Адаптивная система комбинированного автоматического управления током тяговых двигателей электроподвижного состава тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Телегин, Михаил Васильевич

• Телегин, Михаил Васильевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Телегин, Михаил Васильевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОКОВ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Анализ существующих систем автоматического управления токами тяговых двигателей электровозов однофазно-постоянного тока

1.2. Анализ выполненных работ в области систем адаптивного автоматического управления электроподвижного состава

1.3. Анализ выполненных работ по моделированию систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока

1.4. Постановка цели и задач диссертационной работы

ГЛАВА 2. ВЫБОР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ

КОМПЛЕКСА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

2.1. Постановка задачи

2.2. Разработка схемы программно-аппаратного комплекса для имитационного моделирования в реальном времени

2.3. Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ДВУХПУТНЫМ УЧАСТКОМ ТЯГОВОЙ СЕТИ И ЭЛЕКТРОВОЗАМИ

3.1. Выбор модели системы тягового электроснабжения переменного тока

3.2. Моделирование системы тягового электроснабжения переменного тока в пакете БтиНпк

3.2.1. Моделирование питающей сети, нетягового потребителя и тягового трансформатора подстанции

3.2.2. Расчет электрических параметров проводов тяговой сети

3.2.3. Расчет электрических параметров рельсов

3.2.4. Исследование частотной зависимости сопротивлений проводников тяговой сети

3.2.5. Выбор параметров Ш двухполюсников проводников тяговой сети

3.2.6. Моделирование тяговой сети

3.3. Моделирование тягового электропривода в пакете БишИпк

3.3.1. Моделирование тягового трансформатора электровоза

3.3.2. Моделирование выпрямительно-инверторного преобразователя и выпрямителя управления возбуждением

3.3.3. Модель коллекторного тягового двигателя пульсирующего напряжения с учетом вихревых токов

3.4. Моделирование управления вторым электровозом в пакете БшиПпк

3.5. Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

4.1. Реализация типового алгоритма управления током тяговых двигателей на контроллере N1 Сотрас1ЫО

4.2. Разработка новой структуры контура управления током тяговых электродвигателей

4.3. Методика моделирования

4.4. Оптимизация параметров системы автоматического управления током тяговых двигателей электроподвижного состава

4.5. Сравнение результатов расчета электромагнитных процессов при типовом и предлагаемом алгоритме управления током тяговых электродвигателей

4.6. Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ТОКОМ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

5.1. Разработка структуры и алгоритмов идентификации и адаптации параметров автоматического регулятора к параметрам контактной сети

5.2. Результаты расчетов электромагнитных процессов в адаптивной САУ тока т. э. д. при работе двух электровозов и включении нетягового потребителя

5.3. Выводы по главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ65 (ЭП1)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ЭП1

УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС5К

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ОПИСАНИЕ ПАКЕТА ПРОГРАММИРОВАНИЯ MATLAB, ИСПОЛЬЗОВАННОГО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ОПИСАНИЕ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПЛАТФОРМЫ

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ RT-LAB

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ОПИСАНИЕ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ LAB VIEW

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. К РАСЧЕТУ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. К РАСЧЕТУ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ

ЭЛЕКТРОВОЗА

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕРОВ САУ ТОКОМ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. АКТЫ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивная система комбинированного автоматического управления током тяговых двигателей электроподвижного состава»

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие железнодорожного транспорта — необходимое условие для обеспечения перехода отечественной экономики к инновационному пути развития, повышения ее конкурентоспособности и укрепления ее экономической безопасности. В связи с этим в 2007 году была принята «Программа развития российских железных дорог до 2030 года (Стратегия-2030)» [1].

Одной из приоритетных задач первого этапа Стратегии-2030 является замена на российских железных дорогах подвижного состава с истекшими сроками службы на новую высокопроизводительную технику к концу 2015 года. Общая сумма инвестиций в обновление подвижного состава оценивается в 4 трлн. рублей. При этом парк будет насчитывать более 23 тыс. локомотивов. Кроме того, в дальнейшем планируется существенное расширение железнодорожной сети, а также полномасштабная электрификация существующих и вновь построенных участков. Таким образом, особая роль отводится электроподвижному составу (э. п. е.).

Отечественному локомотивному производству предъявляются высокие требования в соответствии с мировыми стандартами. Локомотивы нового поколения, помимо улучшенных технических характеристик должны обладать увеличенным сроком службы, иметь длительные межремонтные интервалы и быть экономичными в эксплуатации.

Также признано целесообразным продолжение выпуска переходного электроподвижного состава с коллекторными тяговыми электродвигателями (т. э. д.), доказательством чего является серийное производство пассажирских ЭП1М (ЭП1П), ЭП2К и грузовых 2ЭС5К (ЗЭС5К, Э5К), 2ЭС4К, 2ЭС6 электровозов переменного и постоянного тока [2]. Поэтому очевидно, что эффективность электрической тяги должна возрастать не только вследствие создания новых мощных электрических локомотивов, но и в результате улучшения тяговых, тормозных, динамических и технико-экономических характеристик существующего э. п. е., а также повышения его надежности.

Одним из важнейших направлений совершенствования электропод-

вижного состава является внедрение систем автоведения поездов (САВП). Такие системы позволяют повысить безопасность движения, увеличить использование пропускной способности линий, снизить энергопотребление на тягу поездов. Автоматика отечественных электровозов прошла путь развития от первых систем регулирования локальными контурами (БРУЗ, САУТ), реа-лизовывавшихся на аналоговых интегральных схемах, до микропроцессорных систем управления и диагностики (МСУД), способных осуществлять автоматическое управление скоростью движения и токами тяговых двигателей, мониторинг состояния узлов и агрегатов э. п. е., а также регистрацию параметров его движения. Значительный вклад в развитие теории автоматического управления и в практику применения на э. п. с. систем автоматики своими работами внесли такие ученые, как Л. А. Баранов, Ю. В. Бушненко, Я. М. Головичер, Е. В. Ерофеев, А. Л. Лозановский, В. М. Максимов, Я. Е. Марченко, Л. А. Мугинштейн, Б. М. Наумов, Б. Д. Никифоров, Н. Б. Никифорова, А. В. Плакс, А. Н. Савосышн, В. Д. Тулупов, Г. В. Фаминский, В. П. Феоктистов и другими специалистами в нашей стране и зарубежом.

Наиболее перспективным направлением автоматизации э. п. с. является внедрение на железнодорожных магистралях централизованных систем автоведения поездов (САВП), которые осуществляют управление движением поездов на линии от центрального диспетчерского поста (ЦДП) путем передачи на движущиеся локомотивы величин заданного времени хода по впереди лежащему участку. Сведения о положении поездов на линии и времени их хода позволяют более гибко компенсировать возникающие возмущения и точнее выполнять график движения [3]. Централизованные САВП нашли широкое применение на метрополитенах, где очень важным является точное выполнение графика движения поездов в условиях коротких перегонов. Заданное время хода в централизованных САВП от Ц ДП поступает на регулятор времени хода, который управляет системами внутренней автоматики локомотива (рис. 1). Сюда же поступают значения ограничений скорости от путевых датчиков (ДП) и бортовых устройств безопасности (КЛУБ, САУТ). На магистральных

Рис. 1. Функциональная схема централизованной системы автоведения поездов для локомотивов с плавным непрерывным управление силой тяги

железных дорогах на сегодняшний день применяются автономные САВП, осуществляющие управление только одним поездом в соответствии с заданной программой движения, занесенной в память САВП. Как централизованные, так и автономные САВП являются двухуровневыми.

Верхний уровень определяет оптимальные режимы работы локомотива по ведению поезда на участке, критерием которых является минимальный расход электроэнергии за заданное время хода. Этот уровень главный и предназначен для поддержания графика движения поездов в изменяющихся условиях (сигналы АЛСН, ограничения скорости) [3].

На локомотивах с релейно-контакторным управлением САВП может задавать номер ходовой позиции тягового привода, и тогда нижний уровень автоматического управления отсутствует. Другой разновидностью системы автоматического управления (САУ) таких локомотивов является наличие контура управления скоростью в нижнем уровне. Этот контур получает от САВП заданное значение скорости и изменяет номер ходовой (тормозной) позиции так, чтобы стабилизировать скорость движения с заданной точностью.

Более сложной является структура нижнего уровня автоматического управления на локомотивах с плавным непрерывным управлением силой тяги. В этом случае нижний уровень САВП состоит из двух подчиненных контуров управления: скорости и тока (см. рис. 1). САУ скоростью является внешним контуром, определяющим величину заданной силы тяги или заданного тока тяговых двигателей электровоза, необходимых для реализации заданной главным контуром скорости и режима движения. САУ током является внутренним контуром, предназначенным для стабилизации заданного тока двигателей.

Настоящая диссертация посвящена совершенствованию алгоритма, реализуемого регулятором тока. Это связано с тем, что опыт эксплуатации электровозов, оборудованных двухконтурной системой автоматического управления нижнего уровня (электровозы ВЛ85, ЭП1, 2ЭС5К) выявил несовершенство существующих алгоритмов управления, что вызывает появление

колебательных процессов, приводящих к срабатыванию аппаратов защиты от аварийных режимов. Такое аварийное отключение электровозов может представлять угрозу безопасности движения (например, в случае движения на спуске в режиме рекуперации, поскольку повторное включение электрического торможения или переход на пневматическое сопряжены с временной задержкой). Все это свидетельствует об актуальности выбранной темы диссертации.

На защиту выносится адаптивная система автоматического управления током тяговых двигателей электровоза, обеспечивающая требуемые значения показателей качества управления, независимо от режимов работы электровоза, параметров тяговой сети и положения электровоза на фидерной зоне.

Методика исследований. В работе применены методы математического моделирования процессов управления в электромеханических системах с использованием основных положений теории автоматического управления, теории электрических цепей и теории электрических машин.

Для разработки модели обобщенного объекта управления использовался программный пакет Matlab / Simulink. Расчеты выполнялись на вычислительном комплексе реального времени, состоящем из вычислительной платформы RT-lab фирмы Opal-RT, микроконтроллере типа N1 CompactRIO, модульной измерительной системе типа N1 PXI, а также персонального компьютера (ПК). Модель была реализована на ПК, а затем введена в платформу RT-lab. Здесь она была конвертирована в программу реального времени. Численное интегрирование дифференциальных уравнений выполнялось решающим устройством ARTEMIS с фиксированным шагом. Реальная микропроцессорная система управления (МПСУ), управляющая исполнительными устройствами САУ током т. э. д. - тиристорными преобразователями, была реализована на N1 CompactRIO в графической среде LabVIEW-RT. Визуализация и обработка результатов вычислений осуществлялась на модульной измерительной системе N1PXI также в пакете LabVIEW-RT.

Научная новизна.

1. Показано, что на реализацию алгоритмов подсистемы автоматического управления током САВП существенно влияет обобщенный объект управления, в составе которого необходимо учитывать систему тягового электроснабжения, состоящую из электростанции, высоковольтной линии электропередачи, нетяговых потребителей, тяговой подстанции, двухпутного участка тяговой сети и электровозов на фидерной зоне.

2. Предложена структура программно-аппаратного комплекса реального времени, впервые позволившая выполнять программную и аппаратную разработку и отладку алгоритмов подсистем управления электроподвижного состава на реальном микроконтроллере.

3. Разработаны новые алгоритмы цифрового формирования импульсов управления выпрямительно-инверторным преобразователем, линеаризующий его регулировочную характеристику, и цифровой синхронизации подсистемы управления током с питающей сетью, позволяющий нивелировать действия высокочастотных возмущений при включении мощных нетяговых потребителей.

4. Многочисленные имитационные эксперименты позволили установить, что требуемые показатели качества подсистемы автоматического управления током тяговых двигателей с существенными нелинейными характеристиками обеспечиваются применением комбинированной системы управления с воздействиями по отклонению тока и возмущению - напряжению в контактной сети.

5. В контуре управления по отклонению тока такой подсистемы эффективно применение алгоритма с астатизмом второго порядка на базе двух изодромных звеньев, со звеньями гибкой обратной связи, а также с дополнительным воздействием, пропорциональным э. д. с. тягового двигателя.

6. В контуре управления по возмущению такой подсистемы следует использовать пропорционально-дифференцирующий закон управления, при дополнении дифференцирующего звена апериодическим звеном первого порядка для исключения влияния частот выше 20 Гц.

7. Разработан алгоритм адаптации коэффициентов регуляторов управления по отклонению и возмущению к параметрам тяговой сети, обеспечивающий независимость работы системы автоматического управления током тяговых двигателей от удаления э. п. с. от тяговой подстанции и режимов работы других электровозов.

Практическая ценность.

1. Создан программно-аппаратный комплекс, позволяющий выполнять разработку законов управления для подсистемы автоматического управления током тяговых электродвигателей различных тапов э. п. с. переменного тока с учетом электромагнитных взаимодействий в системе тяговое электроснабжение - электрический подвижной состав.

2. Разработано математическое и программное обеспечение для микроконтроллера, реализующее адаптивную комбинированную систему управления током тяговых двигателей и обеспечивающее стабильные показатели качества управления для э. п. с.

3. Разработано математическое и программное обеспечение цифровой синхронизации системы управления с питающей сетью и формирования импульсов управления тиристорами исполнительного устройства для использования на э. п. с. переменного тока.

4. Созданное математическое и программное обеспечение предназначено для разработки алгоритмов автоматического управления током тяговых двигателей электроподвижного состава переменного тока различных типов как подсистемы САВП.

5. Выбраны методом многокритериальной оптимизации коэффициенты законов управления и настроечные кривые для их адаптации к параметрам тяговой сети для электровозов 2ЭС5К, эксплуатируемых на сети железных дорог.

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать печатных работ, в том числе четыре в издания, рекомендованных перечнем ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка, содержащего 85 наименований, и приложений. Работа содержит 177 страниц основного текста, 61 рисунок и 9 таблиц.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОКОВ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Анализ существующих систем автоматического управления токами тяговых двигателей электровозов однофазно-постоянного тока

Автоматизация электроподвижного состава была и остаётся актуальной задачей развития отечественного и зарубежного рельсового транспорта. Теперь уже не представляется возможным создание более совершенных и перспективных локомотивов без систем автоматического управления основными процессами их функционирования. Без САУ невозможно создать системы зонно-фазового и импульсного управления напряжением, использовать электрическое торможение, применять бесколлекторные тяговые двигатели, а также применять интенсивные технологии в поездной работе.

На сегодняшний день созданы различные системы автоматического управления [4, 5, 6, 7]. Система автоматического регулирования тормозной силы (САРТС), реализованная на магистральном электровозе ВЛ80С [4], является одноканальной системой с функциональным ограничением тормозной силы и мощности тормоза, а также с решающим устройством в канале ограничения тормозной силы (рис. 1.1). В режиме электрического торможения в систему поступает информация о скорости движения локомотива V, токах якоря /я и возбуждения /„ от чувствительных элементов ЧЭ1-ЧЭЗ. Суммирующий элемент СЭ обеспечивает независимую работу контуров регулирования скорости и тормозной силы, реализующих регулирование тормозной силы по предельным значениям токов якоря и возбуждения. Опыт эксплуатации электровозов ВЛ80С показал, что применение системы автоматического регулирования тормозной силы увеличивает эффективность использования тормоза и облегчает управление им. САРТС обеспечивает удовлетворительное качество переходных процессов в режим электрического торможения при отсутствии резких возмущений в системе.

Рис. 1.1. Структурная схема САРТС электровоза ВЛ80С

В последующие годы был создан грузовой электровоз В Л 85, в котором САУ осуществляет автоматическое управление локомотивом в режимах тяги и рекуперативного торможения с помощью блока автоматического управления (БАУ) и блока управления выпрямительно-инверторным преобразователем (БУВИП). БАУ представляет собой систему автоматического управления режимами движения, а также позволяет выполнять управление по системе многих единиц (СМЕ). БУВИП предназначен для формирования импульсов открытия тиристоров и их распределения по плечам ВИП.

В дальнейшем эта система была модернизирована и применена на пассажирских ВЛ65 и ЭП1 [5], а также на грузовых электровозах ЭС5К. Электровозы ЭП1 и ЭС5К - локомотивы нового поколения, на них функциональные блоки БАУ и БУВИП выполнены в виде процедур и подпрограмм в микропроцессорной системе управления и диагностики (МСУД) (см. приложение П2). Переход к реализации систем управления на базе микропроцессорной техники обусловлен их неоспоримым преимуществом перед аналоговой аппаратурой. Внедрение МСУД на электровозе ЭП1 позволило повысить устойчивость и надёжность работы, уменьшить массогабаритные показатели и сократить энергопотребление системой управления по сравнению с В Л 65 [6].

Кратко рассмотрим принцип работы основных контуров САУ током (подробное описание для электровоза ВЛ65 (ЭП1) приведено в приложении П1). В режиме тяги САУ электровоза реализует двухконтурный алгоритм управления скоростью движения и током тяговых электродвигателей (рис. П. 1.1). Контур регулирования скорости движения - внешний главный, а контур регулирования тока - внутренний подчиненный.

При пуске электровоза от задатчика скорости ЗС сигнал пропорциональный заданному значению скорости движения у3, поступает на элемент сравнения ЭС1. На этот же элемент сравнения от датчиков скорости ДС поступает сигнал пропорциональный фактическому значению скорости движения электровоза Ут|П, который формируется цепью обратной связи контура регулирования скорости: ДС - БИ-026 - БДС (или ДС - ячейка ИС МСУД на ЭП1). В режиме тяги выделяется минимальное значение скорости, соответствующее наименьшей скорости вращения одной из колёсных пар электровоза, поскольку именно такое значение не приводит к срыву сцепления.

Сигнал рассогласования по скорости поступает на вход пропорционально-интегрирующего ПИ-регулятора скорости РС. Выходной сигнал РС будет увеличиваться при положительном рассогласовании, уменьшаться при отрицательном и оставаться неизменным при отсутствии рассогласования. Далее сигнал поступает на один из входов логического элемента или1-тш. На второй вход или1-тш поступает сигнал от задатчика тока ЗТ, пропорциональный заданному значению тока якоря тяговых электродвигателей /з1.

Минимальный сигнал /3 с выхода логического элемента или1-тт, задающий ток якоря т. э. д. в режиме трогания, проходит через задатчик интенсивности ЗИ, который обеспечивает его плавное нарастание с заданной интенсивностью, что исключает броски тока по якорям тяговых электродвига-

. *

телей. С выхода ЗИ сигнал 13 поступает на вход ограничителя максимального тока якоря огр./я. Максимальная величина пропускаемого тока равна 1500 А.

Далее сигнал подается на элемент сравнения ЭС2, где сравнивается с сигналом фактического значения тока /тах. Формирование сигнала, пропорционального фактическому значению тока якоря т. э. д., осуществляется следующим образом. Датчики тока якоря ДТЯ совместно с блоками измерений БИ-027 (или ячейками АД МСУД на ЭП1) вырабатывают сигналы пропорциональные току якоря каждого т. э. д., а затем БИ-027 выделяют из них наибольшее значение тока /шах. С элемента сравнения ЭС2 рассогласование по току якоря поступает на вход регулятора тока якоря РТЯ, который представляет собой интегратор с зоной нечувствительности. Контур регулирования тока работает по принципу стабилизации.

Выходной сигнал РТЯ является управляющим воздействиеми через согласующий элемент СЭ, предназначенный для согласования сигналов по уровню, поступает в БУВИП (УЭ). Блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем вырабатывает импульсы управления ВИП в соответствии с алгоритмом его работы. ВИП является исполнительным элементом ИЭ и подает напряжение ик на тяговые электродвигатели (ОР).

САУ электровоза BJI65 (ЭП1) в режиме торможения трехконтурная (рис. П. 1.2). Контур регулирования тока возбуждения тяговых двигателей -внутренний, подчиненный, контур регулирования тока якорей двигателей -внутренний, подчиненный, а контур регулирования скорости движения -внешний, главный.

Работа контура скорости в рекуперации аналогична режиму тяги. Отличием является только то, что в режиме торможения цепи обратной связи выделяют максимальный по величине сигнал vmax, соответствующий наибольшей скорости вращения одной из колёсных пар электровоза, поскольку именно это значение соответствует колёсной паре, не имеющей срыва сцепления в режиме торможения. Контур регулирования скорости работает следующим образом. С регулятора РС сигнал поступает на один из входов логического элемента или1-тш. На другой вход или1-тт подается сигнал про-

порциональный заданному значению тока якоря т. э. д. /з1. Из двух сигналов логический элемент выделяется наименьший - /3_min. Элемент сравнения ЭС2 определяет рассогласование между заданным i3 mjn и фактическим значением тока якоря /тах. Сигнал рассогласования по току якоря т. э. д. поступает на вход регулятора РТЯ, последний реализует управляющее воздействие^, в дальнейшем подаваемое в БУВИП (УЭ), и выполняет функцию автоматического задатчика для контура регулирования тока возбуждения /в тяговых электродвигателей.

В контуре регулирования тока возбуждения сигнал от РТЯ (заданное значение /вз), поступает на ограничитель максимального тока возбуждения огр./в, который, при необходимости, ограничивает ток на уровне 850 А. Выходной сигнал огр./в, подаётся на элемент сравнения ЭС4, где сравнивается с сигналом, пропорциональным фактическому значению тока возбуждения /в. Сигнал /в формируется цепью обратной связи: ДТВ - ПП-362 - ЭС4. Элемент сравнения ЭС4 вычисляет рассогласование по току возбуждения А/„ и подаёт его на вход регулятора тока возбуждения РТВ.

Регулятор тока возбуждения через согласующий элемент СЭ и блок управления БУВИП-ВУВ (УЭ) управляет работой выпрямительной установки возбуждения, которая является исполнительным элементом ИЭ2 в этом контуре. САУ в режиме рекуперативного торможения обеспечивает двухка-нальное управление тормозной силы: по цепи ВИП управляется э. д. с. инвертора, а по цепи ВУВ управляется э. д. с. генераторов. При управлении по любой из указанных цепей заданное значение тока якоря поддерживается РТЯ с учётом ограничений тормозной характеристики.

Для разделения цепей управления ВИП и ВУВ в составе САУ используется пороговый ограничитель ПО. При регулировании тока возбуждения в интервале от 0 до 850 А он блокирует регулирование по цепи ВИП. В результате э. д. с. инвертора постоянна и управление током якоря (тормозной силы)

осуществляется по цепи ВУВ. При достижении током возбуждения значения в 850 А ПО разрешает регулирование по цепи ВИП, и дальнейшее изменение тормозной силы осуществляется изменением э. д. с. инвертора. Ток возбуждения поддерживается в своем контуре постоянным и равным 850 А (наибольшее возбуждение генераторов). Сигнал от РТЯ через ПО, СЭ и БУВИП управляет фазой открытия тиристоров ВИП (ИЭ1), уменьшая э. д. с. инвертора.

Система выравнивания токов якоря тяговых электродвигателей в режиме рекуперативного торможения построена на принципе индивидуального ослабления возбуждения т. э. д.. САУ определяет отклонение тока якоря каждого двигателя от тока, наиболее загруженного т. э. д.. От блоков измерения БИ-027 сигналы, пропорциональные токам якоря отдельных тяговых электродвигателей /Я|_б поступают на элемент сравнения ЭС5. На этот же элемент сравнения поступает сигнал, пропорциональный максимальному току т. э. д. /я_тах- Сигналы рассогласования А/Я1_6 от элемента сравнения ЭС5 поступают в блок управления БУВИП-ПШТ (УЭЗ), который формирует импульсы управления шунтирующими тиристорами на панели шунтирующих тиристоров П111Т (ИЭЗ). БУВИП (или программа в МСУД на ЭП1) изменяет фазу импульсов, меняя длительность открытого состояния тиристоров. Группа тиристоров последовательно соединена с резистором и вместе с ним параллельно подключена к обмотке возбуждения т. э. д..

САУ электровоза BJI65 (ЭП1) осуществляет автоматическое управление режимами движения. При этом на входе контура регулирования тока включен задатчик интенсивности ЗИ. Передаточная функция ЗИ представляет собой инерционное звено первого порядка - W(p) = 1/(Тр +1), что позволяет осуществлять ускоренное трогание электровоза. Постоянная времени Т задатчика интенсивности определяется по величине маневрового ускорения ам одиночного локомотива без учета массы поезда. Это приводит к очень быстрому изменению тока в силовой цепи. В результате возникают броски силы тяги и появляются продольные колебания в поезде. Это приводит к повышению ампли-

туды продольных динамических сил, что может вызвать обрыв автосцепок.

При движении электровоза происходит изменение параметров тяговой сети, обусловленное его удалением от тяговой подстанции. При переключениях изменяется силовая схема и ее параметры. Происходят изменения параметров тяговых двигателей, обусловленные нагревом в процессе эксплуатации и нелинейностью их характеристик. Изменения всех этих параметров существенно влияют на качество управления, но их учет в процессе движения не производится. Таким образом обобщенный объект управления (ООУ), состоящий из тяговой сети, трансформатора, ВИП, сглаживающих реакторов, т. э. д., является нестационарным и нелинейным.

Сегодня наряду с ЭП1 создан и запущен в серийное производство ещё один отечественный магистральный электровоз однофазно-постоянного тока нового поколения - это грузовой электровоз ЭС5К. Отличительной особенность этого локомотива от ЭП1 является его секционное исполнение. Электровоз ЭС5К допускает работу одной отдельной головной (хвостовой) секции, в составе двух или трех секций (с бустерной секцией), а также может работать по системе многих единиц (СМЕ) [9]. Структурные схемы САУ каждой секции электровоза в режимах тяги и электрического торможения и описание их работы приведены в приложении ПЗ.

Конструкционные особенности ЭС5К определяют построение системы управления. Микропроцессорная система управления и диагностики (МСУД-Н) каждой отдельной секции электровоза полностью автономная. Все контролируемые параметры силовой схемы (токи, напряжения, углы коммутации) и движения (скорости вращения всех осей) заводятся на блок управления в пределах своей секции и не передаются через межэлектровозные соединители. Кроме того, были произведены принципиальные изменения в системе автоматики - использован новый регулятор скорости РС. Но так же как и на электровозах предыдущих серий изменения параметров контактной сети, схемы включения и параметров тягового двигателя в процессе движения не учитываются.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Телегин, Михаил Васильевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материалы и решения Первого Российского железнодорожного съезда. — М.: Кремль, 2007.

2. Падуст С. Ф. Статус электровозостроительной державы сохраним / С. Ф. Падуст//ВестникВЭлНИИ.-2011.-№ 1 (61).-С. 5-22.

3. Баранов Л. А. Микропроцессорные системы автоведения электроподвижного состава / Л. А. Баранов, Я. М. Головичер, Е. В. Ерофеев, В. М. Максимов; Отв. ред. Л. А. Баранов. - М.: Транспорт, 1990. - 225 с.

4. Тулупов В. Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения электроподвижного состава / В. Д. Тулупов. - М.: Транспорт, 1976. - 368 с.

5. Кравчук В. В. Особенности конструкции и управления электровоза ВЛ65 /

B. В. Кравчук, А. С. Поддавашкин, Ю. М. Кулинич, Н. П. Дениско, Ю. Н. Бинецкий; Отв. ред. В. В. Кравчук. - Хабаровск: ДВГУПС, 1997. - 133 с.

6. Плис В. И. Магистральный электровоз ЭП1. Микропроцессорная система управления / В. С. Кирилов, В. И. Плис // Локомотив. - 1999. - № 8. -

C. 16-17.

7. Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 1. Электрические схемы. - Новочеркасск: ВЭлНИИ, 2006. - 215 с.

8. Савоськин А. Н. Автоматизация электроподвижного состава. Учебник для вузов ж.-д. транспорта / А. Н. Савоськин, Л. А. Баранов, А. В. Плакс, В. П. Феоктистов; Отв. ред. А. Н. Савоськин. - М.: Транспорт, 1990. - 311 с.

9. Алексеев А. С. Система автоматического регулирования тока коллекторных тяговых двигателей электровоза: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03 / Алексеев Алексей Сергеевич. - М., 2009. - 175 с.

10. Плис В. И. Комбинированная адаптивная система регулирования тока тягового электродвигателя с воздействием по возмущению и отклонению: дис.... канд. тех. наук: 05.09.03 / Плис Виктор Иванович. - М., 1997. - 186 с.

11. Деруссо П. Пространство состояний в теории управления / П. Деруссо, / Р. Рой, Ч. Клоуз. Пер. с англ. - М: Наука, 1970. - 620 с.

12. Малютин В. А. Системы автоматического регулирования электровозов переменного тока в условиях повышенных возмущений: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07 / Малютин Владимир Александрович. - М., 1983. - 186 с.

13. Кулинич Ю. М. Повышение качества электроэнергии, потребляемой электровозом однофазно-постоянного тока, на основе применения гибридного компенсатора реактивной мощности: дис. ... д-ра тех. наук: 05.09.03 / Кулинич Юрий Михайлович. - М., 2003. - 258 с.

14. Завьялова Н. Б. Оптимизация регуляторов тока тягового электропривода электровозов однофазно-постоянного тока: дис.... канд. тех. наук: 05.09.03 / Завьялова Надежда Борисовна. - М., 1988. - 177 с.

15. Островский В. С. Система адаптивного поосного управления силой тяги электровоза однофазно-постоянного тока: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07 / Островский Виктор Самуилович. - М., 1997. - 29 с.

16. Тимошенкова Н. Ю. Разработка адаптивных модуляционно-интегральных идентификаторов в АСУ ТП: дис.... канд. тех. наук: 05.13.01 / Тимошенкова Наталья Юрьевна. - М., 1997. - 196 с.

17. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

18. Ермоленко Д. В. Повышение электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения с тиристорным электроподвижным составом: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.09 / Ермоленко Дмитрий Владимирович. -М., 1991.-257 с.

19. Косарев Б. И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока / Б. И. Косарев. - М.: Транспорт, 1988. - 216 с.

20. Алексеев А. С. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе контактная сеть - электровоз / А. Н. Савоськин, Ю. М. Кулинич, А. С. Алексеев // Электричество. - 2002. - № 2. - С. 29-35.

21. Косарев А. Б. Основы теории электромагнитной совместимости систем тя-_ гового электроснабжения переменного тока / А. Б. Косарев. - М.: ВНИИЖТ,

2004.-272 с.

22. Бочарников Ю. В. Электромагнитная совместимость систем тягового электроснабжения и аппаратуры рельсовых цепей при взаимодействии через питающие и сигнальные цепи: дис.... канд. тех. наук: 05.14.02 / Бочарников Юрий Вячеславович. - М., 2008. - 187 с.

23. Карякин Р. Н. Тяговые сети переменного тока. Учебник, изд. 2-е / Р. Н. Карякин. - М.: Транспорт, 1987. - 279 с.

24. Фролов. А. В. Взаимодействие тяговых и рекуперирующих электровозов с системами электроснабжения переменного тока: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.09 / Фролов Алексей Васильевич. - М., 1981. - 143 с.

25. Находкин М. Д. Проектирование тяговых электрических машин. Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / М. Д. Находкин, Г. В. Василенко, В. И. Бочаров, М. А. Козорезов; Отв. ред. М. Д. Находкина. - М.: Транспорт, 1976. - 624 с.

26. Руководство пользователя RT-Lab 8.1. Copyright. Opal-RT Corporation.

- 2007. - 80 с.

27. Стекольщиков Д. В. Результаты электротехнических испытаний пассажирского электровоза ЭП1 / Копанев А. С., Стекольщиков Д. В. // Электровозостроение: Сборник научных трудов ОАО "ВЭлНИИ". - 2000. -Т. 42.-С. 91-102.

28. Чучин А. А. Индивидуальное потележечное и поосное управление силой тяги электровоза однофазно-постоянного тока с адаптацией по сцеплению: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07 / Чучин Антон Александрович. - М., 2005.-234 с.

29. Ануфриев И. Е. MATLAB 7 / И. Е. Ануфриев, А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова; Отв. ред. И. Е. Ануфриев. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

30. Дьяконов В. П. MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель / В. П. Дьяконов.

- М.: ДМК Пресс, 2008. - 768 с.

31. Дащенко О. Ф. Matlab в инженерных и научных расчетах / О. Ф. Дащенко, В. X. Кириллов, JI. В. Коломиец, В. Ф. Оробей; Отв. ред. О. Ф. Дащенко. -Одесса: Астропринт, 2003. - 214 с.

32. Гермен-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0 / С. Г. Гермен-Галкин. - СПб.: КОРОНА, 2001. - 320 с.

33. Дебни Дж. Б. Simulink 4. Секреты мастерства. / Дж. Б. Дебни, T. JI. Харма. Пер. с англ. M. JI. Симонова - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 403 с.

34. Черных И. В. - Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. -М.: ДМК Пресс, 2008. - 288 с.

35. Трифонов А. Г. Optimization Toolbox 2.2. Руководство пользователя [Электронный ресурс] / Консультационный центр MATLAB. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/optimiz/book_l/index.php. - Дата обращения: 05.03.2009 г.

36. Учебный курс Lab VIEW и CompactRIO: основы разработки приложений. Copyright. National Instruments Corporation. - 2008. - 305 с.

37. Тревис Д. Lab VIEW для всех / Д. Тревис; пер. с англ. Н. А. Клушин - М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. - 544 с.

38. Михеев П. М. Учебный курс LabVIEWtm Основы I / П. М. Михеев, С. И. Крылова, В. А. Лукьянченко, Д. С. Урюпина; Отв. ред. П. М. Михеев. - М.: МГУ, 2007.-365 с.

39. Учебный курс Lab VIEW 8 Основы II: Разработка приложений. Copyright. National Instruments Corporation. - 2007. - 257 с.

40. Баран Е. Д. Lab VIEW FPGA. Реконфигурируемые измерительные и управляющие системы / Е. Д. Баран. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 448 с.

41. Учебный курс Lab VIEW: Системы сбора данных. Copyright. National Instruments Corporation. - 2007. - 578 с.

42. Учебный курс LabVIEW Real-Time 8: разработка приложений. Copyright. National Instruments Corporation. - 2008. - 440 с.

43. Руководство пользователя NI PXI-8106. Copyright. National Instruments Corporation. - 2007. - 75 c.

44. Корзина И. В. Имитационная модель электровоза для отладки микропроцессорных систем управления: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07 / Корзина

. Инна Валерьевна. - М., 2006. - 174 с.

45. Косарев Б. И. Устройства электроснабжения Байкало-амурской магистрали / С. X. Дарчиев, Б. И. Косарев, Э. Я. Мориц; Отв. ред. Б. И. Косарев. - М.: Транспорт, 1989. - 176 с.

46. Бессонов JI. А. Теоретические основы электротехники: электрические цепи. Учебник, изд. 11-е / JI. А. Бессонов. - М.: Гардарики, 2006. - 701 с.

47. Андреев В. В. Разработка обобщенной модели системы электрической тяги / В. В. Андреев // Сборник научных трудов МИИТ. - 2004. - С. 68-71.

48. Пупынин В. Н. Тяговые подстанции / Ю. М. Бей, Р. Р. Мамошин, В. Н. Пупынин, М. Г. Шалимов; Отв. ред. В. Н. Пупынин. - М.: Транспорт, 1989. -176 с.

49. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. Учебное пособие для вузов, изд. 5-е / П. М. Тихомиров. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528 с.

50. Брылеев А. М. Теория, устройство и работа рельсовых цепей / А. М. Бры-леев, Ю. А. Кравцов, А. В. Шишляков; Отв. ред. А. М. Брылеев. - М.: Транспорт, 1978. - 344 с.

51. Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 3. Электрические машины. Новочеркасск: ВЭлНИИ, 2006. -45 с.

52. Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 4. Электрические аппараты и оборудование. Новочеркасск: ВЭлНИИ, 2006.-186 с.

53. Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 5. Электронное оборудование. Преобразователи. Новочеркасск: ВЭлНИИ, 2006.-254 с.

54. Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 6. Механическая часть. Новочеркасск: ВЭлНИИ, 2006. — 175 с.

55. Плакс А. В. Системы управления электрическим подвижным составом. Учебник / А. В. Плакс. -М.: Маршрут, 2005. - 360 с.

56. Жиц М. 3. Переходные процессы в машинах постоянного тока / М. 3. Жиц. -М.: Транспорт, 1974. - 378 с.

57. Кухлинг X. Справочник по физике / X. Кухлинг; пер. с нем. Д. X. Абдрашитов, В. Г. Карташев, Е. В. Мозжухин - М.: Мир, 1985. - 520 с.

58. Корн Г. Справочник по математике: Справочник для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Наука, 1978. - 832 с.

59. Бронштейн И. Н. Справочник по математике для научных инженеров и учащихся вузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. - М.: Наука, 1981. - 720 с.

60. Федосов В. П. Цифровая обработка сигналов в Lab VIEW // В. П. Федосов, А. К. Нестеренко; Отв. ред. В. П. Федосов. - М.: ДМК Пресс; 2007. - 472 с.

61. Суранов А. Я. Lab VIEW 8.20: Справочник по функциям / А. Я. Суранов. - М.: ДМК Пресс; 2007. - 536 с.

62. Евдокимов Ю. К. Lab VIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде Lab VIEW. / Ю. К. Евдокимов, В. Р. Линдваль, Г. И. Щербаков; Отв. ред. Ю. К. Евдокимов. - М.: ДМК Пресс; 2007. - 400 с.

63. Крамсков С. А. Синхронизация системы управления тиристорными преобразователями электровозов переменного тока / С. А. Крамсков, Б. М. Наумов, О. Р. Калабухов // Сборник научных трудов Всесоюзного научно-исследовательского проектно-конструкторского технологического института электровозостроения. - 1984. - Т. 25. - С. 37-46.

64. Телегин М. В. Новый способ синхронизации полупроводникового преобразователя электровоза однофазно-постоянного тока с питающей сетью / А. Н. Савоськин, Д. И. Болдин, М. В. Телегин // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2010. -№ 5-6. - С. 15-21.

65. Иньков Ю. М. Электроподвижной состав с электрическим торможением / Ю. М. Иньков, Ю. И. Фельдман; Отв. ред. Ю. М. Иньков. - М., 2008. - 412 с.

66. Телегин М. В. Предложения по улучшению системы автоматического управления током тяговых двигателей электровоза для обеспечения его работоспособности / А. Н. Савоськин, А. А. Чучин, Д. И. Болдин, М. В. Телегин // Транспорт Урала. - 2010. - № 3 (26) . - С. 84-88.

4 ,

ь " > с

i

У

67. Болдин Д. И. Предложения по совершенствованию контура управления углом запаса инвертора / А. Н. Савоськин, Д. И. Болдин // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2009. - № 3-4. - С. 10-14.

68. Дьяконов В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник / В. П. Дьяконов. - М.: Наука, 1989. -240 с.

69. Мудров А. Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль / А. Е. Мудров. - Томск: МП «РАСКО», 1991. - 272 с.

70. Пудовиков О. Е. Автоматическое управление скоростью грузового поезда с электровозом, допускающим плавное управление силами тяги и торможения: дис. ... д-ра тех. наук: 05.16.03 / Пудовиков Олег Евгеньевич. - М., 2011.-241 с.

71. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование, пер. с англ. / Д. Химмельблау. - М.: Мир, 1975. - 512 с.

72. Руководящие материалы по релейной защите систем тягового электроснабжения переменного тока. Департамент электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД». - М.: Трансиздат, 2004. - 130 с.

73. Баранов JI. А. Системы автоматического и телемеханического управления электроподвижным составом. / JI. А. Баранов, Е. В. Ерофеев, В. И. Астра-хан и др.; Отв. ред. J1. А. Баранова. - М.: Транспорт, 1984. - 342 с.

74. Бабков Ю. В. Автоматизация локомотивов. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. / Ю. В. Бабков, Ф. Ю. Базилевский, А. В. Грищенко; Отв. ред. Ю. В. Бабков. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 323 с.

75. Wan N. Reactive energy measurement made simple / N. Wan. - USA: Metering international issue, 2003. - № 4. - C. 24-46.

76. Чучин А. А. Моделирование электромагнитных процессов в системе «контактная сеть - электровоз» / А. Н. Савоськин, А. А. Чучин // Вестник МИИТа. - 2003. - № 10. - С. 53-59.

77. Алексеев А. С. Улучшение показателей качества системы автоматического регулирования тока электровоза с коллекторными тяговыми двигателями / А. С. Алексеев // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2007.

— №5. - С. 15-21.

78. Телегин М. В. Применение модульной платформы PXI для моделирования электромагнитных процессов в системе «тяговая подстанция - тяговая сеть - электровоз» / А. Н. Савоськин, Д. И. Болдин, М. В. Телегин // Труды VIII международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments». - М., 2009. - С. 96-97.

79. Телегин М. В. Исследование электромагнитных процессов в электрической железной дороге переменного тока на базе вычислительного комплекса реального времени / А. Н. Савоськин, А. А. Чучин, Д. И. Болдин, М. В. Телегин//Вестник ВЭлНИИ.-2011.-№ 1 (61).-С. 23-38.

80. Телегин М. В. Совершенствование системы автоматического управления током тяговых двигателей электровоза однофазно-постоянного тока / А. Н. Савоськин, М. В. Телегин // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2010. - № 2-3. - С. 10-14.

81. Телегин М. В. Использование технологий N1 для создания программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования в реальном времени / А. Н. Савоськин, Д. И. Болдин, М. В. Телегин // Труды IX международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments». -М., 2010.-С. 473-475.

82. Мелешин И. С. Алгоритмы автоматического управления временем хода поезда «Русич» на перегонах метрополитена: дис. ... канд. тех. наук: 05.16.03 / Мелешин Иван Сергеевич. - М., 2011. - 209 с.

83. Доронин С. В. Автоматизированные системы управления электроподвижного состава. Конспект лекций / С. В. Доронин. - Хабаровск: ДВГУПС,

/

. 2001.-74 с.

- /

■к

*« í

84. Почаевец В. С. Введение в специальность. Электроснабжение на железнодорожном транспорте / В. С. Почаевец. Учебник. - М.: Маршрут, 2005. -139 с.

85. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники / Г. С. Зиновьев. - Новосибирск: издательство НГТУ, 1999.- 199с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ65 (ЭП1)

Система автоматического управления предназначена для автоматического управления работой электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения [5].

При работе в режиме тяги САУ выполняет следующие функции:

- пуск и разгон электровоза до заданной скорости движения с заданной и автоматически поддерживаемой величиной тока якоря тяговых электродвигателей; после достижения заданной скорости, обеспечивается её автоматическое поддержание;

- плавное нарастание тока якоря тяговых электродвигателей до заданной величины;

- ограничение значения тока якоря тяговых электродвигателей на максимальном уровне 1500А и интенсивности его нарастания не более 1 ООО А/с;

- защиту выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП) от резких бросков тока, путём снятия с него импульсов управления;

- защиту от боксования отдельной колёсной пары и от синхронного боксования всех колёсных пар электровоза.

При работе в режиме рекуперативного торможения САУ выполняет следующие функции:

- предварительное торможение;

- торможение до заданной скорости движения с заданной и величиной тормозной силы и учётом ограничений тормозных характеристик электровоза;

- поддержание постоянства заданной скорости движения при движении по переменному профилю;

- остановочное торможение с заданной и автоматически поддерживаемой величиной тормозной силы.

- при низких скоростях движения обеспечивается противокомпаунди-рование (противовключение) тяговых электродвигателей (на ЭП1 этот режим не поддерживается);

- плавное нарастание тормозной силы электровоза до заданного значения током якоря т. э. д.;

- ограничение токов якоря тяговых электродвигателей на уровне 1000А и тока возбуждения на уровне 850А;

- защиту от юза отдельной колёсной пары и от синхронного юза всех колёсных пар электровоза.

В режиме тяги САУ электровоза двухконтурная (рис. П. 1.1). Контур регулирования тока якорей тяговых электродвигателей - внутренний подчиненный, а контур регулирования скорости движения - внешний задающий.

Блок автоматического управления (БАУ) представляет собой систему автоматического управления режимами движения, а также позволяет выполнять управление по системе многих единиц (СМЕ). На электровозе ЭП1 функциональные блоки БУВИП и БАУ реализованы в виде процедур и подпрограмм в микропроцессорной системе управления и диагностики (МСУД).

Задатчик тока якоря ЗТ и задатчик скорости ЗС представляют собой сельсины, роторы которых соответственно соединёны с валом штурвала управления и валом рукоятки контроллера машиниста. Выходные переменные напряжения, выпрямляются и поступают на вход блока БАУ в виде управляющих воздействий, представляющих собой постоянные напряжения, их величины зависят от положения штурвала управления и рукоятки скорости.

При пуске электровоза от задатчика скорости ЗС сигнал пропорциональный заданному значению скорости движения у3, поступает на элемент сравнения ЭС1. На этот же элемент сравнения поступает сигнал пропорциональный фактическому значению скорости движения электровоза ут|П, который формируется цепью обратной связи контура регулирования скорости: ДС - БИ-026 - БДС (или ДС - ячейка ИС МСУД на ЭП1). В режиме тяги выделяется минимальное значение скорости, соответствующее наименьшей скорости вращения одной из колёсных пар электровоза, поскольку именно она не имеет срыва сцепления. Датчики частоты вращения колёсных пар ДС представляют собой синхронные трёхфазные тахогенераторы на электровозе

Гкм

зт

зс

Уз

ЭС1

фщ

131

Ушт

БДС

У1-6

1 ' /3 П1111 1з1

РС 132 ИЛИ1 ЗИ

-► —► 0Гр.{я

тш

тш

а

ДЦ1 — БВР

эсз

ИЛИ2

тт

VI-6

(/}'тах

ИЛ ИЗ тах

ДЦз

А

Иоп

1тах

/ср

ДЦ2

к

ш

БВСТ

ИЛИ4 тах

ГИ

БПР

БТЗ

/1-6

БИ-027 ДТЯ

п-в

чо

к ЭПК песочниц

ДБ XI СИ

БИ-026 У1-6 ДС

Рис. П.1.1. САУ электровоза ВЛ65 (ЭП1) в режиме тяги

В Л 65, и оптические частотные тахометры на ЭП1. ДС устанавливаются на крышках букс и механически соединяются с осями соответствующих колёсных пар. Эти датчики преобразуют частоту вращения колёсных пар в пропорциональное напряжение.

Сигнал рассогласования по скорости поступает на вход регулятора скорости РС, выполняющего функцию интегрирования. Выходной сигнал РС будет увеличиваться при положительном рассогласовании, уменьшаться при отрицательном и оставаться неизменным при отсутствии рассогласования. Далее сигнал поступает на один из входов логического элемента или1-тт. От задатчика тока ЗТ на второй вход или1-тт поступает сигнал пропорциональный заданному значению тока якоря тяговых электродвигателей /Зь

Минимальный сигнал с выхода логического элемента или1-гшп, при пуске задающий ток якоря т. э. д., проходит через задатчик интенсивности ЗИ, который обеспечивает его плавное нарастание с заданной интенсивностью, что исключает броски тока по якорям тяговых электродвигателей. С выхода ЗИ сигнал поступает на вход ограничителя максимального тока якоря огр./я. Максимальная величина пропускаемого тока равна 1500А.

Далее сигнал подается на элемент сравнения ЭС2, где сравнивается с сигналом фактического значения тока /тах. Формирование сигнала, пропорционального фактическому значению тока якоря т. э. д., осуществляется следующим образом. Датчики тока якоря ДТЯ совместно с блоками измерений БИ-027 (или ячейками АЦ МСУД на ЭП1) вырабатывают сигналы пропорциональные току якоря каждого т. э. д.. Датчики тока якоря (как и датчики тока возбуждения ДТВ в рекуперации) по принципу действия являются трансформатором постоянного тока, на ВЛ65 это магнитные усилители, на ЭП1 преобразователи Холла. Блоки измерения (или программа МСУД на ЭП1) выделяют сигнал, пропорциональный току якоря наиболее нагруженного тягового двигателя. Элемент сравнения ЭС2 определяет величину рассогласования по току якоря. Это рассогласование, поступает на вход регулятора тока якоря РТЯ, который представляет собой интегратор с зоной нечувст-

вительности. Контур регулирования тока работает по принципу стабилизации. Выходной сигнал РТЯ является управляющим воздействием и через согласующий элемент СЭ, предназначенный для согласования сигналов по уровню, поступает в БУВИП (УЭ). В МСУД регулятор тока и БУВИП реализованы в виде программ, поэтому СЭ не требуется. Блок управления выпря-мительно-инверторным преобразователем, в соответствии с управляющим воздействием, вырабатывает определённый алгоритм управления выпрями-тельно-инверторным преобразователем ВИЛ, который является исполнительным элементом ИЭ и подает напряжение на тяговые электродвигатели (ОР).

В процессе разгона электровоза значение фактической скорости движения приближается к значению заданной скорости у3 и немного превышает ее. Величина рассогласования по скорости уменьшается и в какой-то момент становится отрицательной, в этот же момент начинает уменьшаться величина сигнала на выходе регулятора скорости РС. Когда этот сигнал станет меньше сигнала от задатчика тока ЗТ, на выходе логического элемента или1-гшп будет присутствовать сигнал с выхода РС. Таким образом, РС станет выполняет функцию автоматического задатчика для контура регулирования тока якоря т. э. д.. Сигнал со стороны РС уменьшит заданное значение тока, к т. э. д. будет прикладываться меньшее напряжение, будет реализовы-ваться меньшее тяговое усилие и начнется замедление. Фактическая скорость постепенно станет меньше заданной, рассогласование станет положительным, РС начнет увеличивать сигнал и на выходе или1-тш опять может появиться сигнал со стороны ЗТ. Таким образом, САУ начнет стабилизацию заданного значения скорости движения при переменном токе якоря т. э. д..

Для выявления боксования одиночной колёсной пары в системе автоматического управления имеется два канала, осуществляющие контроль сцепления колес с рельсами по следующим параметрам:

- по первой производной от разности между максимальным и средним значениями тока якорей тяговых электродвигателей - г^УЖ;

- по первой производной от максимальной скорости вращения колёсных пар йутл/Ж;

Первый канал образован следующими элементами: блок измерения БИ-027; блок вычисления среднего значения тока якоря тягового двигателя БВСТ; элемент сравнения ЭСЗ; дифференциатор ДЦ2; логический элемент или4-тах; генератор импульсов ГИ; блок промежуточных реле БПР; сигнализация (лампочка ДБ); электропневматических клапанов песочниц ЭПК.

Второй канал образован следующими элементами: блок датчиков скорости БДС; логический элемент илиЗ-тах; дифференциатор ДЦЗ; компаратор К (блокирует действие данного канала при низких значениях ускорения); логический элемент или4-шах; генератор импульсов ГИ; блок промежуточных реле БПР; цепи сигнализации (лампочка ДБ) и электропневматических клапанов песочниц ЭПК.

Логический элемент или4~тах координирует работу двух каналов выявления боксования одиночной колёсной пары электровоза и пропускает на выход наибольший из двух указанных выше сигналов. Выходной сигнал или4-тах запускает генератор импульсов, который с частотой 1-3 Гц подаёт питание на реле в БПР, которые в свою очередь запитывают включающие электропневматические клапаны песочниц и лампочку сигнализации "ДБ" на пульте машиниста. Если по второму каналу боксование отдельной колёсной пары не выявлено, то на выходе К присутствует постоянное по величине напряжение, поступающее на вход логического элемента или4-тах. Величина этого напряжения определяет уставку срабатывания защиты от боксования по первому каналу. Если сигнал с выхода ДЦ2 больше этой уставки, то первый канал выявляет боксование и его сигнал запускает ГИ. В противном случае, то есть при отсутствии боксования по всем каналам, логический элемент или4-тах выдаёт запрет на запуск генератора.

Для выявления синхронного боксования колёсных пар в системе автоматического управления имеется канал, осуществляющий контроль сцепления колес с рельсами по первой производной от минимальной скорости вра-

щения колёсных пар электровоза dvmtlx/dt. Канал образован следующими элементами: блок датчиков скорости БДС; логический элемент или2-тш; дифференциатор ДЦ1; блок воздействия на регулятор БВР; элемент сравнения ЭС2. С выхода ДЦ1 сигнал, пропорциональный первой производной от минимальной скорости вращения, поступает на вход БВР. Если сигнал на входе блока воздействия на регулятор достигает величины уставки, то с выхода БВР на элемент сравнения ЭС2 и соответственно на вход регулятора тока якоря РТЯ подается сигнал, обеспечивающий уменьшение тока якоря т. э. д., снижение тягового усилия и прекращение боксования.

Защиту от аварийных токов в режиме тяги обеспечивает блок токовой защиты БТЗ. Защита осуществляется путём запрета прохождения импульсов управления от БУВИП на все выпрямительно-инверторные преобразователи электровоза. Для электровоза ЭП1 все функциональные элементы реализованы программно в МСУД, исключение составляют цепи датчиков, сигнализации и ЭПК.

САУ электровоза в режиме торможения трехконтурная (рис. П. 1.2). Контур регулирования тока возбуждения генераторов т. э. д. - внутренний подчиненный, контур регулирования тока якорей генераторов - внутренний подчиненный, и контур регулирования скорости движения - внешний задающий.

Работа контура скорости в рекуперации аналогична режиму тяги. В начале торможения от ЗС сигнал пропорциональный заданному значению скорости движения v3, поступает на первый вход элемента сравнения ЭС1. На другой вход ЭС1 поступает сигнал пропорциональный фактическому значению скорости движения электровоза vmax, который формируется цепью обратной связи контура регулирования скорости: ДС - БИ-026 - БДС (или ДС - ячейка ИС МСУД на ЭП1). В режиме торможения эти цепочки выделяют максимальный по величине сигнал, соответствующий наибольшей скорости вращения одной из колёсных пар электровоза, поскольку именно это значение

соответствует колёсной паре, не имеющей срыва сцепления. Элемент сравнения

> *

vi v

\ I*4 >

км

зт

зс

ЭС1

/31

Ушах

БДС

У1-6

1з тш /з

РС (31 —»"- ИЛИ1 тш —► ЗИ ОГр./я

ЭС2

БАУ

</Ута

ДЦ1 ш БВР

I

ИЛИ2 тах

VI-«

ЭСЗ'Г

огр.дв

ЭС4

шрХГхЛЬ

РТЯ м по к сэ л УЭ

1

РТВ

/в

1я тах

ЭС5и

/ятах

--

(2>

—

*я_ср -4-

БВСТ

/я 1-6

я

ш

ДЦ2 —► ги —► БПР

Яр 1 8

«КС

ИЭ1

«к

ОР1

гя

ИЭ2

ив

ОР2

ЯшМ

ИЭЗ

1в

ПП-362 /В1-6 дтв

БИ-027 дтя

1Я1-6

к ЭПК песочниц

ДБ II СИ

БИ-026 У1-6 дс

Рис. П.1.2. САУ электровоза ВЛ65 (ЭП1) в режиме рекуперативного торможения

ЭС1 вычисляет рассогласование по скорости и подает его на вход регулятора скорости РС, последний выполняет функцию автоматического задатчика для внутренних контуров регулирования. Контур регулирования по скорости РС вступает в работу, если фактическая скорость движения меньше заданной скорости в противном случае внутренними контурами управляет сигнал со стороны машиниста ЗТ.

С регулятора скорости РС сигнал поступает на один из входов логического элемента или1-тт. На другой вход или1-тш подается сигнал пропорциональный заданному значению тока якоря тяговых электродвигателей /з1. Из двух сигналов логический элемент выделяется наименьший - /3. Элемент сравнения ЭС2 определяет рассогласование между заданным /3 и фактическим значением тока якоря /тах. Как и в режиме тяги, регулирование в контуре тока якоря осуществляется по наиболее загруженному генератору т. э. д.. Сигнал рассогласования по току якоря т. э. д. поступает на вход регулятора РТЯ, последний выполняет функцию автоматического задатчика для контура регулирования тока возбуждения /в тяговых электродвигателей.

Сигнал от РТЯ (заданное значение /вз), поступает на ограничитель максимального тока возбуждения огр./в, который, при необходимости, ограничивает ток на уровне 850А. Выходной сигнал огр./в, подаётся на элемент сравнения ЭС4, где сравнивается с сигналом, пропорциональным фактическому значению тока возбуждения /в. Сигнал, пропорциональный фактическому значению тока возбуждения, формируется цепью обратной связи: ДТВ - ПП-362 - ЭС4. Элемент сравнения ЭС4 вычисляет рассогласование по току возбуждения и подаёт его на вход регулятора тока возбуждения РТВ.

Регулятор тока возбуждения через согласующий элемент СЭ и блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП-ВУВ (УЭ) управляет работой выпрямительной установки возбуждения, которая является исполнительным элементом ИЭ2 в этом контуре.

САУ в режиме рекуперативного торможения обеспечивает двухканаль-

ное регулирование тормозной силы: по цепи ВИП регулируется э. д. с. ин-

^ 1 1 е

4 I

V

вертора, а по цепи ВУВ регулируется э. д. с. генераторов. При регулировании по любой из указанных цепей заданное значение тока якоря поддерживается РТЯ с учётом ограничений тормозной характеристики.

Для разделения цепей регулирования ВИП и ВУВ в составе САУ используется пороговый ограничитель ПО. При регулировании тока возбуждения в интервале от 0 до 850 А он блокирует регулирование по цепи ВИП. В результате э. д. с. инвертора постоянна и регулирование тока якоря (тормозной силы) осуществляется по цепи ВУВ. При достижении током возбуждения значения в 850 А ПО разрешает регулирование по цепи ВИП, и дальнейшее изменение тормозной силы осуществляется изменением э. д. с. инвертора. Ток возбуждения поддерживается в своем контуре постоянным и равным 850 А (наибольшее возбуждение генераторов). Сигнал от РТЯ через ПО, СЭ и БУВИП управляет фазой открытия тиристоров ВИП (ИЭ1), уменьшая э. д. с. инвертора (для увеличения тока якоря и тормозной силы). Режим рекуперативного торможения всегда начинается с предварительного пневматического торможения, при котором САУ поддерживает заданное значение тормозной силы на уровне 80-120 кН.

Система выравнивания токов якоря тяговых электродвигателей в режиме рекуперативного торможения построена на принципе индивидуального ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. САУ определяет отклонение тока якоря каждого двигателя от тока, наиболее загруженного т. э. д.. От блоков измерения БИ-027 сигналы, пропорциональные токам якоря отдельных тяговых электродвигателей поступают на элемент сравнения ЭС5. На этот же элемент сравнения поступает сигнал, пропорциональный максимальному току т. э. д. imax. Сигналы рассогласования А^ от элемента сравнения ЭС5 поступают в БУВИП-ПШТ, который формирует импульсы управления шунтирующими тиристорами на панели шунтирующих тиристоров ПШТ (ИЭЗ). БУВИП (или программа в МСУД на ЭП1) изменяет фазу импульсов, меняя длительность открытого состояния тиристоров. Группа ти-

ристоров последовательно соединена с балластным резистором и вместе с ним параллельно подключена к обмотке возбуждения т. э. д..

Для выявления юза одиночной колёсной пары в системе автоматического управления имеется канал, осуществляющий контроль сцепления колес с рельсами по первой производной от разности между максимальным и средним значениями тока якорей тяговых электродвигателей: d(imax - icp)/dt.

Для выявления синхронного юза колёсных пар в системе автоматического управления имеется канал, осуществляющий контроль сцепления колес с рельсами по первой производной от максимальной частоты вращения колёсных пар электровоза dvma/dt.

Электровоз BJI65 может работать по системе многих единиц. Работа САУ на ведущем электровозе в режимах тяги и рекуперативного торможения осуществляется аналогично одиночному локомотиву. Основное отличие работы САУ на ведомом электровозе заключается в том, что в качестве заданного значения тока якоря т. э. д. принимается максимальное значение тока якоря тяговых электродвигателей ведущего электровоза. Сигнал, пропорциональный значению заданного тока якоря ведомого электровоза, формируется следующим образом. На выходе цепи ДТЯ - БИ-027 ведущего электровоза выделяется сигнал, пропорциональный максимальному току якоря т. э. д.. Этот сигнал через межэлектровозное соединение поступает на ведомый электровоз. Там он походит через фильтр низких частот ФНЧ (для удаления помех) и поступает на блок огр./в (в ведомом БАУ), определяя задание тока т. э. д.. САУ ведомого электровоза в режиме тяги является одноконтурной, с контуром регулирования тока якоря тяговых электродвигателей, а в режиме рекуперативного торможения - двухконтурной, с контурами регулирования тока якоря и тока возбуждения т. э. д.. На ведомом электровозе не участвуют в работе следующие функциональные элементы: ДС, БД С, ЭС1, РС, шш2-тш, ЗИ.

t