заканчивается, когда резисторы, шунтирующие обмотки возбуждения, обеспечили необходимую отпитку тока возбуждения каждого тягового двигателя. Поэтому потери энергии в резисторах отпитки максимальны.

Задачей изобретения является выравнивание нагрузок тяговых двигателей в режимах тяги и рекуперативного торможения при минимальных потерях энергии в резисторах, шунтирующих обмотки возбуждения.

Поставленная задача решается способом выравнивания нагрузок тяговых двигателей, состоящем в том, что для каждого тягового двигателя из сигнала, пропорционального току якоря одного из тяговых двигателей, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, вводят в регулятор сигнал, пропорциональный разности этих сигналов, и, в зависимости от величины этой разности, формируют фазу импульсов управления вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения этого тягового двигателя, причем сигналом, из которого вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, является сигнал, пропорциональный току якоря тягового двигателя с минимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения. При равенстве фаз импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения, вычитание ведут для режима тяги из сигнала, пропорционального максимальному из токов якорей этих тяговых двигателей, для режима рекуперации - из сигнала, пропорционального минимальному из токов якорей этих тяговых двигателей, что позволяет свести потери энергии в шунтирующих тиристорах к минимуму, т.к. резисторы находятся меньше времени под напряжением, чем в прототипе.

На фиг.1 изображена функциональная схема системы выравнивания нагрузок, соответствующая способу-прототипу, где:

ЭС1...ЭС6 - элементы сравнения;

РН1...РН6 - регуляторы нагрузки;

ФР1...ФР6 - фазорегуляторы;

ЛЭ1...ЛЭ6 - логические элементы;

ФИ1...ФИ6 - формирователи импульсов управления;

ТК1...ТК6 - тиристорные ключи;

R1...R6 - шунтирующие резисторы;

ДТ1...ДТ6 - датчики тока;

ИЛИmax - логическая схема выделения максимального из входных сигналов;

OВ1...OВ6, M1...М6 - обмотки возбуждения и якоря ТД1...ТД6;

ВУВ - выпрямительная установка возбуждения.

На фиг.2 показаны напряжения на шунтирующих обмотки возбуждения резисторах и характеристики намагничивания при реализации способа-прототипа в режиме рекуперации для электровоза ВЛ 65 с шестью тяговыми двигателями; на фиг.3 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.4 - алгоритм функционирования устройства для режима тяги; на фиг.5 - алгоритм функционирования устройства для режима рекуперации; на фиг.6 - регулирование фазы вентилей, шунтирующих обмотки возбуждения по предлагаемому способу.

Устройство состоит из блока тиристорных ключей отпитки 1, управляемых микропроцессорной системой, состоящей из процессора 2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 3, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 4, блока синхронизации 5, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, дискретного фазосдвигающего устройства 7 и выходных усилителей 8. Входы-выходы процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, выход АЦП 6 и вход дискретного фазосдвигающего устройства 7 соединены шиной адресов-данных 9. Выход дискретного фазосдвигающего устройства 7 соединен со входом усилителей 8, выходы которого соединены с тиристорными ключами отпитки 1. Выход блока синхронизации 5 соединен с шинами синхронизации процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, АЦП 6, дискретного фазосдвигающего устройства 7 и выходных усилителей 8.

Способ регулирования для режима тяги реализуют в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.4.

При переходе питающего напряжения через нулевое значение на выходе блока синхронизации 5 появляется импульс, по которому производится начальная установка процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, дискретного фазосдвигающего устройства 7 и запускается АЦП 6. После этого микропроцессорная система функционирует в соответствии с командами и константами, записанными в ПЗУ 4, причем в первом полупериоде питающего напряжения значения углов отпирания вентилей, шунтирующих обмотки возбуждения, αш1...αш6, задают равными αmin, что соответствует минимальной величине тока отпитки.

В текущем полупериоде осуществляют ввод (блок 11) значений токов якорей шести двигателей и определяют номер тягового двигателя N с минимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения (блоки 12, 13, 14, 15), причем при равенстве фаз импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения двигателей, номер двигателя, по току которого идет выравнивание, идентифицируют с номером двигателя, имеющего максимальный ток якоря (блоки 16...17). В блоке 21 из сигнала, пропорционального току двигателя, по которому осуществляется выравнивание IN, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря того двигателя, ток которого выравнивают. В блоке 22 осуществляют ввод в регулятор сигнала, пропорционального этой разности, и в блоке 23 формируют фазу импульса управления αшк вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения двигателя, ток якоря которого выравнивают. В блоках 24...27 значение фазы ограничивают по максимуму и минимуму.

Способ регулирования для режима рекуперации реализуют в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.5.

При переходе питающего напряжения через нулевое значение на выходе блока синхронизации 5 появляется импульс, по которому производится начальная установка процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, дискретного фазосдвигающего устройства 7, и запускается АЦП 6. После этого микропроцессорная система функционирует в соответствии с командами и константами, записанными в ПЗУ 4, причем в первом полупериоде питающего напряжения при входе в рекуперацию значения углов отпирания вентилей, шунтирующих обмотки возбуждения, αш1...αш6, задают равными βрег, что соответствует минимальной величине тока отпитки.

В текущем полупериоде осуществляют ввод (блок 32) значений якорей тяговых двигателей I1...I6 и определяют номер тягового двигателя с минимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения, причем при равенстве фаз импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения двигателей, определяют номер двигателя N с минимальным током якоря из этих тяговых двигателей (блоки 33-40). В блоке 42 из сигнала, пропорционального току двигателя, по которому осуществляют выравнивание IN, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря того двигателя, ток которого выравнивают. В блоке 43 осуществляется ввод в регулятор сигнала, пропорционального этой разности, и формирование фазы импульсов управления αшк (блок 44) вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения двигателя, нагрузку которого выравнивают. В блоках (45-48) значение фазы ограничивают по максимуму и минимуму.

Предлагаемый способ выравнивания нагрузок тяговых двигателей позволяет выравнять их во всем диапазоне изменения без статической погрешности, при этом потери энергии в резисторах отпитки обмоток возбуждения минимальны, т.к. резисторы отпитки стали находиться под напряжением меньшее время (см. фиг.2 и фиг.6).

Способ реализован на электровозе ЭП1 №103 и прошел испытания на обкатном кольце НЭВЗа.

Похожие патенты RU2283784C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 2001
  • Луговец В.А.
  • Беляев А.В.
  • Федорова Н.Ю.
RU2207255C1
Устройство для управления тяговым приводом электровоза с двигателями независимого возбуждения 1989
  • Беляев Александр Васильевич
  • Братякин Владимир Николаевич
  • Ефремов Алексей Александрович
  • Коваль Павел Евгеньевич
  • Напрасник Михаил Викторович
  • Островский Виктор Самуилович
SU1676859A1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОМ ОДНОФАЗНО-ПОСТОЯННОГО ТОКА С ТРАНЗИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ 2023
  • Савоськин Анатолий Николаевич
  • Пудовиков Олег Евгеньевич
  • Чучин Антон Александрович
  • Михальчук Николай Львович
  • Попов Юрий Иванович
RU2824412C1
ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ББР ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ ВЛ80Р 2011
  • Мельниченко Олег Валерьевич
  • Портной Александр Юрьевич
  • Шрамко Сергей Геннадьевич
RU2459717C1
Устройство для сравнения постоянных токов 1976
  • Новиков Георгий Владимирович
SU656019A2
Способ регулирования скорости тягового электродвигателя 1979
  • Баклушин Виктор Иванович
  • Марченко Яков Егорович
  • Архипов Сергей Георгиевич
SU783071A1
СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗКИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2018
  • Мельниченко Олег Валерьевич
  • Портной Александр Юрьевич
  • Шрамко Сергей Геннадьевич
  • Линьков Алексей Олегович
  • Яговкин Дмитрий Андреевич
  • Баринов Игорь Александрович
RU2724981C2
СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА И СХЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2004
  • Беляев Александр Васильевич
  • Рутштейн Арнольд Максович
  • Хоменко Борис Иванович
RU2288851C2
Электропривод постоянного тока 1984
  • Некрасов Владимир Иванович
  • Зеленченко Алексей Петрович
  • Левитский Борис Юрьевич
  • Чандер Олег Константинович
  • Чудаков Александр Иванович
SU1239820A1
Устройство для перевода тягового двигателя постоянного тока в режим рекуперации 1971
  • Ляпустин Василий Николаевич
SU521159A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 283 784 C2

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к электрическому транспорту. Для каждого тягового двигателя из сигнала, пропорционального току якоря одного из тяговых двигателей, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, и вводят в регулятор сигнал, пропорциональный разности этих сигналов. В зависимости от величины этой разности формируют фазу импульсов управления вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения этого тягового двигателя через резистор отпитки. Сигналом, из которого вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, является сигнал, пропорциональный току якоря тягового двигателя с минимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения. При равенстве фаз импульсов управления вентилями, шунтирующими обмотки возбуждения, вычитание ведут для режима тяги из сигнала, пропорционального максимальному из токов якорей этих тяговых двигателей, а для режима рекуперации - из сигнала, пропорционального минимальному из токов якорей этих тяговых двигателей. Это позволяет свести потери энергии в шунтирующих тиристорах к минимуму, т.к. резисторы находятся меньше времени под напряжением, чем в прототипе. 6 ил.

Формула изобретения RU 2 283 784 C2

Способ выравнивания нагрузок тяговых двигателей постоянного тока в режимах тяги и рекуперации, состоящий в том, что для каждого тягового двигателя из сигнала, пропорционального току якоря одного из тяговых двигателей, вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, вводят в регулятор сигнал, пропорциональный разности этих сигналов, и, в зависимости от величины этой разности, формируют фазу импульсов управления вентилем, шунтирующим обмотку возбуждения этого тягового двигателя через резистор отпитки, отличающийся тем, что сигналом, из которого вычитают сигнал, пропорциональный току якоря этого тягового двигателя, является сигнал, пропорциональный току якоря тягового двигателя с минимальной фазой импульсов управления вентилем, шунтирующим его обмотку возбуждения, а при равенстве фаз в режиме тяги вычитание ведут из сигнала, пропорционального максимальному из токов якорей этих тяговых двигателей, а в режиме рекуперации - из минимального.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2283784C2

СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 2001
  • Луговец В.А.
  • Беляев А.В.
  • Федорова Н.Ю.
RU2207255C1
Устройство для выравнивания нагрузок тяговых электродвигателей подвижного состава 1985
  • Крыгин Анатолий Николаевич
  • Назаров Николай Степанович
SU1232521A1
Устройство для распределения нагрузок тяговых электродвигателей электровоза 1986
  • Назаров Николай Степанович
  • Макаров Виктор Васильевич
SU1428617A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКАМЕЖДУ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ВЕТВЯМИТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 1972
  • Л. Г. Кощеев
SU435149A1

RU 2 283 784 C2

Авторы

Беляев Александр Васильевич

Машинец Оксана Григорьевна

Федорова Нина Юрьевна

Даты

2006-09-20Публикация

2004-06-30Подача