PL195876B1 - Układ sterowania przyczepnością zespołu trakcyjnego elektrycznego pojazdu szynowego - Google Patents

Abstract

1. Uklad sterowania przyczepnoscia zespolu trakcyjnego elek- trycznego pojazdu szynowego, majacego, co najmniej jeden silnik i zródlo energii, zawierajacy czlon sterowania moca, jednostke prze- twarzajaca, czlon formowania sygnalu, komparator, uklad pamieci, uklad mnozacy oraz uklad odejmujacy, znamienny tym, ze z czlonu sterowania moca (18) do komparatora (36) dostaje sie sygnal Cm(n) odpowiadajacy oszacowanemu elektromagnetycznemu momentowi obrotowemu silnika (12), zas z ukladu pamieci (34) do komparatora (36) dostaje sie sygnal (Cm(n-1)) odpowiadajacy oszacowanemu elektro- magnetycznemu momentowi obrotowemu silnika (12) przy poprzed- niej aktywacji, z wyjscia komparatora (36) do ukladu mnozacego (42) dochodzi sygnal odpowiadajacy kierunkowi, w którym elektromagne- tyczny moment obrotowy zmienia sie miedzy kolejnymi aktywacjami, ponadto z jednostki przetwarzajacej (24) do czlonu formowania sygnalu (22a) dochodzi sygnal (gama) odpowiadajacy przyspieszeniu silnika (12), a uformowany sygnal (gama) z czlonu formowania sygna- lu (22a) zostaje doprowadzony do ukladu mnozacego (42), z wyjscia ukladu mnozacego (42) do ukladu odejmujacego (27) dostaje sie sygnal aktywacji (C corr) odpowiadajacy pomnozonemu sygnalowi kierunku przez uformowany sygnal (gama), zas na drugie wejscie ukladu odejmujacego (27) zostaje doprowadzony wyjsciowy sygnal odniesienia (C manip) odpowiadajacy wartosci, przy której przewi- dziana jest praca silnika (12), z wyjscia ukladu odejmujacego (27) zostaje podany do czlonu sterowania moca (18) zmodyfikowany sygnal odniesienia (Cons), stanowiacy róznice miedzy sygnalem aktywacji (C corr) a wyjsciowym sygnalem odniesienia (C manip), zas z czlonu sterowania moca (18) do zródla energii (14) zostaje wyslany sygnal sterowania odpowiadajacy zmodyfikowanemu sygnalowi odniesienia (Cons). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania przyczepnością zespołu trakcyjnego elektrycznego pojazdu szynowego.

Znane są rozwiązania, w których zespół trakcyjny pojazdu jest zaopatrzony w urządzenie monitorowania przyczepności tak, aby siła napędowa przenoszona do kół napędzających pojazd szynowy była kompatybilna z przyczepnością tych kół.

Takie urządzenie zwykle zawiera człon sterowania mocą silnika zespołu trakcyjnego oraz człon monitorujący przyczepność, dostarczający do członu sterowania mocą sygnał odniesienia, który jest generowany na podstawie, co najmniej jednej charakterystyki roboczej silnika tak, aby zachować kontrolę -to jest tak, aby zredukować lub nawet wyeliminować poślizg koła zespołu trakcyjnego.

Urządzenie to ma umożliwić zredukowanie lub nawet wyeliminowanie zapoczątkowania poślizgu koła, zwłaszcza przy rozpoczęciu ruchu pojazdu.

Niestety, znane urządzenia mają pewne wady, w szczególności dopuszczają one zbyt duży poślizg na szynie a nawet powodują chwilową utratę przyczepności.

W opisie patentowym DE 44 02 152 został ujawniony system monitorowania przyczepności zespołu trakcyjnego elektrycznego pojazdu szynowego, w którym sygnał aktywacji zachowania przyczepności kół zespołu trakcyjnego jest wytwarzany na podstawie częstotliwości w uzwojeniu stojana f1 i częstotliwości silnika fM. Związek między tymi dwoma częstotliwościami i poślizgiem kół jest bardzo skomplikowany i wyliczanie potrzebnego do wygenerowania sygnału aktywacji jest bardzo złożone.

Układ sterowania przyczepnością wagonu silnikowego trakcji elektrycznej, mającego, co najmniej jeden silnik i źródło energii, zawierający człon sterowania mocą, jednostkę przetwarzającą, człon formowania sygnału, komparator, układ pamięci, układ mnożący oraz układ odejmujący, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że z członu sterowania mocą do komparatora dostaje się sygnał odpowiadający oszacowanemu elektromagnetycznemu momentowi obrotowemu silnika, a z układu pamięci do komparatora dostaje się sygnał odpowiadający oszacowanemu elektromagnetycznemu momentowi obrotowemu silnika przy poprzedniej aktywacji. Z wyjścia komparatora do układu mnożącego dochodzi sygnał odpowiadający kierunkowi, w którym elektromagnetyczny moment obrotowy zmienia się między kolejnymi aktywacjami. Ponadto z jednostki przetwarzającej do członu formowania sygnału dochodzi sygnał odpowiadający przyspieszeniu silnika, a uformowany sygnał z członu formowania sygnału zostaje doprowadzony do układu mnożącego. Z wyjścia układu mnożącego do układu odejmującego dostaje się sygnał aktywacji odpowiadający pomnożonemu sygnałowi kierunku przez uformowany sygnał. Na drugie wejście układu odejmującego zostaje doprowadzony sygnał odniesienia odpowiadający wartości, przy której przewidziana jest praca silnika. Z wyjścia układu odejmującego zostaje podany do członu sterowania mocą zmodyfikowany sygnał odniesienia, stanowiący różnicę między sygnałem aktywacji a wyjściowym sygnałem odniesienia, zaś z członu sterowania mocą do źródła energii zostaje wysłany sygnał sterowania odpowiadający zmodyfikowanemu sygnałowi odniesienia.

Korzystnie, układ zawiera ponadto człon stabilizujący, do którego z jednostki przetwarzającej zostaje podany sygnał odpowiadający pochodnej po czasie przyspieszenia silnika i sygnał odpowiadający przyspieszeniu silnika, a z sensora zostaje podany sygnał wskazujący szybkość obrotów silnika. Natomiast z członu stabilizującego do układu odejmującego zostaje podany sygnał stabilizacji, w którym moment obrotowy silnika jest równy momentowi obrotowemu wysyłanemu do szyn, zaś do członu sterowania mocą dostaje się zmodyfikowany sygnał odniesienia stanowiący różnicę między sygnałem aktywacji i sygnałem stabilizacji a wyjściowym sygnałem odniesienia.

Układ według wynalazku umożliwia ciągłe przesyłanie maksymalnego momentu napędowego do kół jezdnych.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, jest zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ sterowania energią zespołu trakcyjnego, w schemacie blokowym; fig. 2 - układ monitorowania przyczepności, w schemacie blokowym; fig. 3 - krzywą ilustrującą zmianę siły przenoszonej na koła napędowe, w funkcji poślizgu, zaś fig. 4 przedstawia krzywe ilustrujące zmiany zmodyfikowanego sygnału odniesienia Cons wprowadzonego do członu sterowania, zmiany sygnału gamma przyspieszenia silnika oraz zmiany poślizgu G kół, w funkcji czasu.

Figura 1 przedstawia zasadniczą strukturę układu sterowania energią 10 dostarczaną do silnika 12 zespołu trakcyjnego.

PL 195 876B1

Silnik 12 jest zasilany energią elektryczną pochodzącą ze źródła 14, sterowanego przez człon sterowania mocą 18 dostarczaną do silnika 12.

Należy zauważyć, że człon sterowania mocą 18 jest wykonany z elementów znanych, odpowiednich do takiego zastosowania, to jest odpowiednich do regulowania momentu obrotowego silnika 12 wokół wartości, przy której silnik ma pracować, na podstawie sygnału wyjściowego odniesienia C manip. Człon sterowania mocą nie zostanie, zatem, opisany szczegółowo.

Według wynalazku, układ sterowania energią zespołu trakcyjnego 10 jest wyposażony w urządzenie 20 monitorujące przyczepność.

To urządzenie zawierające człon sterowania mocą 18, ma także człon monitorowania przyczepności 22, który doprowadza zmodyfikowany sygnał odniesienia Cons do członu sterowania mocą 18 tak, żeby umożliwić przeniesienie maksymalnego momentu obrotowego na koła napędzające.

Jak pokazano na fig. 1 człon monitorowania przyczepności 22 odbiera na wejściu sygnały odpowiadające charakterystykom reprezentującym pracę silnika 12, które to sygnały są podawane przez jednostkę przetwarzającą 24, w oparciu o sygnał komunikatu V, wskazujący pomiar prędkości obrotów silnika 12, podawany przez odpowiedni czujnik 26.

W szczególności, jednostka przetwarzająca 24 podaje sygnał gama, odpowiadający przyspieszeniu silnika 12, oraz sygnał Dgama, odpowiadający pochodnej po czasie przyspieszenia silnika 12, który to sygnał Dgama jest wykorzystywany do zwiększenia reaktywności urządzenia.

Człon monitorowania przyczepności 22 odbiera ponadto sygnał pomiarowy V, wskazujący prędkość obrotów silnika, i sygnał Cm, odpowiadający wartości oszacowanego elektromagnetycznego momentu obrotowego silnika 12. Sygnał ten jest podawany przez człon sterowania mocą 18, do którego wejść dochodzą zarówno sygnał pomiarowy V, wskazujący pomiar prędkości obrotów silnika 12 podawany przez czujnik 26, jak i sygnały pomiarowe IS1 i IS2 wskazujące pomiary prądu zasilania silnika 12, gdy silnik jest silnikiem trójfazowym, lub pojedynczy pomiar prądu, wystarczający w przypadku, gdy silnik jest silnikiem prądu stałego DC.

Na podstawie sygnału przyspieszenia silnika gama, sygnału pochodnej po czasie przyspieszenia Dgama oraz sygnału wartości Cm oszacowanego elektromagnetycznego momentu obrotowego silnika 12, człon monitorowania przyczepności 22 generuje sygnał aktywacji C Corr do aktywowania urządzenia monitorującego przyczepność tak, żeby spowodować dostarczenie zmodyfikowanego sygnału odniesienia Cons.

Sygnał aktywacji C Corr dostaje się na wejście układu odejmującego 27, w którym zostaje odjęty od wyjściowego sygnału odniesienia C manip i w ten sposób zostaje wygenerowany zmodyfikowany sygnał odniesienia Cons doprowadzany do wejścia członu sterowania mocą 18.

Sygnał aktywacji C Corr powoduje przesunięcie sygnału odniesienia Cons w stosunku do wyjściowego sygnału odniesienia C manip podawanego przez sterownik.

Na fig. 2. jest przedstawiony przykład wykonania członu monitorowania przyczepności 22, którego jedna gałąź, tj. człon formowania sygnału 22a formuje sygnał aktywacji C Corr, a w szczególności wylicza amplitudę tego sygnału, zaś druga gałąź 22b członu monitorowania przyczepności 22 umożliwia określenie znaku sygnału aktywacji C Corr.

Człon formowania sygnału 22a zawiera układ pamięci 28 do przechowywania modułu maksymalnej wartości przyspieszenia gama między dwoma kolejnymi aktywacjami. Wyjście układu pamięci 28jest połączone z komparatorem 30, który porównuje przechowywaną wartość z maksymalną wartością progową gama_ggx.

Sygnał wyjściowy z komparatora 30 jest podawany na wejście układu kształtowania impulsów 32, służącego do zwiększania amplitudy sygnału aktywacji C Corr względem amplitudy poprzedniego sygnału aktywacji za każdym razem, gdy wartość przechowywana w układzie pamięci 28 jest mniejsza niż wartość progowa gama_max, oraz do zmniejszania wspomnianej amplitudy sygnału aktywacji C Corr za każdym razem, gdy występuje sytuacja przeciwna.

Druga gałąź 22b członu monitorowania przyczepności 22 odbiera na wejściu sygnał Cm odpowiadający oszacowanej wartości elektromagnetycznego momentu obrotowego silnika 12 i wykrywa kierunek, w którym moment elektromagnetyczny zmienia się pomiędzy dwoma kolejnymi aktywacjami.

Druga gałąź 22b członu monitorowania przyczepności 22 zawiera ponadto na swym wejściu układ pamięci 34 do przechowywania wartości momentu elektromagnetycznego Cm(n-1), odpowiadającego poprzedniej aktywacji, oraz komparator 36 do porównywania wartości momentu elektromagnetycznego Cm(n) i Cm(n-1) dwóch kolejnych aktywacji.

PL 195 876B1

Wyjście komparatora 36 jest dołączone do filtra 38 kształtującego sygnał wyjściowy komparatora 36 tak, aby mógł on wysterować dwustabilną bramkę 40 w taki sposób, żeby zmienić znak sygnału aktywacji, gdy zostanie wykryte zmniejszenie momentu elektromagnetycznego, oraz tak, żeby utrzymać niezmieniony znak sygnału aktywacji, gdy zostanie wykryty wzrost momentu elektromagnetycznego.

Wyjścia członu formowania sygnału 22a i drugiej gałęzi 22b członu monitorowania przyczepności 22 są dołączone do wejść układu mnożącego 42, na którego wyjściu pojawia się sygnał aktywacji C Corr, doprowadzony następnie do sumatora 43.

Na podstawie sygnału przyspieszenia silnika gama, sygnału pochodnej po czasie przyspieszenia Dgama oraz sygnału pomiarowego V, trzecia gałąź członu monitorowania przyczepności 22, tj. człon stabilizujący 22c wysyła do sumatora 43 sygnał stabilizacji Stab, umożliwiający ustabilizowanie układu w punkcie równowagi, w którym moment obrotowy silnika 12 jest równy momentowi przekazywanemu do szyn. Sygnał stabilizacji Stab jest doprowadzony do sumatora 43, gdzie zostaje dodany do sygnału aktywacji C Corr.

Sumator 43 jest połączony z obwodem filtrującym 44, który ogranicza sygnał wynikowy tak, aby nie przekroczył on wartości wyjściowego sygnału odniesienia C manip.

Wykresy na fig. 3 i 4 obrazują działanie opisanego wyżej układu sterowania przyczepnością.

I tak, fig. 3 przedstawia, w jaki sposób moment obrotowy silnika Cm (krzywa I) oraz siła przenoszona na obręcz koła Ct (krzywa II) zmieniają się w funkcji poślizgu G, zaś fig. 4 przedstawia w jaki sposób zmodyfikowany sygnał odniesienia Cons, przyspieszenie silnika gama, oraz poślizg G zmieniają się w funkcji czasu t.

Należy założyć iż układ jest ustabilizowany w punkcie A (fig. 3), przyspieszenie silnika gama wynosiwtedyzero.

W tym stanie stabilizacji, człon monitorowania przyczepności 12 powoduje, iż układ zostanie wzbudzony przez spowodowanie zmiany zmodyfikowanego sygnału odniesienia Cons tak, aby sprawić żeby moment obrotowy silnika Cm był większy niż moment przekazywany do szyn (punkt AJ.

Ta modyfikacja spowoduje zwiększenie poślizgu oraz to, że przyspieszenie silnika gama będzie dodatnie.

W odpowiedzi na tę aktywację, stopień stabilizujący 22c spowoduje, iż wartość zmodyfikowanego sygnału odniesienia Cons momentu obrotowego silnika zostanie relatywnie skorygowana tak, aby utrzymać wartość przyspieszenia gama na poziomie zero, stabilizując w ten sposób układ (punkt B).

Aby wygenerować następną aktywację, człon monitorowania przyczepności 22 monitoruje kierunek, w którym zmieniła się wartość momentu obrotowego silnika Cm pomiędzy kolejnymi aktywacjami tak, aby określić znak sygnału aktywacji C Corr.

Jak to przedstawiono na fig. 3, dla aktywacji odpowiadających punktom B', ΟΊ D' znak sygnału aktywacji C Corr pozostał niezmieniony.

Natomiast, podczas kolejnej aktywacji, odpowiadającej punktowi E', różnica pomiędzy momentami obrotowymi zmienia znak, co powoduje zmianę znaku sygnału aktywacji C Corr i wygenerowanie relatywnie mniejszego poślizgu G oraz zmiany znaku przyspieszenia gama silnika 12. W odpowiedzi, stopień stabilizujący 22c powoduje zwiększenie zmodyfikowanego sygnału odniesienia Cons tak, aby ustabilizować ponownie układ (punkt F).

Tak więc, zrozumiałe staje się iż działanie członu monitorowania przyczepności 22 umożliwia utrzymanie momentu obrotowego silnika 12 w zakresie wartości optymalnych oraz przekazanie do kół napędzającychmaksymalnegomomentuobrotowego na jaki pozwala przyczepność.

Claims (2)

1. Układ sterowania przyczepnością zespołu trakcyjnego elektrycznego pojazdu szynowego, mającego, co najmniej jeden silnik i źródło energii, zawierający człon sterowania mocą, jednostkę przetwarzającą, człon formowania sygnału, komparator, układ pamięci, układ mnożący oraz układ odejmujący, znamienny tym, że z członu sterowania mocą (18) do komparatora (36) dostaje się sygnał Cm(n) odpowiadający oszacowanemu elektromagnetycznemu momentowi obrotowemu silnika (12), zaś z układu pamięci (34) do komparatora (36) dostaje się sygnał (Cm(n-1)) odpowiadający oszacowanemu elektromagnetycznemu momentowi obrotowemu silnika (12) przy poprzedniej aktywacji, z wyjścia komparatora (36) do układu mnożącego (42) dochodzi sygnał odpowiadający kierunkowi, w którym elektromagnetyczny moment obrotowy zmienia się między kolejnymi aktywacjami, ponadto z jednostki przetwarzającej (24) do członu

PL 195 876B1 formowania sygnału (22a) dochodzi sygnał (gama) odpowiadający przyspieszeniu silnika (12), a uformowany sygnał (gama) z członu formowania sygnału (22a) zostaje doprowadzony do układu mnożącego (42), z wyjścia układu mnożącego (42) do układu odejmującego (27) dostaje się sygnał aktywacji (C corr) odpowiadający pomnożonemu sygnałowi kierunku przez uformowany sygnał (gama), zaś na drugie wejście układu odejmującego (27) zostaje doprowadzony wyjściowy sygnał odniesienia (C manip) odpowiadający wartości, przy której przewidziana jest praca silnika (12), z wyjścia układu odejmującego (27) zostaje podany do członu sterowania mocą (18) zmodyfikowany sygnał odniesienia (Cons), stanowiący różnicę między sygnałem aktywacji (C corr) a wyjściowym sygnałem odniesienia (C manip), zaś z członu sterowania mocą (18) do źródła energii (14) zostaje wysłany sygnał sterowania odpowiadający zmodyfikowanemu sygnałowi odniesienia (Cons).

2. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera ponadto człon stabilizujący (22c), do którego z jednostki przetwarzającej (24) zostaje podany sygnał (Dgama) odpowiadający pochodnej po czasie przyspieszenia silnika (12) i sygnał (gama) odpowiadający przyspieszeniu silnika (12), a z sensora (26) zostaje podany sygnał wskazujący szybkość obrotów silnika (12), natomiast z członu stabilizującego (22c) do układu odejmującego (27) zostaje podany sygnał stabilizacji (Stab) odpowiadający takiemu momentowi obrotowemu, który powoduje, że moment obrotowy silnika (12) jest równy momentowi obrotowemu wysłanemu do szyn, zaś do członu sterowania mocą (18) dostaje się zmodyfikowany sygnał odniesienia (Cons) stanowiący różnicę między sygnałem aktywacji (C corr) i sygnałem stabilizacji (Stab) a wyjściowym sygnałem odniesienia (C manip).