RU2330768C2

RU2330768C2 - Traction motor operating conditions switch-over method

Info

Publication number: RU2330768C2
Application number: RU2006124147/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Черепанов (RU); Виктор Анатольевич Черепанов; Олег Валерьевич Мельниченко (RU); Олег Валерьевич Мельниченко
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-08-10
Also published as: RU2006124147A

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: switching over the motor operating conditions is effected by a rheostat controller with its shaft is run by the Reshetov's drive by means of alternating switching in of electro pneumatic gates connected to the switching and coupling of the suburban electric multiple-unit train automatic control system (STACS). The data on the train current speed comes to the STACS central processor and display unit, via a feedback channels, from the route and speed pickups, while the current value of electric current, comes from the motion parameter recorder (MPR). Depending upon the current values of current and speed, the central processor unit makes decisions as to feasibility of generating the instruction on switching on a certain electro pneumatic gate with switching and coupling unit ready to cut in the said gate.

EFFECT: switching over the rheostat controller positions with the gradual increase in the traction motor current settings; higher motor efficiency.

5 dwg

Description

Способ переключения режимов работы тяговых электродвигателей посредством реостатного контроллера основан на ступенчатом выводе из силовой цепи тяговых двигателей последовательно включенных пусковых сопротивлений или ступенчатого подключения параллельно обмоткам возбуждения шунтирующих резисторов и применяется на железнодорожном транспорте и, в частности, на электропоездах.The method of switching the operating modes of traction electric motors by means of a rheostat controller is based on the stepwise output from the power circuit of traction motors of series-connected starting resistances or stepwise connection of shunt resistors in parallel to the excitation windings and is used in railway transport and, in particular, in electric trains.

Известен способ ступенчатого отключения из цепи тяговых двигателей пусковых сопротивлений или ступенчатого включения шунтирующих резисторов [1, рис 4.1.]. На фиг.1 представлена упрощенная силовая схема тяговых двигателей 16, 17, 18, 19 в режиме тяги. В режиме тяги включен быстродействующий выключатель (33), линейные контакторы (34), (44). Таким образом, в маневровом режиме тяги в цепь тяговых двигателей, получающих питание от контактной сети через токоприемник 32, подключена группа пусковых сопротивлений 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43.There is a method of step-by-step disconnection of starting resistance from a chain of traction motors or step-by-step switching of shunt resistors [1, Fig. 4.1.]. Figure 1 presents a simplified power circuit traction engines 16, 17, 18, 19 in traction mode. In traction mode, a high-speed switch (33), linear contactors (34), (44) are turned on. Thus, in the shunting mode of traction, a group of starting resistances 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 is connected to the chain of traction motors powered by the contact network through the current collector 32.

В процессе разгона электропоезда пусковые сопротивления выводятся из цепи тяговых двигателей реостатным контроллером, при этом в определенной зависимости переключаются силовые контакторные элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.1). После вывода из цепи тяговых двигателей 16-19 пусковых сопротивлений 35-36 состояние силовой схемы (фиг.1) рассматривается как статическое. Для изменения режима работы тяговых электродвигателей в зависимости от положения контроллера машиниста в кабине управления параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей 21, 22, 23, 24 включаются группы шунтирующих резисторов 26, 27, 28, 29, 30, 31. Включение шунтирующих резисторов выполняется контактором 45 через индуктивный шунт 25. Ступенчатое подключение параллельно обмоткам возбуждения тяговых двигателей шунтирующих резисторов производится силовыми контакторными элементами 10, 11, 12, 13, 14, 15 (фиг.1).In the process of accelerating the electric train, the starting resistance is removed from the traction motor circuit by the rheostat controller, while in a certain dependence the power contactor elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 are switched (Fig. 1). After the withdrawal from the chain of traction motors 16-19 starting resistance 35-36, the state of the power circuit (figure 1) is considered as static. To change the operating mode of the traction electric motors depending on the position of the driver’s controller in the control cabin, the groups of shunt resistors 26, 27, 28, 29, 30, 31 are connected in parallel with the excitation windings of the traction motors 21, 22, 28, 29, 30, 31. The shunt resistors are turned on by contactor 45 through inductive shunt 25. Stepwise connection parallel to the excitation windings of the traction motors of the shunt resistors is made by power contactor elements 10, 11, 12, 13, 14, 15 (figure 1).

Силовые контакторные элементы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 по конструкции выполнены как реостатный контроллер, позиция которого определяется положением контроллера машиниста в кабине управления [1, стр.230-233]. Переключение силовых контакторных элементов 1-9 и 10-15 реостатного контроллера происходит при вращении вала реостатного контроллера с фиксацией в необходимом положении, вызываемое поочередным воздействием на вал реостатного контроллера электропневматических вентилей 54, 55 привода Решетова (фиг.2). Вывод из силовой цепи пусковых сопротивлений 35-42 (фиг.1), подключение шунтирующих резисторов 26-31 (фиг.1) реостатным контроллером на необходимую позицию происходит при фиксированном значении тока - тока уставки. Включение электропневматических вентилей 54, 55, вызывающее вращение вала реостатного контроллера и переключение силовых контакторных элементов, возможно только в случае, когда ток тяговых двигателей меньше или равен заданному току уставки. Реостатный контроллер имеет 18 или 20 позиций в зависимости от серии электропоезда. Каждой позиции соответствует определенное положение силовых контакторных элементов реостатного контроллера. На фиг.3 приведена таблица последовательности замыкания контакторных элементов реостатного контроллера в зависимости от положения контроллера машиниста [1, стр.321]. Значение уставки тока регулируется числом стабилитронов, включенных в диагональ моста 50 (фиг.2), определяющее величину переменного напряжения, подаваемое на вход блока реле ускорения 52 (фиг.2) по проводу 51. Всего существует 7 значений тока уставки, минимальное 140 А, максимальное 410 А [1,стр.366-367]. На фиг.2 изображена схема, поясняющая работу электропневматических вентилей реостатного контроллера в зависимости от тока тяговых двигателей и заданного значения тока уставки. По кабелю 47-49 датчика тока якорей 48 (фиг.1, 2) протекает ток силовой цепи тяговых электродвигателей, на фиг.1 силовой кабель и датчик тока якорей показан позицией 20. В процессе разгона и увеличения скорости ток тяговых двигателей меняется, следовательно, меняется и магнитный поток и индуктивное сопротивление рабочих обмоток магнитного усилителя (датчика тока якорей 48 фиг.2). В итоге будет меняться и переменное напряжение, подаваемое на вход блока реле ускорения 52 (фиг.2). Если ток уставки тяговых двигателей в текущий момент более заданного значения, индуктивное сопротивление обмоток датчика тока якорей 48 велико и сигнал на блок реле ускорения 52 не поступает. Наличие питания на проводе 57 (фиг.2), от контроллера машиниста, зависит от его положения в кабине управления. Питание на проводе 57 отсутствует, если контроллер машиниста находится в маневровом или нулевом положении, при этом в цепь тяговых двигателей последовательно включены все группы пусковых резисторов 35-42 (фиг.1). При токе тяговых двигателей равным или меньшим значения тока уставки, блок реле ускорения 52 хронометрически, поочередно выдает управляющие импульсы по проводам 53 или 56. В результате возбуждаются катушки электропневматических вентилей 54 или 55, вал реостатного контроллера переходит на очередную позицию, переключая при этом согласно таблице замыкания (фиг 3) соответствующий силовой контакторный элемент. Исключение из цепи тяговых двигателей при этом группы пусковых 35-42 (фиг.1) или подключение шунтирующих резисторов 26-31 (фиг.1), вызывает увеличение тока, если значение увеличившегося в результате переключения тока более тока уставки, сигнал на блок 52 (фиг.2) не поступает, как только с ростом скорости значение тока тяговых двигателей спадет до значения тока уставки, на проводе 51 появится напряжение, и блок 52 по проводу 53 или 56 подаст импульс на электропневматический вентиль 54 или 55, и реостатный контроллер перейдет на очередную позицию. Каждой позиции реостатного контроллера соответствует своя характеристика тяговых двигателей. На фиг.5 показаны характеристики тяговых двигателей а, Т, S, R, Q, Р, О, N в зависимости от позиции реостатного контроллера и переходы на очередную позицию при токе уставки 210 А. Позиция а соответствует положению силовой схемы (фиг.1), когда все пусковые сопротивления 35-42 подключены к тяговым двигателям 16-19. Позиция Т соответствует положению силовой схемы (фиг.1), когда пусковые сопротивления 35-42 выведены поочередно реостатным контроллером, посредством переключения силовых элементов 1-9. Промежуточные реостатные позиции В, С, D, Е, F, G, H, I, J, К, L, М из фиг.3 на фиг.5 не показаны, так как они даны только для пояснения работы силовой схемы (фиг.1) при реостатном пуске тяговых двигателей. Предлагаемое изобретение предусматривает изменение способа управления режимами работы тяговых электродвигателей при ослаблении возбуждения тяговых двигателей, когда к их обмоткам возбуждения 26-3 силовыми контакторными элементами реостатного контроллера 10-15 (фиг.1) подключаются шунтирующие резисторы.Power contactor elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 are designed as a rheostat controller, the position of which is determined by the position of the driver's controller in the control cabin [1 , p. 230-233]. Switching the power contactor elements 1-9 and 10-15 of the rheostat controller occurs when the shaft of the rheostat controller is rotated and locked in the required position, caused by alternating exposure to the shaft of the rheostat controller of electro-pneumatic valves 54, 55 of the Reshetov drive (Fig. 2). The output from the power circuit of the starting resistance 35-42 (figure 1), the connection of the shunt resistors 26-31 (figure 1) by the rheostat controller to the required position occurs at a fixed value of the current - set current. The inclusion of electro-pneumatic valves 54, 55, causing the rotation of the shaft of the rheostat controller and switching power contactor elements, is possible only in the case when the current of the traction motors is less than or equal to the specified setpoint current. The rheostat controller has 18 or 20 positions, depending on the train series. Each position corresponds to a specific position of the power contactor elements of the rheostat controller. Figure 3 shows the table of the sequence of closure of contactor elements of the rheostat controller depending on the position of the controller of the driver [1, p. 321]. The value of the current setpoint is controlled by the number of zener diodes included in the diagonal of the bridge 50 (Fig. 2), which determines the value of the alternating voltage supplied to the input of the acceleration relay block 52 (Fig. 2) through the wire 51. In total, there are 7 values of the set current, the minimum is 140 A, maximum 410 A [1, pp. 366-367]. Figure 2 shows a diagram explaining the operation of the electro-pneumatic valves of the rheostat controller depending on the current of the traction motors and the set value of the set current. The current of the power circuit of the traction motors flows through the cable 47-49 of the current sensor of the anchors 48 (Figs. 1, 2), in Fig. 1, the power cable and the current sensor of the anchors are shown at 20. In the process of acceleration and increase in speed, the current of the traction motors changes, therefore, both the magnetic flux and the inductive resistance of the working windings of the magnetic amplifier (current sensor of the armature 48 of figure 2) change. As a result, the alternating voltage supplied to the input of the acceleration relay block 52 (Fig. 2) will also change. If the setpoint current of the traction motors at the current moment is more than the specified value, the inductive resistance of the windings of the current sensor of the armature 48 is large and the signal to the acceleration relay unit 52 is not supplied. The presence of power on the wire 57 (figure 2), from the controller of the driver, depends on its position in the control cabin. There is no power on wire 57 if the driver's controller is in a shunting or zero position, while all groups of starting resistors 35-42 are sequentially included in the chain of traction motors (Fig. 1). When the current of the traction motors is equal to or lower than the setpoint current, the acceleration relay block 52 chronometrically generates control pulses through wires 53 or 56 one by one. As a result, the coils of the electropneumatic valves 54 or 55 are excited, the shaft of the rheostat controller switches to the next position, switching according to the table circuit (Fig 3) the corresponding power contactor element. The exclusion from the chain of traction motors in this case, the starting group 35-42 (Fig. 1) or the connection of shunt resistors 26-31 (Fig. 1), causes an increase in current, if the value increased as a result of switching the current is more than the set current, the signal to block 52 ( 2) does not arrive, as soon as the speed increases, the current value of the traction motors drops to the setpoint current, voltage appears on wire 51, and block 52 sends a pulse to wire 54 or 55 through wire 53 or 56, and the resistor controller switches to next position. Each position of the rheostat controller has its own characteristic of traction motors. Figure 5 shows the characteristics of the traction motors a, T, S, R, Q, P, O, N, depending on the position of the rheostat controller and transitions to the next position at a setpoint current of 210 A. Position a corresponds to the position of the power circuit (figure 1 ) when all starting resistance 35-42 are connected to the traction motors 16-19. The position T corresponds to the position of the power circuit (figure 1), when the starting resistance 35-42 displayed alternately rheostat controller, by switching the power elements 1-9. The intermediate rheostat positions B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M from Fig. 3 are not shown in Fig. 5, since they are given only to explain the operation of the power circuit (Fig. 1) when rheostatically starting the traction engines. The present invention provides a change in the method of controlling the operating modes of traction electric motors when the excitation of traction motors is weakened, when shunt resistors are connected to their field windings 26-3 by power contactor elements of the rheostat controller 10-15 (Fig. 1).

Недостатком такого способа перехода с одной позиции на другую, под контролем блока реле ускорения 52 (фиг.2), когда значение тока уставки постоянно, является недоиспользование мощности электропоезда. Обычно машинист, с целью снижения динамических реакций в поезде при отключении тяги в случае необходимости, когда скорость не превышает 40-50 км/ч, пользуется 3 положением переключателя тока уставки (210 А). Как видно из пусковой диаграммы (фиг.5), если необходимо выполнить разгон поезда до скорости 100 км/ч, при данном значении тока уставки реостатный контроллер не успевает перейти на позицию N, а изменять значение тока уставки в процессе разгона вручную посредством переключателя величины тока уставки неудобно.The disadvantage of this method of transition from one position to another, under the control of the acceleration relay block 52 (figure 2), when the value of the set current is constant, is the underutilization of the power of the electric train. Typically, the driver, in order to reduce the dynamic reactions in the train when the traction is switched off, if necessary, when the speed does not exceed 40-50 km / h, uses the 3-position setting current switch (210 A). As can be seen from the start-up diagram (Fig. 5), if it is necessary to accelerate the train to a speed of 100 km / h, at a given value of the set current, the rheostat controller does not have time to go to position N, but change the value of the set current during acceleration manually using the current value switch The settings are inconvenient.

Предлагаемый способ отличается от ныне существующего тем, что управление электропневматическими вентилями реостатного контроллера осуществляется не блоком реле ускорения 52 (фиг.2), а непосредственно системой ведения пригородного электропоезда САВПЭ [1, 529-536]. Структура САВПЭ приведена на фиг.4. САВПЭ состоит из блока центрального процессора 61, отвечающего за программное обеспечение, ввод текущей информации; блока коммутации и сопряжения 63, посредством которого включаются или отключаются линейные контакторы 34 и 44 (фиг.1), а также другие элементы схемы, которые на данных фигурах не указаны, так как не отражают сути способа переключения; датчика пути и скорости 68, отслеживающего текущую координату электропоезда и фактическую скорость; тумблера 60 питания системы и тумблера 62 «выходные цепи».The proposed method differs from the existing one in that the control of the electro-pneumatic valves of the rheostat controller is not carried out by the acceleration relay block 52 (Fig. 2), but directly by the system of maintaining the commuter electric train SAVPE [1, 529-536]. The structure of AECS is shown in Fig.4. SAVPE consists of a block of the central processor 61, responsible for the software, the input of current information; the switching and coupling unit 63, by means of which the linear contactors 34 and 44 are switched on or off (Fig. 1), as well as other circuit elements that are not indicated in these figures, since they do not reflect the essence of the switching method; a track and speed sensor 68 tracking the current coordinate of the electric train and the actual speed; the toggle switch 60 of the system power and the toggle switch 62 "output circuit".

Таким образом, изменив программное обеспечение блока центрального процессора 61 и подключив электропневматические вентили через провода 65, 66 (фиг.4), можно обеспечить плавное в зависимости от фактической скорости движения изменение величины уставки тока в диапазоне от 140 до 410 А [1, стр.366]. За машинистом остается право ограничивать верхнее предельное значение тока уставки, но, очевидно, необходимости в этой операции не возникнет, т.к предложенному способу такое предельное значение будет определяться автоматически блоком центрального процессора 61. Управление другими элементами силовой схемы блоком коммутации 63 по-прежнему осуществляется по проводу 66.Thus, changing the software of the central processor unit 61 and connecting the electro-pneumatic valves through the wires 65, 66 (Fig. 4), it is possible to provide a smooth change in the value of the current setting in the range from 140 to 410 A depending on the actual speed of movement [1, p. 366]. The driver retains the right to limit the upper limit value of the set current, but, obviously, this operation will not be necessary, because the proposed method will determine such a limit value automatically by the central processing unit 61. Other elements of the power circuit are controlled by the switching unit 63 as before on wire 66.

Обычно САВПЭ дополняется блоком 67 регистрации параметров движения РПДА (фиг.4), который отслеживает ток тяговых двигателей, напряжение контактной сети и другие параметры с последующей записью на специальные накопители информации - картриджи. Получая от блока 67 текущие значения тока, а от датчика пути и скорости 68 текущие значения скорости в процессе движения, блок 61 центрального процессора обеспечит расчет момента возможности перехода на очередную позицию вала реостатного контроллера в зависимости от скорости и тока. Такая зависимость может быть описана следующей формулой:Typically, the AECS is supplemented by a RPDA motion parameter registration unit 67 (Fig. 4), which monitors the current of the traction motors, the voltage of the contact network and other parameters, followed by recording on special information storage devices - cartridges. Receiving current values from block 67, and current speed values from the path and speed sensor 68 during movement, the central processor unit 61 will calculate the moment of the possibility of switching to the next position of the shaft of the rheostat controller depending on the speed and current. Such a dependence can be described by the following formula:

Iу=Iуi·k(V_ф),Iу = Iуi · k (V _f ),

где Iу - расчетное значение тока уставки,where Iу is the calculated value of the set current,

k - коэффициент приращения,k is the increment coefficient,

V_ф- фактическая скорость движения,V _f - the actual speed of movement,

Iуi - предыдущее значение тока уставки, предшествующего переключению вала реостатного контроллера.Iуi is the previous value of the set current preceding the switching of the shaft of the rheostat controller.

На фиг.5 показаны три варианта переключения реостатного контроллера при изменении тока уставки в зависимости от скорости движения, переход на 20 позицию реостатного контроллера происходит при скорости 80, 73 или 62 км/ч.Figure 5 shows three options for switching the rheostat controller when the setpoint current changes depending on the speed of movement, the transition to the 20 position of the rheostat controller occurs at a speed of 80, 73 or 62 km / h.

В настоящее время позиции S, Q, J (фиг.3) не являются рабочими и служат для промежуточного перехода, т.е. вал реостатного контроллера не может фиксироваться на данных позициях при токе уставки меньше установленного значения. Согласно предлагаемому способу, когда электропневматические вентили 54 и 55 (фиг.2). непосредственно подключаются через блок 63 коммутации и сопряжения к САВПЭ (поз.69 фиг.4) и блоком 61 центрального процессора определяется наиболее рациональное значение средней скорости движения, близкой к характеристикам, которые не являются рабочими - S, Q, J, имеется возможность использовать эти характеристики как рабочие методом фиксации реостатного контроллера на одной из этих позиций в соответствии с логическим решением САВПЭ.Currently, the positions S, Q, J (Fig. 3) are not working and serve for an intermediate transition, i.e. the shaft of the rheostat controller cannot be fixed at these positions when the set current is less than the set value. According to the proposed method, when the electro-pneumatic valves 54 and 55 (figure 2). directly connected through the block 63 of switching and pairing to the AECS (pos.69 figure 4) and the block 61 of the central processor determines the most rational value of the average speed, close to the characteristics that are not working - S, Q, J, it is possible to use these characteristics as working by fixing the rheostat controller at one of these positions in accordance with the logical decision of the AECS.

Источник информацииThe source of information

Просвирин Б.К. Электропоезда постоянного тока: Учебное пособие. - М.: УМК МПС России, 2001. - 699 с.Prosvirin B.K. DC Electric Trains: A Training Manual. - M.: UMK MPS of Russia, 2001 .-- 699 p.

Claims

A method of switching the operating modes of traction electric motors by switching power contact elements acting on the starting resistors by means of a rheostat controller, the shaft of which is affected by electro-pneumatic valves, providing switching of resistors shunting the field windings, characterized in that the electro-pneumatic valves of the rheostat controller are controlled by a suburban train having a unit for recording motion parameters, while controlling The influence on the rheostat controller to move it to another position is carried out depending on the speed and current strength.