СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕОСТАТНАЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2024 года по МПК B60L7/04 B60L7/08 B60L9/08 H02P3/12 

Изобретение относится к электродинамическим тормозным системам для транспортных средств, в частности, к рельсовым транспортным средствам с коллекторным тяговым приводом, питанием переменным током и с реостатным торможением.

В настоящее время известны различные системы торможения электровозов, такие как реостатная, рекуперативная, рекуперативно-реостатная. Основное преимущество реостатного торможения перед рекуперативным заключается в его независимости от напряжения контактной сети, так как потребитель электрической энергии размещен на самом подвижном составе. Благодаря этому реостатное торможение можно применять не только на электровозах и электропоездах, но и на любом другом подвижном составе с тяговыми электродвигателями, например, на тепловозах.

В режиме реостатного торможения тяговые электродвигатели (ТЭД), как правило, отключаются от контактной сети, а их обмотки возбуждения подключаются к независимому источнику. Обмотки якорей, в свою очередь, замыкаются на тормозные резисторы.

Заявленная система торможения автоматическая реостатная предназначена для использования в системе автоматического управления реостатным торможением электровозов переменного тока, например, типа ВЛ80 всех индексов, и может быть предложена на замену устаревшего оборудования типа БУРТ-125, БУРТ-001, БУРТ-001МУ, БУРТ-011МУ, либо может быть установлена на электровозы переменного тока не оборудованные системами реостатного торможения. Она обеспечивает все характеристики известных на сегодняшний день аналогичных типов оборудования и имеет в своем составе гибкую цифровую структуру управления.

Патент РФ RU2646688 «Система торможения автоматическая рекуперативно-реостатная» (опубл. 06.03.2018 г.) описывает систему, содержащую источник питания, два тяговых электродвигателя постоянного тока, взаимодействующие с блоком диодов, предназначенным для перехода в режим рекуперативного торможения, и с блоком резисторов, подключающимся в режиме реостатного торможения и программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС). ПЛИС выполнена с возможностью параллельно принимать и обрабатывать сигналы от датчиков, контролирующих значение уровня тока и от датчика напряжения, и цифровые сигналы, поступающие от системы управления электровозом. ПЛИС одновременно формирует выходные управляющие цифровые сигналы, которые поступают в преобразователь управления обмотками возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока, в модуль протокольного обмена информацией с подключаемыми устройствами и в цифро-аналоговые преобразователи для взаимодействия с аналоговыми системами. Технический результат известной системы заключается в повышении надежности электродинамического тормоза.

Недостатком известной системы является то, что она используется для электровозов постоянного тока и не может быть использована для электровозов переменного тока, поскольку имеет принципиально другую схему подключения, синхронизации и другой принцип регулирования системы.

Патент РФ RU2502625 «Устройство для автоматического управления электрическим реостатным тормозом электровоза переменного тока» (опубл. 27.12.2013 г.) описывает устройство, содержащее управляемый выпрямитель, соединенный с системой автоматического регулирования, в которой предусмотрены датчики тока обмоток тяговых электромашин и датчик скорости электровоза, элементы сравнения сигналов задающего элемента и указанных датчиков. В устройство дополнительно включен блок вычисления отношения среднего значения тока якорных обмоток к току возбуждения и блок для вычисления разницы максимального и минимального значений токов якорных обмоток тяговых электромашин, который соединен с элементом сравнения в канале регулирования тока возбуждения и с электропневматическим вентилем включения подачи песка под колеса электровоза. Решение направлено на расширение функциональных возможностей устройства.

Основным недостатком данного технического решения является аналоговая обработка сигналов. Для нормального регулирования электродвигателей в режиме торможения в составе электровоза из-за большого разброса элементов и компонентов реализуется подчиненное регулирование, т.е. всеми секциями электровоза управляет ведущая секция, и в случае выхода из строя блока электроники вся система становится неработоспособной. Еще один недостаток – отсутствие таких важный элементов, как ЦАП, АЦП, ПЛИС, которые обеспечивают работу заявленной системы должным образом, в частности, не позволяет выровнять работу выпрямительной установки высоковольтной (ВУВ) в разных секциях без межсекционных соединений.

Патент РФ RU154101 «Устройство для рекуперативного торможения электровоза постоянного тока» (опубл. 10.08.2015 г.) описывает тяговые электродвигатели постоянного тока, якорные обмотки и обмотки возбуждения, соединенные последовательно и подключены к токоприемнику и к заземляющему устройству, статический преобразователь с системой автоматического регулирования, входы которого также подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, и быстродействующий контактор. Выходы статического преобразователя и силовые контакты быстродействующего контактора соединены последовательно, причем эта цепочка подключена параллельно обмоткам возбуждения.

Недостатком известного технического решения является то, что оно не может работать с электровозами переменного тока и обеспечивать цифровую обработку сигналов, не содержит цифровой задатчик, который позволяет выровнять работу ВУВ в разных секциях без межсекционных соединений.

Таким образом, на сегодняшний день неизвестна система торможения автоматическая реостатная переменного тока и способ ее работы, которая бы удовлетворяла заданным требованиям, в частности, позволяла бы выровнять работу ВУВ в разных секциях без межсекционных соединений, что упрощает работу системы и повышает ее надежность.

Задачей настоящего изобретения является создание такой системы торможения автоматической реостатной и способа ее работы, которые обеспечивали бы надежность и эффективность торможения электродвигателя переменного тока.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является создание унифицированной системы реостатного торможения, которая характеризуется повышенной надежностью работы и обеспечивает малый износ тормозных колодок.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что система торможения автоматическая реостатная для электровоза переменного тока выполнена с возможностью подключения к по меньшей мере одному тяговому двигателю электровоза и включает в себя блок питания, блок ввода команд, выполненный с возможностью взаимодействия с контроллером машиниста электровоза, блок резисторов, контактор включения блока резисторов при реостатном торможении, блок управления дополнительными функциями, регистратор параметров тормозного режима, программируемую логическую интегральную схему, причем программируемая логическая интегральная схема выполнена с возможностью взаимодействия с регистратором параметров тормозного режима и реализации функций системы торможения в виде узлов параллельной цифровой обработки сигналов за счет заданного алгоритма работы системы торможения, выпрямительную установку высоковольтную, по меньшей мере один входной фильтр для устранения помех в цепях, по меньшей мере один цифровой аналоговой преобразователь, и по меньшей мере один аналого-цифровой преобразователь.

Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата также возможны в частных вариантах исполнения заявленной системы реостатного торможения.

Так, например, система торможения может дополнительно содержать по меньшей мере один датчик тока возбуждения, по меньшей мере один датчик тока якорей тягового двигателя электровоза. При этом в системе торможения выпрямительная установка высоковольтная содержит по меньшей мере один формирователь импульсов управления.

Также система торможения может быть выполнена с возможностью включения реле электровоза, управляющими не реостатным торможением электровоза.

Блок управления дополнительными функциями системы торможения может быть выполнен с возможностью обеспечения включения дополнительных исполнительных элементов, реле и/или контакторов.

Еще одним объектом настоящего изобретения, решающим поставленную задачу и позволяющим достичь заявленный технический результат, является способ торможения электровоза с использованием указанной системы торможения, который включает прием аналоговых и дискретных сигналов управления от контроллера машиниста электровоза и их обработку посредством программируемой логической интегральной схемы с последующей реализацией функции торможения на основании заданного алгоритма.

При этом решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата также возможны в частных вариантах исполнения заявленного способа торможения.

Так, например, способ торможения может включать управление промежуточными реле электровоза для обеспечения подсыпки песка под колесные пары.

Также в предпочтительном варианте исполнения способ торможения включает управление промежуточными реле электровоза для обеспечения работы пневматического тормоза.

Далее изобретение, а также некоторые возможные варианты его осуществления более подробно поясняются со ссылкой на фигуру, на которой показана блок-схема заявленной системы торможения автоматической реостатной.

Следует отметить, что основные функции системы реализованы как узлы параллельной цифровой обработки сигналов и выполнены на ПЛИС.

Система торможения автоматическая реостатная подключается к по меньшей мере одному тяговому двигателю (1) электровоза, работающему в режиме генератора, содержит блок (2) питания, который осуществляет фильтрацию и стабилизацию входного напряжения бортовой сети электровоза и обеспечивает систему реостатного торможения необходимым питанием переменного тока и стабилизированными источниками питания постоянного тока. Кроме того, система торможения включает блок (3) ввода команд, блок (4) резисторов, контактор (5), блок (6) управления дополнительными функциями, регистратор (7) параметров тормозного режима, ПЛИС (8), ВУВ (9), по меньшей мере один цифро-аналоговой преобразователь (11) (ЦАП (11)) и по меньшей мере один аналогово-цифровой преобразователь (12) (АЦП (12)).

Блок (3) ввода команд выполнен с возможностью взаимодействия с контроллером машиниста электровоза, на который поступают командные сигналы по виду режима работы, а также по уровню задатчика тормозного усилия. При этом все входные командные сигналы, поступающие с контроллера машиниста, проходят через по меньшей мере один входной фильтр (10), который предназначен для устранения помех в цепях управления.

Блок (4) резисторов подключается к по меньшей мере одному тяговому двигателю (1) электровоза при помощи контактора (5) в режиме реостатного торможения.

Блок (6) управления дополнительными функциями обеспечивает включение дополнительных исполнительных элементов электровоза, таких как реле, контакторы и др. В частности, включение промежуточных реле электровоза обеспечивает импульсную подсыпку песка под колесные пары, а также работу пневматического тормоза, что повышает эффективность работы системы торможения в целом.

Регистратор (7) параметров тормозного режима обеспечивает обмен данными, а именно запись данных от датчиков (13) тока возбуждения и тока (14) якорей в реальном времени и сохранение этих данных в энергонезависимой памяти. Далее регистратор (7) параметров тормозного режима передает эти данные для контроля удаленному пользователю.

ПЛИС (8) выполняет функцию обработки сигналов, поступающих с указанных датчиков при помощи заданного алгоритма, который обеспечивает нормальный режим работы электровоза в режиме реостатного торможения с соблюдением всех необходимых ограничений, таких как значения параметров токов, скорости нарастания сигналов, амплитуды сигналов и т.д. Все данные поступают в ПЛИС (8) с дальнейшей записью этих данных регистратором (7) параметров тормозного режима. ПЛИС (8) обеспечивает синхронизацию формирователя (15) импульсов управления с сетью переменного тока питания электровоза.

ВУВ (9) управляется от сигналов, поступающих от ПЛИС (8), для чего ВУВ (9) содержит по меньшей мере один формирователь (15) импульсов управления, который, в свою очередь, управляется непосредственно ПЛИС (8). При помощи ВУВ (9) осуществляется непосредственное регулирование тока в обмотках возбуждения по меньшей мере одного тягового двигателя (1) электровоза.

По меньшей мере один ЦАП (11) преобразует формируемые системой торможения цифровые сигналы в аналоговые для обеспечения согласования сигналов с целью унификации подключения на электровозе.

По меньшей мере один АЦП (12) преобразовывает входящие в систему торможения аналоговые сигналы в цифровой формат, а также обрабатывает командные сигналы и сигналы токов, напряжения, поступающие с датчиков (13) тока возбуждения и датчиков (14) тока якорей тяговых двигателей (1) электровоза.

По меньшей мере один датчик (13) тока возбуждения передает информацию о силе тока в цепи обмотки возбуждения по меньшей мере одного тягового двигателя (1) электровоза.

По меньшей мере один датчик (14) тока якорей по меньшей мере одного тягового двигателя (1) электровоза осуществляет контроль за значением уровня тока, протекающего в обмотке якоря.

Далее описывается пример способа работы заявленной системы торможения для обеспечения торможения в реостатном режиме электровоза с тяговыми двигателями переменного тока.

Основное преимущество заявленной системы торможения заключается в возможности параллельной (одновременной) цифровой приемки и обработки сигналов посредством ПЛИС (8). Заявленная система позволяет всем секциям электровоза, имеющего в зависимости от исполнения две или три секции, работать автономно, тем самым кратно повышая надежность системы реостатного торможения.

Регулирование тормозной силы осуществляется изменением тока возбуждения по меньшей мере одного тягового двигателя (1) электровоза, каждый из которых включается на индивидуальный тормозной резистор. Обмотки возбуждения по меньшей мере одного тягового двигателя (1) электровоза включены параллельно. Таким образом, при торможении обмотки тягового двигателя (1) электровоза работают в режиме генератора независимого возбуждения с питанием обмоток возбуждения от общего источника, которым является ВУВ (9).

По импульсу синхронизации формирователь (15) импульсов управления синхронизирует работу ВУВ (9) с питающей сетью.

По выбранному режиму работы и команде разрешения работы блок (6) управления дополнительными функциями в автоматическом режиме с заданной скоростью устанавливает предварительное тормозное усилие электровоза, например, на уровне 300 А, которое отслеживается датчиком (14) тока якорей тягового двигателя (1) электровоза. При достижении заданного тока ПЛИС (8) фиксирует значение предварительного тормозного усилия электровоза.

Далее машинист выставляет задатчиком тормозного усилия требуемое значение тормозного усилия электровоза. ПЛИС (8) поддерживает заданное значение, одновременно отслеживая допустимые значения предельных параметров тягового двигателя (1) электровоза. При превышении допустимых параметров ПЛИС (8) ограничивает дальнейшее повышение токов.

ПЛИС (8) поддерживает заданное тормозное значение или заданную скорость движения электровоза в зависимости от выбранных режимов.

Система торможения обеспечивает нормальный режим работы электровоза в режиме реостатного торможения с соблюдением всех необходимых ограничений, таких как значения параметров токов, скорости нарастания сигналов, амплитуды сигналов и т.д. Сигналы обрабатываются, и система торможения вырабатывает сигналы для управления ВУВ (9).

Таким образом, настоящее изобретение способствует созданию унифицированной системы подключения, которая бы работала без перебоев, повышала бы безопасность движения, обеспечивала малый износ колодок и, как следствие, уменьшала бы загрязнение железнодорожных путей, тем самым также уменьшая расходы на замену загрязненной насыпи.

Изобретение относится к электродинамическим тормозным системам для транспортных средств. Система торможения автоматическая реостатная для электровоза переменного тока содержит блок питания, блок ввода команд, входной фильтр, блок резисторов, подключенный к тяговому двигателю при помощи контактора включения блока резисторов при реостатном торможении, блок управления дополнительными функциями, выполненный с возможностью включения реле и/или контакторов, регистратор параметров тормозного режима, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), выпрямительную установку высоковольтную (ВУВ), цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, датчик тока возбуждения и датчик тока якорей тягового двигателя электровоза. ВУВ содержит формирователь импульсов управления и выполнена с возможностью управления от сигналов ПЛИС и осуществления регулирования тока в обмотках возбуждения тягового двигателя. Также заявлен способ торможения электровоза с использованием системы торможения. Технический результат заключается в повышении надежности работы системы торможения и обеспечении малого износа тормозных колодок. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система торможения автоматическая реостатная для электровоза переменного тока, выполненная с возможностью подключения к по меньшей мере одному тяговому двигателю электровоза и включающая блок питания, блок ввода команд, выполненный с возможностью взаимодействия с контроллером машиниста электровоза, по меньшей мере один входной фильтр, блок резисторов, подключенный к по меньшей мере одному тяговому двигателю электровоза при помощи контактора включения блока резисторов при реостатном торможении, блок управления дополнительными функциями, выполненный с возможностью включения реле и/или контакторов, регистратор параметров тормозного режима, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), выполненную с возможностью взаимодействия с регистратором параметров тормозного режима и реализации функций системы торможения в виде узлов параллельной цифровой обработки сигналов за счет заданного алгоритма работы системы торможения, а также обеспечения синхронизации формирователя импульсов управления с сетью переменного тока питания электровоза, выпрямительную установку высоковольтную (ВУВ), содержащую по меньшей мере один формирователь импульсов управления и выполненную с возможностью управления от сигналов ПЛИС и осуществления регулирования тока в обмотках возбуждения по меньшей мере одного тягового двигателя электровоза, по меньшей мере один цифро-аналоговый преобразователь, по меньшей мере один аналого-цифровой преобразователь, по меньшей мере один датчик тока возбуждения и по меньшей мере один датчик тока якорей тягового двигателя электровоза.

2. Система торможения по п. 1, выполненная с возможностью включения реле электровоза, управляющими не реостатным торможением электровоза.

3. Способ торможения электровоза с использованием системы торможения по п. 1 или 2, включающий прием аналоговых и дискретных сигналов управления от контроллера машиниста электровоза, их обработку посредством программируемой логической интегральной схемы и реализации функции торможения на основании заданного алгоритма.

4. Способ торможения по п. 3, включающий управление промежуточными реле электровоза для обеспечения подсыпки песка под колесные пары.

5. Способ торможения по п. 3, включающий управление промежуточными реле электровоза для обеспечения работы пневматического тормоза.