RU2821345C1

RU2821345C1 - Method for protection against skidding of wheel pairs of electric rolling stock with asynchronous traction motors

Info

Publication number: RU2821345C1
Application number: RU2023121060A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Ришатович Харисов; Дмитрий Эдуардович Лимонов; Константин Рудольфович Коробицын
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы"
Filing date: 2023-08-10
Publication date: 2024-06-21

Abstract

FIELD: control over traction system of vehicles with electric traction.

SUBSTANCE: method for protection against skidding of wheel pairs of electric rolling stock with asynchronous traction motors consists in the fact that the setting is determined by speed of movement of electric rolling stock, the current angular frequency of rotation of the shaft of the asynchronous traction motor is measured, the angular frequency of rotation of the motor shaft is converted to the circumferential speed of the wheel pair, error between preset speed and wheel pair peripheral speed is calculated. Based on the calculated error, the setting moment is determined according to the control laws of the proportional-integral controller. Calculating the value of the current bite point and limiting the lower limit of the setting moment value at the level of the value of the calculated current bite point, and the limited value of the setting moment is defined as the setting for the vector control system with pulse-width modulation.

EFFECT: improved traction properties of electric rolling stock.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к транспортной технике, в частности к автоматизации тягового привода электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями.The invention relates to transport technology, in particular to the automation of the traction drive of electric rolling stock with asynchronous traction motors.

Известен способ обнаружения и предотвращения боксования колесной пары рельсового транспортного средства, согласно которому сравнивают электрический сигнал, характеризующий режим работы колесной пары с заданным пороговым значением по частоте, при превышении частотой этого порогового значения судят о возникновении боксования (Гриневич В. Способ обнаружения и предотвращения боксования колесной пары рельсового транспортного средства. Патент РФ (RU) 2072670, B60L 3/10 1994 г. ). Для реализации способа указанный электрический сигнал формируют посредством упруго-диссипативных элементов установленных на колесах ведущих пар, что существенно усложняет систему и снижают ее надежность.There is a known method for detecting and preventing slippage of a wheel set of a rail vehicle, according to which an electrical signal characterizing the operating mode of the wheel set with a given threshold frequency value is compared, and when the frequency exceeds this threshold value, the occurrence of slippage is judged (Grinevich V. Method for detecting and preventing wheel set slippage pairs of a rail vehicle. RF Patent (RU) 2072670, B60L 3/10 1994). To implement the method, the specified electrical signal is generated by means of elastic-dissipative elements installed on the wheels of the drive pairs, which significantly complicates the system and reduces its reliability.

Известен способ обнаружения и предотвращения боксования колесной пары рельсового транспортного средства, согласно которому при возникновения боксования одной или нескольких колесных пар измеряют текущие активные электрические мощности статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей, измеряют текущую температуру внешней среды тяговой секции и текущее горизонтальное положения тяговой секции, измеренные значения температуры внешней среды тяговой секции и горизонтального положения тяговой секции подают на входы заранее обученной искусственной нейронной сети прямого распространения, а с выхода получают значение глубины процесса боксования, измеренные текущие значения активных электрических мощностей статорных обмоток асинхронных тяговых двигателей и значение глубины процесса боксования используют для определения пороговой мощности, вычисляют абсолютную разницу измеренных значений активных электрических мощностей, абсолютную разницу активных электрических мощностей сравнивают с пороговой мощностью и выдают корректирующий сигнал о снижении угловой частоты вращения движущейся с избыточным скольжением колесной пары или угловых частот вращения движущихся с избыточным скольжением колесных пар (Харисов И.Р., Брексон В.В., Лимонов Д.Э., Шатравин К.М., Коробицын К.Р. Способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями. Патент РФ (RU) 2741851, 2020 г. ). Недостатком такого способа является невозможность раннего определения процессов избыточного скольжения, обусловленное не учетом резко изменяющихся условий способствующих процессам избыточного скольжения.There is a known method for detecting and preventing slipping of a wheel pair of a rail vehicle, according to which, when slipping of one or more wheel pairs occurs, the current active electrical powers of the stator windings of asynchronous traction motors are measured, the current temperature of the external environment of the traction section and the current horizontal position of the traction section are measured, the measured temperature values external environment of the traction section and the horizontal position of the traction section are fed to the inputs of a pre-trained artificial neural network of direct propagation, and from the output the value of the depth of the boxing process is obtained, the measured current values of the active electrical powers of the stator windings of asynchronous traction motors and the value of the depth of the boxing process are used to determine the threshold power , the absolute difference in the measured values of active electrical powers is calculated, the absolute difference of active electrical powers is compared with the threshold power and a correction signal is issued to indicate a decrease in the angular speed of rotation of a wheel pair moving with excess slip or the angular speed of rotation of wheelset moving with excess slip (Kharisov I.R. , Brekson V.V., Limonov D.E., Shatravin K.M., Korobitsyn K.R. Method of protection against slipping of electric rolling stock with asynchronous traction motors. RF Patent (RU) 2741851, 2020). The disadvantage of this method is the impossibility of early detection of excess slip processes, due to the failure to take into account the sharply changing conditions contributing to the processes of excess slip.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ, заключающейся в том, что при возникновении боксования (юза) одной или нескольких колесных пар и изменении сигналов, пропорциональных ускорению (замедлению) колесных пар до заданного уровня, вырабатывают управляющие сигналы изменяющие режимы работы систем электропривода (Киреев А.В. Способ защиты от боксования и юза колесных пар электроподвижного состава с вентильно-индукторным электроприводом. Патент РФ (RU) 2382707, B60L 3/10 2010 г. ). Недостатком данного способа является длительное время обнаружения избыточного скольжения по сигналам пропорциональных ускорению (замедлению), связанное с большой инерционностью электроподвижного состава.The closest in technical essence to the claimed one is the method, which consists in the fact that when slipping (skidding) of one or more wheel pairs occurs and the signals proportional to the acceleration (deceleration) of the wheel pairs to a given level change, control signals are generated that change the operating modes of the electric drive systems ( Kireev A.V. Method of protection against skidding and skidding of electric rolling stock with a switched-reluctance electric drive. RF Patent (RU) 2382707, B60L 3/10 2010. The disadvantage of this method is the long time it takes to detect excess slip using signals proportional to acceleration (deceleration), which is associated with the large inertia of electric rolling stock.

Задачей изобретения является повышение тяговых свойств электроподвижного состава.The objective of the invention is to increase the traction properties of electric rolling stock.

Решение поставленной задачи достигается тем, что определяют задание по скорости движения электроподвижного состава. Измеряют текущую угловую частоту вращения вала асинхронного тягового двигателя. Переводят угловую частоту вращения вала двигателя в окружную скорость колесной пары. Вычисляют ошибку между заданной скоростью и окружной скоростью колесной пары. На основании вычисленной ошибки определяют момент задания по законам управления пропорционально-интегрального регулятора. Вычисляют значение текущего момента сцепления и ограничивают нижний предел значения момента задания на уровне значения вычисленного текущего момента сцепления. Ограниченное значения момента задания определяют как задание для векторной системы управления.The solution to the problem is achieved by determining the task based on the speed of movement of the electric rolling stock. The current angular rotation frequency of the asynchronous traction motor shaft is measured. The angular frequency of rotation of the engine shaft is converted into the peripheral speed of the wheelset. The error between the given speed and the peripheral speed of the wheelset is calculated. Based on the calculated error, the setting moment is determined according to the control laws of the proportional-integral controller. The value of the current clutch torque is calculated and the lower limit of the value of the specified torque is limited at the level of the value of the calculated current clutch torque. The limited torque value of the reference is defined as a reference for the vector control system.

Суть предлагаемого способа защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями поясняется функциональной схемой устройства приведенной на фиг. 1, реализующей предлагаемый способ на примере однодвигательного асинхронного тягового привода.The essence of the proposed method for protecting electric rolling stock with asynchronous traction motors from slipping is illustrated by the functional diagram of the device shown in Fig. 1, implementing the proposed method using the example of a single-engine asynchronous traction drive.

Согласно изобретению, определяют задание по скорости движения электроподвижного состава. Измеряют текущую угловую частоту вращения вала асинхронного тягового двигателя. Переводят угловую частоту вращения вала двигателя в окружную скорость колесной пары. Вычисляют ошибку между заданной скоростью и окружной скоростью колесной пары. На основании вычисленной ошибки определяют момент задания по законам управления пропорционально-интегрального регулятора. Вычисляют значение текущего момента сцепления и ограничивают нижний предел значения момента задания на уровне значения вычисленного текущего момента сцепления. Ограниченное значения момента задания определяют как задание для векторной системы управления.According to the invention, the target is determined by the speed of the electric rolling stock. The current angular rotation frequency of the asynchronous traction motor shaft is measured. The angular frequency of rotation of the engine shaft is converted into the peripheral speed of the wheelset. The error between the given speed and the peripheral speed of the wheelset is calculated. Based on the calculated error, the setting moment is determined according to the control laws of the proportional-integral controller. The value of the current clutch torque is calculated and the lower limit of the value of the specified torque is limited at the level of the value of the calculated current clutch torque. The limited torque value of the reference is defined as a reference for the vector control system.

Ведущие оси транспортного средства согласно фиг. 1, снабжены частотно-регулируемым приводом 1 с векторным управлением, содержащим асинхронный тяговый двигатель 2 и систему векторного управления с широтно-импульсной модуляцией 3.The driving axles of the vehicle according to FIG. 1, are equipped with a variable frequency drive 1 with vector control, containing an asynchronous traction motor 2 and a vector control system with pulse width modulation 3.

Устройство защиты от боксования содержит блок задания скорости 4, который определяет задание линейной скорости как задающие воздействие асинхронного тягового двигателя 2 как в случае отсутствия избыточного скольжения, так и в случае наличия избыточного скольжения. Устройство содержит датчик скорости 5 который измеряет текущую угловую частоту вращения вала асинхронного тягового двигателя 2. Выход датчика скорости 5 соединен со входом блока вычисления скорости 6, который вычисляет окружную скорость колесной пары. Выход блока задания скорости 4 соединен с положительным входом блока сумматора 7 а выход блока вычисления скорости 6 соединен с отрицательным входом блока сумматора 7. Блок сумматора 7 вычисляет разницу между значениями выходных сигналов блока задания скорости 4 и блока вычисления скорости 6. Выход блока сумматора 7 соединен со входом блока регулятора скорости 8, который на основании закона управления пропорционально-интегрального регулятора скорости вычисляет момент задания локомотива. Выход блока регулятора скорости 8 соединен со входом блока вычисления момента сцепления и ограничения 9, который вычисляет текущий момент сцепления в зоне «колесо-рельс» и ограничивает нижний предел значения выхода блока регулятора скорости 8 на уровне значения вычисленного текущего момента сцепления, и передает ограниченное значение момента задания системе векторного управления с широтно-импульсной модуляцией 3. The anti-slip device contains a speed setting unit 4, which determines the linear speed setting as setting the action of the asynchronous traction motor 2 both in the absence of excess slip and in the presence of excess slip. The device contains a speed sensor 5 that measures the current angular rotation speed of the shaft of the asynchronous traction motor 2. The output of the speed sensor 5 is connected to the input of the speed calculation block 6, which calculates the peripheral speed of the wheelset. The output of the speed setting block 4 is connected to the positive input of the adder block 7, and the output of the speed calculation block 6 is connected to the negative input of the adder block 7. The adder block 7 calculates the difference between the values of the output signals of the speed setting block 4 and the speed calculation block 6. The output of the adder block 7 is connected with the input of the speed controller unit 8, which, based on the control law of the proportional-integral speed controller, calculates the locomotive setting torque. The output of the speed controller block 8 is connected to the input of the clutch torque calculation and limitation block 9, which calculates the current clutch torque in the “wheel-rail” zone and limits the lower limit of the output value of the speed controller block 8 at the level of the value of the calculated current clutch torque, and transmits the limited value moment of setting the vector control system with pulse width modulation 3.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Блок задания скорости 4 определяет текущее задание по линейной скорости и передает вычисленное значение на положительный вход блока сумматора 7. Датчик скорости 5 измеряет текущую угловую частоту вращения вала асинхронного тягового двигателя 2. Датчик скорости 5 передает измеренное значение на вход блока вычисления скорости 6, который вычисляет окружную скорость колесной пары. Блок вычисления скорости 6 передает вычисленное значение на отрицательный вход блока сумматора 7. Блок сумматора 7 вычитает из выходного значения сигнала блока задания скорости 4 выходное значение блока вычисления скорости 6 и передает вычисленное значение блоку регулятора скорости 8. Блок регулятора скорости 8 вычисляет момент задания на основании закона управления пропорционально-интегрального регулятора и передает вычисленное значение на положительный вход блока вычисления момента сцепления и ограничения 9. Блок вычисления момента сцепления и ограничения 9 вычисляет текущий момент сцепления в зоне «колесо-рельс», и ограничивает нижний предел значения выхода блока регулятора скорости 8 на уровне значения вычисленного текущего момента сцепления и передает выходное значение ограниченного момента задания системе векторного управления с широтно-импульсной модуляцией 3.Speed reference block 4 determines the current linear speed reference and transmits the calculated value to the positive input of the adder block 7. Speed sensor 5 measures the current angular speed of the shaft of the asynchronous traction motor 2. Speed sensor 5 transmits the measured value to the input of the speed calculation block 6, which calculates peripheral speed of the wheelset. The speed calculation block 6 transmits the calculated value to the negative input of the adder block 7. The adder block 7 subtracts the output value of the speed calculation block 6 from the output value of the speed reference block 4 and transmits the calculated value to the speed controller block 8. The speed controller block 8 calculates the reference torque based on control law of the proportional-integral controller and transmits the calculated value to the positive input of the clutch torque calculation and limitation block 9. The clutch torque calculation and limitation block 9 calculates the current clutch moment in the “wheel-rail” zone, and limits the lower limit of the output value of the speed controller block 8 at the level of the value of the calculated current clutch torque and transmits the output value of the limited torque setting to the vector control system with pulse width modulation 3.

Таким образом, предлагаемый способ защиты от боксования электроподвижного состава с асинхронными тяговыми, позволяет реализовать максимально возможные тяговые свойства, за счет вычисления текущего момента сцепления и ограничения нижнего предела момента задания, полученного с пропорционально-интегрального регулятора скорости на уровне значения вычисленного текущего момента сцепления.Thus, the proposed method of protecting electric rolling stock with asynchronous traction from slipping makes it possible to realize the maximum possible traction properties by calculating the current clutch torque and limiting the lower limit of the task torque received from the proportional-integral speed controller at the level of the value of the calculated current clutch torque.

Claims

A method for protecting wheel pairs of electric rolling stock with asynchronous traction motors from slipping, which consists in determining the target for the speed of movement of the electric rolling stock, measuring the current angular frequency of rotation of the asynchronous traction motor shaft, converting the angular frequency of rotation of the engine shaft into the peripheral speed of the wheel pair, and calculating the error between the given speed of movement and the peripheral speed of the wheelset, and on the basis of the calculated error, the setting torque is determined according to the control laws of the proportional-integral controller, characterized in that the value of the current clutch torque is calculated and the lower limit of the setting torque value is limited to the value of the calculated current clutch torque, and the limited value of the reference torque is defined as the reference for a vector control system with pulse width modulation.