Испытательный стенд электропривода локомотива

(51) 5 РЕТЕН САНИЕвыем ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им, М.И. Калинина (72) Л.А. Манашкин, А,М. Бондарев, Р.Ю, Пацовский и Ю.Н. Ивченко(56) Авторское свидетельство ССС И. 67786, кл. 8 01 М 17/00, 1944 г.Иванов И,А. и др. Экспериментальный стенд электропривода с асинхронными тяговыми двигателями. - Известия высших учебных заведений, Электромеханика, 1987, % 6, с, 66 - 70.(57) Использование; испытания и наладка системы питания и защиты тяговых двигатеИзобретение относится к локомотивостроению и связано с созданием стендовых устройств для испытаний электроприводов и тяговых двигателей локомотива. При с тивов нео водов и стендовь зультатов пользов имитировных условИзвеснамическ локомоти щий элект ну, имити оздании и производстве локомобходимы испытания электропритяговых двигателей с помощью х устройств, Достоверность реиспытаний достигается за счет исания стендов, способных ать работу этих устройств в реальиях.тен стенд для моделирования диих процессов в тяговом приводе ва с электропередачей, содержародвигатель и нагрузочную маширующую тяговую нагрузку. лей локомотива, Сущность изобретения; силовая часть сосуда содержит систему питания, тяговый двигатель, муфту, нагрузочную электрич. машину, реостат и регулируемый источник напряжения. В управляющую часть входят моделирующий блок, контроллер, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости, блок прерывания и вспомогательный источник напряжения. Стенд обеспечивает имитацию условий эксплуатации локомотива, При этом в режимах трогания с места, тяги и буксований имеет место запись процессов изменения напряжений - аналогов усилий в элементах электроп ривода, а также процессов изменения токов и напряжений в системе питания тяговых двигателей. 1 ил. Недостатком этого стенда является неозможность имитации буксований колес-ых пар локомотива, которые оказывают (.О ольшое влияние на работу тягового приво- СО Наиболее близким по техни аналогом является эксперим стенд электропривода, содер ключенный к системе питания т гатель, вал которого посредст связан с валом нагрузочной эл машины, имитирующей тяговуюНедостатки указанного стен ются в том, что не в полной мер водятся реальные условия эксп именно не имитируется режим колесных пар локомотива; не у взаимодействие состава вагоно ческои сути ентальный жащий подяговый двивом муфты ектрической.нагрузку.да заключае воспроизлуатации, а буксования читывается в и локомо1788454 5 10 15 25 35 40 50 тива при троганиях поездов и при движении по переломам продольного профиля пути,Цель изобретения - повышение достоверности результатов испытаний за счет более полной имитации условий эксплуатации локомотива,Это достигается тем, что в стенд введен реостат, регулируемый источник напряжения, узел моделирования локомотива с составом вагонов, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости вала тягОвого двигателя, блок прерывания, вспомогательный источник напряжения и контроллер, причем реостат и регулируемый источник напряжения включены последовательно в цепь обмотки якоря нагрузочной электрической машины, входы узла моделирования соединены с выходами обоих датчиков и первым выходом контроллера, а выход - со входом регулируемого источника напряжения и первым входом бло ка и рерь 1 ва ни я, второй вы ход контроллера подключен ко входу системы питания, а выход вспомогательного источника подключен ко второму входу блока прерывания, выход которого включен на контакты обмотки независимого возбуждения нагрузочной электрической машины,На чертеже показана структурная схема испытательного стенда электропривода локомотивд.Испытательный стенд содержит систему питания 1 тяговых двигателей локомотива, на выход которой подключен тяговый двигатель 2, Вал тягового двигателя посредством муфты 3 связан с валом нагрузочной электрической машины 4, В цепи обмотки якоря нагрузочной электрической машины последовательно включены реостат 5 и выход регулируемого источника 6 напряжения. Вход регулируемого источника 6 соединен с выходом узла моделирования 7 локомотива с составом вагонов, Узел моделирования имеет три входа. Первый входузла моделирования 7 соединен с первым 45 выходом контроллера 8, второй - с выходом датчика тока 9 якоря нагрузочной электрической машины 4, третий - с выходом датчика угловой скорости 10 вала тягового двигателя 2, Второй выход контроллера 8 соединен с входом системы питания 1. На вь 1 ход узла моделирования 7 включен первый вход блока прерывания 11, Второй вход блока прерывания 11 соединен с выходом вспомогательного источника 12 напряжения. Выход блока прерывания 11 включен в цепь обмотки возбуждения нагрузочной электрической машины 4,В основу построения схем узла моделирования 7, а также взаимодействия блоков между собой положены известны дифференциальные и алгебраические уравнения,описывающие движение локомотива с составом вагонов, Эти уравнения имеют видЧл=1-1Х; = Х - 1 + Л (, = 2Мл 9Гк = Ч, Чг= 2 (Чск)изкЧ = Ок гк Чл, ггк - р,гшЕнг = Ои + 1 аЯ, Ои = 13 (Рк) где Ч и Чп - линейные скорости движения локомотива и состава вагонов, соответственно; и - число колесных пар локомотива; Ек - сила тяги колесной пары локомотива; Яа - сила взаимодействия локомотива и состава вагонов; Ол и Ос - продольные составляющие сил тяжести локомотива и состава, возникающие при движении поезда по уклону; Мл и М, - массы локомотива и состава вагонов. т 1 - масса первого вагона состава; в; - масса 1-го вагона состава; оо,(х - х;) - единичная функция Хевисайдэ, значение которой равно 1, если х хь или О, при хх Ьл - зазор между 1-м и -1-м вагонами состава; х - перемещение локомотива; х - перемещение локомотива от момента трогания с места до момента начала движения 1-го вагона; цлс - взаимное перемещение локомотива и состава вагонов; Ч - коэф-. фициент сцепленйя колес локомотива с рельсами; Чск - относительная скорость проскальзывания колес локомотива по рельсам; а, - угловая скорость вращения колесной пары локомотива; гк - радиус колеса колесной пары локомотива; вр - угловая скорость вращения вала тягового . двигателя; гак, гш - радиусы зубчатого колеса и шестерни тяговой передачи локомотива; Еиг - э,д,с. нагрузочной электрической машины; Ои - напряжение на выходе регулируемого источника; ток обмотки якоря нагрузочной машины; В - сопротивление реостата.Конструктивно стенд состоит из следующих устройств и блоков, взаимосвязанных друг с другом,Система питания 1 представляет собойпреобразователь с системой управления и защиты для питания тяговых двигателей локомотива.Тяговый двигатель 2 представляет собой двигатель постоянного или переменного тока (в зависимости от типа системыпитания), обеспечивающий тягу локомотива. 5Муфта 3 - соединительное устройство,передающее вращающий момент от тягового двигателя 2 нагрузочной электрическоймашине 4.Нагрузочная электрическая машина 4 - 10электрическая машина постоянного токанезависимого возбуждения с мощностьютакого же порядка, что и тяговый двигатель2.. Реостат 5 - реостат, способный рассеивать преобразованную в тепловую частьэнергии, вырабатываемую нагрузочнойэлектрической машиной 4.Регулируемый источник 6 - однофазныйисточник постоянного напряжения с диапазоном регулирования, определяемым величиной напряжения, вырабатываемогонагрузочной электрической машиной 4.Узел моделирования 7 локомотива с составом вагонов - устройство на базе блоков 25вычислительных машин дискретного или непрерыаного действия, работающее в реальном масштабе времени,Контроллер 8 - контроллер машинистаили его имитатор, задающий режим движения локомотива.Датчик тока 9 - устройство, преобразующее ток обмотки якоря нагрузочной машины в напряжение - аналог этого тока.Датчик угловой скорости 10 - тахогенератор, преобразующий угловую скоростьвращения вала тягового двигателя 2 в напряжение-аналог этой угловой скорости.Блок прерывания 11 представляет собой устройство, работающее по логической 40схеме И.Вспомогательный источник 12 напря, жения - однофазный источник постоянногонапряжения, питающий независимую обмотку возбуждения нагрузочной электрической машины 4.Стенд в соответствии с характером движения реального локомотива с составом ваганов имитирует следующие режимы:трогание с места, движение в режиме тяги с 50определенной скоростью, буксование колесных пар локомотива.При трогании с места поезда локомоти- .ву необходимо развить тяговое усилие отнуля до некоторого значения в течение требуемого промежутка времени, обеспечивающее разгон поезда определенной массына любом прямолинейном в плане участкепродольного профиля пути до некоторойскорости при условии, что усилия в автосцепных устройствах не превысят норма- .тивных значений,Имитация трогания с места осуществляется следующим образом, По сигналу извнеконтроллер 8 подает сигнал пуска в ход локомотива, обеспечивающий заданный закон изменения скорости, на выходысистемы питания 1 и узла моделирования 7локомотива с составом вагонов. Получивэтот сигнал, система питания 1 формируеттоки и напряжения, которые, поступая натяговый двигатель 2, обеспечивают его разгон. Тяговый двигатель 2 посредством муфты 3 вращает якорь нагрузочнойэлектрической машины 4, Машина 4, работая в режиме генератора постоянногО токаи имея независимое возбуждение, имитирует нагрузки на вал тягового двигателя 2 изменением нагрузочн ого момента,Нагрузочный момент машины 4 определяется величиной тока обмотки якоря, которыйзависит от величины реостата 5 и напряжения регулируемого источника 6,С другой стороны, получив сигнал отконтроллера 8, узел моделирования 7 вырабатывает управляющий сигнал, обеспечивающий изменение силы тяги колесной парылокомотива в соответствии с изменениемскорости, и передает его на входы регулируемого источника 6 напряжения и блока прерывания 11.Блок прерывания 11 работает на логической схеме И, т,е., Если на вход 1 подаетсяненулевой сигнал, то напряжение вспомогательного источника 12 поступит на независимую обмотку возбуждения нагрузочнойэлектрической машины 4. Таким образом,получив с выхода узла моделирования 7 управляющий сигнал на вход 1, блок прерывания 11 передает поступившее на его вход 2напряжение вспомогательного источника12 на обмотку возбуждения нагрузочной машины 4, Нагрузочная машина 4 начинаетработать как генератор постоянного тока исоздает нагрузочный момент на валу тягового двигателя 2.Регулируемый источник 6, получивший навход сигнал от узла моделирования 7, вырабатывает напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения,вырабатываемого нагрузочной машиной 4, ичастично компенсирующее это напряжение,за счет чего осуществляется управление током якоря, а следовательно и нагрузочныммоментом машины 4, через реостат 5.Таким образом, тяговый двигатель 2 нагружается электрической машиной 4, приэтом нагрузочный момент пропорционаленсиле тяги колесной пары локомотива с учетом условий его движения, При этом силутяги локомотива и условия его движения имитирует узел моделирования 7 в соответствии с уравнениями, приведенными выше,Обратная связь при работе стенда осуществляется при помощи датчиков 9 и 10. На основании сигналов датчика тока 9 якоря нагрузочной машины и датчика угловой скорости 10 вала тягового двигателя узел моделирования 7 осуществляет контроль за имитацией трогания с места. Когда скорость вращения вала тягового двигателя 2 станет соответствовать требуемому значению скорости движения локомотива, то имитация процесса трогания с места локомотива с составом вагонов считается завершенной.В режиме тяги локомотиву необходимо реализовать тяговое усилие, обеспечивающее движение поезда определенной массы на любом прямолинейном в плане участке продольного профиля пути с заданной скоростью,При этом имитация указанного режима движения на стенде осуществляется следующим образом, В отличие от имитации режима трогания, по сигналу извне контроллер 8 подает сигнал не пуска в ход, а движения с заданной скоростью на выходы системы питания 1 и узла моделирования 7. В соответствий с ним узел моделирования 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный не изменению силы тяги в соответствии с изменением скорости, а величина силы тяги колесной пары, соответствующей заданной скорости, Взаимодействие остальных элементовстенда осуществляется таким ке способом, как и при имитации трогания с места,Буксование колесных пар возникает при резком уменьшении силтрения на контакте колеса с рельсами или при чрезмерном сопротивлении состава движению и приводит к резкому снижению силы тяги и возрастанию скорости вращения колес, Поскольку буксование может иметь место при трогэнии поезда или его движении в режиме тяги с заданной скоростью, то имитация буксования может начинаться либо с имитаЦии трогания, либо с имитации режима тяги,По внешнему сигналу контроллер 8 вы ра-. батывает управляющий сигнал и подает его на выходы системы питания 1 и узла моделирования 7 локомотива с составом вагонов, Получив этот сигнал система питания, 1 формирует токи и напряжения, которые. поступая на тяговый двигатель 2, который, вырабатывая момент, через муфту 3 вращает вал нагрузочной электрической машины 4,Одйовременно, получив от контроллера 8 входной сигнал, узел моделирования 7 в соответСтвйи с измененйем признака нали чия буксования вырабатывает нулевой выходной сигнал, имитирующий исчезновение силы тяги при буксовании, и передает его на вь 1 ходы блока прерывания 11 и регулируемого источника 6 напряжения,Поскольку на вход блока прерывания 11 подается нулевой сигнал, этот блок отключает вспомогательный источник 12 напряжения от независимой обмотки 10 возбуждения нагрузочной машины 4 Таким образом, электрическая машина4 не создает нагрузочного момента на валу тягового двигателя 2. Тяговь 1 й двигатель 2 оказывается нагруженным только инерцией вращающихся масс нагрузочной машины 4, Скорость вращения тягового двигателя 2 в этомслучае резко возрастает, т,е, происходит имитация буксования колесной пары,Вь 1 ход из режима буксования осуществ 20 ляется изменением признака наличия буксования в узле моделирования 7, по которому этот узел начинает вырабатывать ненулевой вьходной сигнал, пропорциональный силе тяги колесной пары той же величины, которая предшествовала буксованию, Далее стенд имитирует режим, пред-,шествующий буксованию,В процессе работы стенда в рекимах трогэния с места, тяги и буксования регист 30 рирующим устройством (не показано, запи-. сываютСя процессы изменения напряжений - аналогов усилий в элементах привода,а также изменение токов и напряжений в системе питания и тяговом двигателе,Таким образом, имитация трогания с места, движения в режиме тяги локомотива с составом вагонов и буксования колесных пар локомотива позволяет приблизить ис 40 пытания электропривода локомотива к реальным эксплуатационным условиям, чтодает воэможность получить более достовернье результаты испытаний,50 нагрузочной электрической машины, имитирующей Тяговую нагрузку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, Что, с целью повышения достоверности испытаний за счет более полной имитации условий эксплуатации электропривода, в него 55 введены реостат, регулируемый источник напряжения, узел моделирования локомотива с составом вагонов, датчик тока якоря нагрузочной электрической машины, датчик угловой скорости вала тягового двигателя, блок прерывания, вспомогательный источник на 45 Формула изобретенияИспытательный стенд электроприводалокомотива, содержащий подключенный к системе питания тяговый двигатель, вал которого посредством муфты связан с валом1788454 ль Р.Пацовский Моргентал . Корректор Т,Пали остав ехред Редакто Заказ 7 0 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 пряжения и контроллер, причем реостат и регулируемый источник напряжения включены последовательно в цепь обмотки якоря нагрузочной электрической машины, входы узла моделирования соединены с выходами обоих датчиков и первым выходом контроллера, а выход - с входом регулируемого источника напряжения и первым входом блока прерывания, второй выход контроллера подключен к входу системы питания, а выход вспомогательного источника напряжения соединен с вторым входом бло ка прерывания, выход которого включенна контакты обмотки независимого возбуждения нагрузочной электрической машины,