Способ управления энергетической эффективностью локомотива Российский патент 2019 года по МПК B60L15/20 B61C15/00 

Описание патента на изобретение RU2691904C1

Изобретение относится тяговому подвижному составу железных дорог, а именно к способу управления энергетической эффективностью локомотива.

При работе тягового подвижного состава железных дорог в режимах с неполным использованием мощности локомотива (низкая скорость движения, вождение неполновесных поездов, малое количество вагонов, легкие элементы профиля и плана пути) с целью снижения расхода электроэнергии на тягу поездов и повышения эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива применяют способ отключения числа работающих тяговых двигателей.

Известен способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой (RU №2617857 С2 от 28.04.2017 г.), согласно которому отключение или подключение тяговых двигателей происходит автоматически, в соответствии с закономерностью, представленной в форме функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива η от коэффициента использования мощности γ вида η=γ/(к1⋅γ+к2), где к1 и к2 - коэффициенты, определяемые в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, введенные в программу бортового компьютера локомотива, определяющей минимально достаточное число работающих тяговых двигателей, обеспечивающих увеличение коэффициента использования мощности и тем самым повышение значения η локомотива до уровня, близкого к номинальному.

Данный способ выбран в качестве прототипа. Недостатками данного способа является то, что минимальное достаточное число работающих тяговых двигателей определяется на основе функциональной зависимости эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива от коэффициента использования мощности, определяемого в ходе тягово-энергетических испытаний локомотива, т.е. без учета множества фактических эксплуатационных факторов, которые невозможно все учесть в заложенной в бортовой компьютер локомотива программе. При этом возможны варианты получения одного и того же коэффициента использования мощности локомотива при различных соотношениях токов, напряжений и частот вращения тяговых двигателей, что не отражает реального положения дел.

Кроме этого, в известном способе при определении числа работающих тяговых двигателей не осуществляется проверка выполнения требований по сцеплению колес с рельсами и максимальному допустимому току тяговых двигателей, а также не учитываются механические потери мощности в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки применительно к тяговому подвижному составу электрических железных дорог.

Целью изобретения является повышении точности определения числа работающих тяговых двигателей локомотива по условию поддержания его наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе управления энергетической эффективностью отличающийся тем, что определение оптимального числа работающих тяговых двигателей Nопт осуществляется из условия поддержания наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива ηэ.т.опт, рассчитываемого на основе измеренных в реальном времени данных с датчиков локомотива следующих параметров: V - скорости движения электровоза; Fк - силы тяги локомотива; Uд - напряжения на зажимах тягового двигателя; Iд - тока тягового двигателя и известных постоянных численных данных о параметрах локомотива и тяговых двигателей и расчетных значений потерь мощности, ΔРмех.зп на вращение отключенных колесно-моторных блоков, с учетом выполнения требований по сцеплению колес с рельсами , где - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока; - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока и условия расчетное значение оптимального тока тягового двигателя Iд.опт должно быть меньше или равно максимальному допустимому току тяговых двигателей Iд.доп, с учетом механических потерь мощности ΔРмех.зп в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.

Представленный способ может быть применен на локомотивах различных систем тока и типов тяговых двигателей.

Сущность предлагаемого изобретения представлена ниже.

При работе электровоза, например постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями, на всех тяговых двигателях в установившемся режиме измеряются следующие параметры:

V - скорость движения электровоза;

Fк - сила тяги локомотива;

Uд - напряжение на зажимах тягового двигателя;

Iд - ток тягового двигателя.

Далее бортовая система локомотива на основе численных значений постоянных параметров (N - число тяговых двигателей электровоза; Р - вес электровоза; kд - коэффициент добавочных потерь; rд - сопротивление двигателя; Iд.н, Uд.н, Pд.н., сФн, Vн - номинальные значения тока, напряжения, мощности и магнитного потока одного тягового двигателя и скорости движения электровоза; ΔРд.эл.н, ΔРд.маг.н, ΔРд.мех.н, ΔРд.эщ.н, - электрические, магнитные, механические и в щеточном контакте потери мощности тягового двигателя при номинальном режиме работы; z0, z1, z2 - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности в зубчатой передаче; a1, b1, c1, d1 - постоянные коэффициенты для расчета потерь мощности на вращение отключенных колесно-моторных блоков; Iд.доп - максимально допустимый ток тягового двигателя) и измеренных данных выполняет расчет значений мощности электровоза, потребляемой на тягу Pэ.т.=N⋅Uд⋅Iд и реализуемой на ободе колес Pк=Fк⋅V и вычисляет эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги по формуле:

Далее выполняется расчет оптимального числа работающих тяговых двигателей Nопт [1], соответствующих минимальным потерям мощности в тяговых двигателях и зубчатых передачах по формуле:

где

Расчетное значение Nопт должно быть ,

где - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока; - коэффициент сцепления для электровозов постоянного тока.

Численное значение тока, соответствующее данному режиму и условию допустимых токов Iдопт≤Iд.доп определяется по формуле:

Потребляемая на тягу мощность для оптимального числа тяговых двигателей вычисляется по формуле:

Эксплуатационный КПД электровоза в режиме тяги определяется по формуле:

который сравнивается с последним значением КПД исходного режима ηэ.т.и по наибольшему из них значению выбирается режим с соответствующим числом тяговых двигателей.

С целью исключения отключений и подключений части тяговых двигателей при резких изменениях измеряемых величин система управления производит переключения с выдержкой времени, соответствующей ресурсу коммутационной аппаратуры и заданной выдержки времени (как правило, не менее 10 с).

По сравнению с прототипом, заявляемый способ позволяет выполнить энергетическую оценку предполагаемого режима (с оптимальным числом тяговых двигателей) и сравнить его с исходным режимом, тем самым исключить ошибки при отключении и подключении тяговых двигателей, повысить точность принимаемого решения и получить значительный экономический эффект.

Похожие патенты RU2691904C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА 2019
  • Крыгин Анатолий Николаевич
  • Плаксин Алексей Владимирович
  • Швецов Семен Васильевич
RU2719742C1
Способ управления энергетической эффективностью многодвигательного тягового привода локомотива с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой 2023
  • Зарифьян Александр Александрович
  • Мустафин Адель Шамильевич
RU2819543C1
ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 2007
  • Багров Геннадий Викторович
  • Мицкович Владимир Степанович
  • Ивахин Александр Иванович
  • Хвостов Вячеслав Алексеевич
  • Болтенко Евгений Владимирович
  • Хохлов Дмитрий Анатольевич
RU2359400C2
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
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОВОЗА 2011
  • Ивахин Александр Иванович
  • Яцков Михаил Викторович
RU2467899C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2000
  • Космодамианский А.С.
  • Луков Н.М.
  • Попов В.М.
RU2177669C2
УСТРОЙСТВО для АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ 1972
SU333079A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ БОКСОВАНИЯ И ЮЗА КОЛЕСНЫХ ПАР ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА 1991
  • Наумов Б.М.
  • Логинов И.Я.
  • Малютин В.А.
RU2025310C1
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ 2008
  • Самме Георгий Вольдемарович
  • Яковлев Валерий Анатолиевич
RU2398685C2
Способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой 2015
  • Андрющенко Андрей Александрович
  • Зарифьян Александр Александрович
  • Орлов Юрий Алексеевич
  • Солтус Константин Павлович
RU2617857C2

Реферат патента 2019 года Способ управления энергетической эффективностью локомотива

Изобретение относится к способу управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления энергетической эффективностью локомотива путем регулирования числа одновременно работающих тяговых двигателей заключается в следующем. Определение оптимального числа работающих тяговых двигателей осуществляют из условия поддержания наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива. Эксплуатационный коэффициент полезного действия рассчитывают на основе измеренных в реальном времени данных с датчиков локомотива следующих параметров: скорости движения электровоза, силы тяги локомотива, напряжения на зажимах тягового двигателя, тока тягового двигателя и известных постоянных численных данных о параметрах локомотива и тяговых двигателей и расчетных значений потерь мощности на вращение отключенных колесно-моторных блоков. При этом учитывают выполнение требований по сцеплению колес с рельсами и условие, заключающееся в том, что расчетное значение оптимального тока тягового двигателя должно быть меньше или равно максимальному допустимому току тяговых двигателей с учетом механических потерь мощности в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей. Технический результат заключается в повышении точности определения числа работающих тяговых двигателей локомотива.

Формула изобретения RU 2 691 904 C1

Способ управления энергетической эффективностью локомотива путем регулирования числа одновременно работающих тяговых двигателей, отличающийся тем, что определение оптимального числа работающих тяговых двигателей Nопт осуществляется из условия поддержания наибольшего эксплуатационного коэффициента полезного действия локомотива ηэ,т,опт, рассчитываемого на основе измеренных в реальном времени данных с датчиков локомотива следующих параметров: V - скорости движения электровоза; Fк - силы тяги локомотива; Uд - напряжения на зажимах тягового двигателя; Iд - тока тягового двигателя и известных постоянных численных данных о параметрах локомотива и тяговых двигателей и расчетных значений потерь мощности, ΔРмех.зп на вращение отключенных колесно-моторных блоков, с учетом выполнения требований по сцеплению колес с рельсами где - сила ограничения по сцеплению одного колесно-моторного блока; - коэффициент сцепления для локомотива постоянного тока, и условия - расчетное значение оптимального тока тягового двигателя Iд.опт должно быть меньше или равно максимальному допустимому току тяговых двигателей Iд.доп с учетом механических потерь мощности ΔPмех.зп в зубчатых передачах отключенных тяговых двигателей.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2691904C1

Способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой 2015
  • Андрющенко Андрей Александрович
  • Зарифьян Александр Александрович
  • Орлов Юрий Алексеевич
  • Солтус Константин Павлович
RU2617857C2
Поворотная платформа для опрокидывание вагонов 1930
  • Чевкин С.М.
SU26242A1
RU 2014126336 A, 27.01.2016
JP H06351105 A, 22.12.1994.

RU 2 691 904 C1

Авторы

Крыгин Анатолий Николаевич

Плаксин Алексей Владимирович

Даты

2019-06-18Публикация

2018-07-17Подача