СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПЛЕЧ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПОД НАГРУЗКОЙ Российский патент 2009 года по МПК B60L3/12 

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 1ЗонаПолупериодПлечи ВИПV1V2V3V4V5V6V7V81←  α₀  α_p  →   α_pα₀, α_p   2←α_p α₀₃  α₀  → α_p α₀₃α₀   3←  α_p α₀₃  α₀→   α_p α₀₃α₀ 4←α_p α₀₃     → α_p α₀₃  α₀α₀

Таблица 2ЗонаПолупериодПлечи ВИПV1V2V3V4V5V6V7V81←  α₀  α_p  →   α_pα₀   ←α_p  α₀    → α_pα₀     ←α_p    α₀  → α_p  α₀   ←    α_p  α₀→     α_pα₀ 

Таблица 3ЗонаПолупериодПлечи ВИПV1V2V3V4V5V6V7V81→α_p  α_p    ←        →α_p    α_p  ←        →  α_p  α_p  ←        →    α_p  α_p←        →        ← α_pα_p     →        ← α_p  α_p   →        ←   α_pα_p   →        ←     α_pα_p 

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.

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.