Способ управления энергетической эффективностью многодвигательного тягового привода локомотива с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой Российский патент 2024 года по МПК B60L15/20 B61C15/00 H02P25/10 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к многодвигательному тяговому приводу электрического подвижного состава с коллекторными электрическими машинами, при его работе с частичной нагрузкой. Общее число двигателей может составлять от четырех до 16 и более.

При работе тягового подвижного состава в условиях частичного использования установленной мощности (низкая скорость движения, вождение неполновесных поездов, малое количество вагонов, легкие элементы профиля и плана пути), существенно снижается его энергетическая эффективность и, соответственно, увеличивается удельный расход электроэнергии на тягу. В таких условиях, одним из методов снижения расхода электроэнергии на тягу поездов является адаптивное отключение / подключение тяговых двигателей.

Известен способ оперативного регулирования мощности локомотива (ОРМЛ, смотри статью Пырова А.Е. «Современные системы управления электровозами» в журнале «Железнодорожный транспорт» №2, 2005, с. 64-66). Его недостатком является то, что для управления энергетической эффективностью при работе с неполной нагрузкой изменение числа одновременно работающих тяговых двигателей осуществляется машинистом вручную, а контроль допустимого времени нахождения выведенных из тяги коллекторных электрических машин в обесточенном состоянии не производится, что на практике приводит к их перегреву по причине разрушения слоя политуры на коллекторе и последующему выходу из строя.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является патент на изобретение РФ №2617857 «Способ управления энергетической эффективностью локомотива при работе с неполной нагрузкой», опубл. 21.03. 2017, авторы А.А. Андрющенко, А.А. Зарифьян, Ю.А. Орлов, К.П. Солтус, согласно которому отключение / 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

где k₁ и k₂ - 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. К настоящему времени, этот способ реализован на перспективных грузовых электровозах серии 2(3)ЭС5С и показал в эксплуатации сокращение удельного расхода электроэнергии на тягу до 20% (смотри статью «Электровозы 2ЭС5С и 3ЭС5С: асинхронная тяга под флагом России» в журнале «Техника железных дорог», 2020, №1(49). - С.10-13).

К недостаткам прототипа можно отнести то обстоятельство, что в качестве критериальной переменной выбран коэффициент использования мощности γ, определение мгновенного значения которого на электровозах прежних лет выпуска в условиях эксплуатации весьма затруднительно и требует установки дополнительного оборудования.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание способа управления энергетической эффективностью многодвигательного тягового привода с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой, опирающегося на мгновенное значение потребляемой мощности, которое может быть вычислено в режиме реального времени.

Технический результат достигается тем, что регулируют число одновременно работающих тяговых электрических машин с целью обеспечения максимального значения коэффициента полезного действия (КПД) каждой из них, причем избыточные машины временно выводятся из тяги. Процесс отключения / подключения тяговых электрических машин происходит автоматически в соответствии с закономерностью, представленной в виде зависимости КПД тяговой электрической машины от потребляемой мощности P₁ вида

которая получена путем компьютерного моделирования и подтверждена испытаниями на стенде тягового двигателя НБ-514Е, и показана на фиг.1.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана зависимость КПД коллекторной тяговой электрической машины НБ-514Е от потребляемой мощности Р₁, кВт (логарифмическая шкала).

Как видно из фигуры 1, КПД тягового двигателя имеет наибольшее значение при мгновенных значениях потребляемой мощности в диапазоне (45…90)% ее номинальной величины. Поскольку нагрузка на локомотив распределяется между его тяговыми двигателями, то путем отключения / подключения одного или нескольких тяговых двигателей можно добиться того, чтобы каждый из работающих тяговых двигателей потреблял мощность, значение которой находится в указанном диапазоне, и тем самым обеспечить наибольшее значение КПД всего многодвигательного тягового привода и электровоза в целом.

Потребляемая мощность одного двигателя Р₁ вычисляется как

где U_д - напряжение на клеммах тягового двигателя; I_д - ток в якорной цепи.

Подчеркнем, что мгновенные значения U_д и I_д каждого тягового двигателя доступны в штатной микропроцессорной системе управления и диагностики, и не требуют установки на локомотив каких-либо дополнительных датчиков и другой аппаратуры.

Одновременно осуществляется постоянный программный контроль допустимого времени Δt нахождения каждой из выведенных из тяги коллекторных электрических машин (тяговых электродвигателей) в обесточенном состоянии, чем обеспечиваются оптимальные условия работы коллекторно-щеточного узла. Если допустимое время превышено, двигатель должен быть возвращен в режим тяги.

Конечный технический результат изобретения заключается в поддержании наибольшего коэффициента полезного действия многодвигательного тягового привода локомотива с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой, при одновременном выполнении условия постоянного контроля допустимого времени нахождения каждой из выведенных из тяги коллекторных электрических машин в обесточенном состоянии, что обеспечивает оптимальные условия работы коллекторно-щеточного узла.

Изобретение относится к управлению тяговой системой транспортных средств с электротягой. Способ управления энергетической эффективностью многодвигательного тягового привода локомотива с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой заключается в том, что регулируют число одновременно работающих тяговых двигателей. При этом отключение или подключение тяговых двигателей производят в соответствии с зависимостью коэффициента полезного действия (КПД) тяговой электрической машины от потребляемой мощности, поддерживая эту мощность в диапазоне 45-90% ее номинальной величины. Одновременно программно ведут контроль допустимого времени нахождения каждой из выведенных из тяги коллекторных электрических машин в обесточенном состоянии. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности локомотива при отсутствии повреждений коллекторно-щеточного узла электрических машин. 1 ил.

Способ управления энергетической эффективностью многодвигательного тягового привода локомотива с коллекторными электрическими машинами при работе с частичной нагрузкой путем регулирования числа одновременно работающих тяговых двигателей, отличающийся тем, что отключение/подключение тяговых двигателей производят в соответствии с зависимостью коэффициента полезного действия (КПД) тяговой электрической машины от потребляемой мощности, и поддерживают эту мощность в диапазоне 45-90% ее номинальной величины, при этом одновременно программно ведут контроль допустимого времени нахождения каждой из выведенных из тяги коллекторных электрических машин в обесточенном состоянии.