Система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену

Реферат: Система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену містить перший датчик струму, другий датчик струму, третій датчик струму, четвертий датчик струму, датчик напруги, програмований логічний контролер, аналогово-цифровий перетворювач, датчик напруги і датчик Холла, кроковий двигун. UA 73295 U (12) UA 73295 U UA 73295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується електричних систем керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену і є функціональною частиною електричної принципової схеми вагона. Заявляється загальна система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену і її функціональні частини (підсистеми): система захисту і контролю тягових двигунів і система контролю струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування. Як найближчий аналог вибрана Система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену [Акціонерне товариство "МЕТРОВАГОНМАШ". Посібник по експлуатації вагонів метрополітену моделей 81-717.5 і 81-714.5, - М.: Транспорт, 1993. - С. 193, (Мал. 8.5 Силова схема електричних ланцюгів тягового електроприводу)]. У цій схемі застосовані контактні апарати комутації і контролю, такі як: - реостатний контролер (типу ЕКГ-39) з набором силових контактів РК1-РК26 (типу КЕ-47) і сервоприводом СДРК (типу ПЛ-072Г), що виконує функцію одного з основних комутуючих пристроїв якірних ланцюгів тягових електродвигунів, - реле прискорення і гальмування РПГ (типу Р-52Б), яке використовується для контролю величин пускових і гальмівних струмів в ланцюгах тягових електродвигунів з формуванням вставок їх обмеження з урахуванням режиму роботи силової схеми вагона і його завантаження. - реле перевантаження РГІ (типу РМ-3001) з групою реле струму, яке використовується для контролю величини аварійних струмів в ланцюгах тягових електродвигунів (функція РГІ 1-3, РП2-4, РГІЛ), контролю струму в ланцюзі обмоток збудження тягових електродвигунів (функція РЗ-3), а також наявності аварійної напруги в якірному ланцюгу в гальмівному режимі (функція РЗ-1). - реле контролю гальмівного струму РКГС (типу Р-52Б), яке здійснює контроль величини струму тягових двигунів в режимі електродинамічного гальмування; контакти реле включені в послідовний ланцюг контролю електродинамічного гальмування вагонів поїзда, який впливає на пристрої поїзної автоматики. - реле струму РС2 (типу РЕВ-830), яке здійснює контроль величини струму тягових двигунів в режимі електродинамічного гальмування і при зниженні струму гальмівного контуру здійснює включення вентиля заміщення пневматичного гальма. Використовуване в схемі електромагнітне реле спрацьовує при досягненні порогових величини пускових і гальмівних струмів, і перемикають елементи схеми керування вагоном. Основним недоліком роботи схеми є погрішність спрацьовування електромагнітного реле, що викликається зносом опорних вузлів якорів реле. Крім того, погрішність спрацьовування зумовлюється ручною механічною настройкою, що приводить до порушень режимів керування процесом введення-виведення струмообмежувальних резисторів ланцюга тягових електродвигунів. Для вагонів, обладнаних тяговими двигунами типу ДК-116, перевищення граничних вставок пускових і гальмівних струмів в більшості випадків викликає круговий вогонь по колектору двигуна, особливо в режимі роботи в зоні ослаблення поля. Реостатний контролер призначений для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Рух вала реостатного контролера забезпечується сервоприводом, до складу якого входить електродвигун постійного струму (типу ПЛ-072Г). Зусилля від двигуна на кулачковий вал реостатного контролера передається через двоступеневий черв'ячний редуктор і з'єднувальну муфту. У вагонах серії Ε на валу черв'ячного редуктора встановлене дискове електромагнітне гальмо. Задача сервоприводу - забезпечення обертання і точної зупинки вала реостатного контролера в заданих позиціях під впливом елементів загальної схеми керування. У процесі інтенсивної експлуатації механічні елементи приводу, що передають обертання валу реостатного контролера, зношуються, з'являються люфти, що впливають на зниження точності зупинки вала в заданій позиції. Це в свою чергу істотно відбивається на процесі комутації, додатково скорочує термін служби контактів силових ланцюгів РК1-РК26 реостатного контролера і, як правило, спричиняє появу аварійних струмів в ланцюгах тягових двигунів і їх перевантаження. Аналог корисної моделі - Система захисту і контролю тягових електродвигунів, є функціональна частина описаної вище схеми. Представлена на Силовій схемі електричних ланцюгів тягового електроприводу Система захисту і контролю тягових електродвигунів включає описані вище елементи: реле прискорення і гальмування РПГ, реле перевантаження РП з групою реле РПЛ, РШ-3, РП2-4, РЗ-3 і РЗ-1. Ця схема застосовно до вагонів моделей 81717 і 81-714 реалізовується в окремому ящику - ящик ЯР-13. Аналог корисної моделі - Система контролю струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування, є інша функціональна частина описаної вище схеми. Аналог цієї системи має в своєму складі два електромагнітних реле: 1 UA 73295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - реле контролю гальмівного струму РКГС, - реле струму РТ2 Ця схема застосована до вагонів моделей 81-717 і 81-714 реалізовується в окремому ящику - ящик ЯР-27. У основу корисної моделі поставлена задача розширення арсеналу засобів і створення нової, надійної в експлуатації, системи керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену і підсистем, що входять в неї: системи захисту і контролю тягових електродвигунів і системи контролю струму гальмування тягових електродвигунів. Технічний результат, що досягається, - забезпечення точної зупинки вала реостатного контролера в заданій позиції за рахунок можливості застосування крокового двигуна, що точно позиціонується програмованою електронною схемою керування. Поставлена задача вирішується тим, що система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену містить датчики струму і напруги, згідно з корисною моделлю, має в своєму складі: - перший датчик струму, що використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів в першій групі тягових електродвигунів, і призначений для установлення послідовно з тяговими електродвигунами першої групи двигунів, - другий датчик струму, що використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів другої групи тягових електродвигунів, призначений для установлення послідовно з тяговими електродвигунами другої групи двигунів, - третій датчик струму, що використовується для контролю за перевищенням максимально допустимого струму збудження тягових електродвигунів і призначений для приєднання до першого регулятора струму збудження, - четвертий датчик струму, що використовується для контролю за величиною струму електродвигуна в режимі гальмування вагона, призначений для установлення в ланцюг динамічного гальмування тягових електродвигунів, - датчик напруги, що використовується для здійснення контролю за величиною аварійної напруги в ланцюзі якорів електродвигунів, призначений для установлення в ланцюг якорів тягових електродвигунів другої групи двигунів, - програмований логічний контролер, з'єднаний з аналогово-цифровим перетворювачем, з яким з'єднані інформаційні виходи датчика напруги і датчиків струму, як які використані датчики Холла, при цьому програмований логічний контролер виконаний з можливістю програмного керування кроковим двигуном, що забезпечує рух вала реостатного контролера, що використовується для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Система захисту і контролю тягових електродвигунів характеризується тим, що містить датчики струму і напруги і від аналога відрізняється тим, що має в своєму складі: - перший датчик струму, що використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів в першій групі тягових електродвигунів, і призначений для установлення послідовно з тяговими електродвигунами першої групи двигунів, - другий датчик струму, що використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів другої групи тягових електродвигунів, призначений для установлення послідовно з тяговими електродвигунами другої групи двигунів, - третій датчик струму, що використовується для контролю за перевищенням максимально допустимого струму збудження тягових електродвигунів, і призначений для приєднання до першого регулятора струму збудження, - датчик напруги, що використовується для здійснення контролю за величиною аварійної напруги в ланцюзі якорів електродвигунів, призначений для установлення в ланцюг якорів тягових двигунів другої групи двигунів, - програмований логічний контролер, з'єднаний з аналогово-цифровим перетворювачем, з яким з'єднані інформаційні виходи датчика напруги і датчиків струму, за які використані датчики Холла, при цьому програмований логічний контролер виконаний з можливістю програмного керування кроковим двигуном, що забезпечує рух реостатного контролера, що використовується для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Система контролю струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування характеризується тим, що містить датчик струму, який використовується для контролю за величиною струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування вагона, призначений для установлення в ланцюг динамічного гальмування тягових електродвигунів, як датчик струму використаний датчик Холла, інформаційний вихід якого приєднаний через 2 UA 73295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 аналогово-цифровий перетворювач до програмованого логічного контролера, який виконаний з можливістю програмного керування кроковим двигуном, що забезпечує рух реостатного контролера, що використовується для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Для того, щоб краще продемонструвати відмітні особливості корисної моделі, як приклад, що не має якого-небудь обмежувального характеру, нижче описаний переважний варіант реалізації застосовно до вагонів метрополітену моделей 81-717, 81-714 і їх модифікацій. Приклад реалізації ілюструється Фігурою креслення, на якій представлена функціональна схема Системи керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену (в ходовому режимі) і підсистеми, що входять в неї (в ходовому режимі). Перший датчик струму 1 (UA1) встановлений послідовно з тяговими електродвигунами 2, 3 першої групи двигунів, другий датчик струму 4 (UA2) встановлений послідовно з тяговими електродвигунами 5, 6 другої групи двигунів. Датчики 1, 4 призначені для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів в цих групах. Третій датчик струму 7 (UA3) ввімкнутий в перший регулятор струму збудження 25 і призначений для контролю за перевищенням максимально допустимого струму збудження тягових електродвигунів. Четвертий датчик струму 8 (UA4) встановлений в ланцюг динамічного гальмування і призначений для здійснення контролю за величиною струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування вагона. Як датчики струму (позиції 1, 4, 7, 8) можуть бути використані датчики струму Холла, наприклад, LT500-T7SP93, виробництва ТОВ "ТВЕЛЕМ" м. Твер. Датчик напруги 9 (UV1), наприклад, LV100/SP84 того ж виробника, встановлений в ланцюг якорів тягових двигунів (5, 6) і призначений для здійснення контролю за величиною аварійної напруги в ланцюзі якорів цих двигунів. Реостатний контролер 10 призначений для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Рух вала реостатного контролера забезпечується сервоприводом, у вигляді якого використовується кроковий двигун 11 (СДРК), наприклад, FL110STH150, забезпечений блоком керування 12 кроковим двигуном. Паралельно кожному струмообмежувальному резистору чотирьох блоків 13-16 резисторів підключений шунтувальний контакт, відповідно чотирьох блоків 17-20 контактів реостатного контролера. Блок 16 резисторів ввімкнутий паралельно з обмотками збудження 21,22 (031 і 033) тягових електродвигунів 2, 3, блок 14 резисторів - паралельно парі обмоток 23,24 (032 і 034) тягових електродвигунів 5,6; відповідно блок 15 резисторів - послідовно обмоткам збудження 21, 22 (031 і 032) тягових електродвигунів 2,3, а блок 13 резисторів - послідовно якірного ланцюга другої групи тягових електродвигунів 5,6. Паралельно обмоткам збудження 23, 24 підключений перший регулятор 25 струму збудження, а паралельно обмоткам 21, 22 - другий регулятор 26 струму збудження. Регулятори 25, 26 призначені для імпульсного регулювання середнього значення струму збудження тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування. Регулятори 25, 26 струму збудження є елементами функціональної частини загальної системи керування - Системи контролю струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування (третій об'єкт корисної моделі). Третій датчик струму 7 приєднаний до першого регулятора струму 25 і здійснює контроль струму в обмотках збудження 23, 24 тягових електродвигунів 5, 6 в режимі динамічного гальмування. Четвертий датчик струму 8 (UA4) встановлений паралельно обмоткам збудження 21 і 22, і, відповідно, другому регулятору 26 струму збудження. Інформаційні виходи датчиків струму 1, 4, 7, 8 і датчика напруги 9 через АЦП 27 приєднані до програмованого логічного контролера 28, один вихід якого приєднаний до блока керування 12 кроковим двигуном реостатного контролера 10, а другий - до пристроїв поїзної автоматики 29 вагона, призначених для автоматичного регулювання швидкості вагона і аварійного відключення силової схеми вагона при несправностях електричної схеми і апаратів. Ланцюг з послідовно з'єднаних: першого датчика струму 1; групи тягових електродвигунів 2,3; послідовно з'єднаних обмоток збудження 21,22 цих двигунів; блоків 15 і 13 струмообмежувальних резисторів; датчика струму 4; групи тягових електродвигунів 5,6; послідовно з'єднаних обмоток збудження 23, 24 цих двигунів - приєднана до струмоприймача 30 і струмовідводу 31. Система захисту і контролю тягових електродвигунів включає в себе: перший датчик струму 1 (UA1), встановлений послідовно групі тягових електродвигунів 2, 3; другий датчик струму 4 3 UA 73295 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (UA2), встановлений послідовно групі тягових електродвигунів 5, 6; третій датчик струму 7 (UA3), приєднаний до першого регулятора 25 струму збудження і здійснює контроль струму в обмотках збудження 23, 24 тягових електродвигунів 5, 6 в режимі динамічного гальмування; датчик напруги 9 (UV1) встановлений в ланцюг якорів тягових електродвигунів (5, 6) і призначений для здійснення контролю за величиною аварійної напруги в ланцюзі якорів цих двигунів. Ця система може бути реалізована в окремому (першому) блоці, що замінює ящик ЯР13 вагонів метрополітену. Система контролю струму тягових електродвигунів в режимі динамічного гальмування включає в себе датчик струму 8 (UA4), встановлений паралельно обмоткам збудження 21 і 22, і, відповідно, другому регулятору 26 струму збудження. Ця система може бути реалізована у другому блоці, що замінює ящик ЯР-27. Загальними пристроями для двох вищеописаних систем є аналогово-цифровий перетворювач 27 і програмований логічний контролер 28. Тому при розділенні загальної системи керування на описані вище підсистеми можливі варіанти реалізації, коли аналоговоцифровий перетворювач 27 і програмований логічний контролер 28 змонтовані в першому або другому блоці (аналога ЯР-13 або аналога ЯР-27). У ходовому режимі вагона система функціонує таким чином: Як описано вище, паралельно кожному струмообмежувальному резистору чотирьох блоків 13-16 резисторів підключений шунтувальний контакт, відповідно чотирьох блоків 17-20 контактів реостатного контролера. Під впливом програмно керованого (блок керування 12) вал реостатного контролера 10 починає обертання і своїми контактами шунтує струмообмежувальні резистори, виводячи їх з якірного ланцюга і ланцюга збудження тягових електродвигунів. Зміна амперажу фіксується датчиками струму 1, 4, 7, їх сигнали надходять на аналогово-цифровий перетворювач 27, оцифровуються і надходять в програмований логічний контролер 28. При перевищенні струму тягових двигунів його номінального значення, величина фіксується датчиками струму 1 і 4, обробляється центральним процесором програмованого логічного контролера 28 і порівнюється з програмно заданою номінальною вставкою струму. При цьому виробляється сигнал зупинки крокового двигуна реостатного контролера, і уривається процес збільшення струму в силовому ланцюгу. У процесі розгону тягових двигунів величина струму зменшується. Датчики струму 1 і 4 фіксують зменшення величини струму в ланцюзі тягових електродвигунів. Сигнал обробляється центральним процесором програмованого логічного контролера і при зниженні поточного значення до величини вставки, заданої програмою, виробляється команда на включення крокового двигуна 11, яка надходить на блок керування 12 кроковим двигуном і процес розгону продовжується. При виникненні несправностей і короткого замикання в ланцюзі тягових електродвигунів датчики струму 1, 4, 7 і датчик напруги 9, фіксують аварійні значення струмів І напруги. Відповідні сигнали з цих датчиків Холла обробляються програмованим логічним контролером 28, порівнюються зі значеннями програмних аварійних уставлень і виробляються керуючі впливи на пристрої поїзної автоматики 29, які проводять аварійне вимкнення силової схеми вагона. У режимі динамічного гальмування контроль за величиною струму здійснюється датчиком струму 8. Сигнали датчика 8 обробляються центральним процесором програмованого логічного контролера 28, який формує керуючий вплив на пристрої поїзної автоматики 29 з урахуванням програмних уставлень. Таким чином, в корисній моделі змінена принципова схема, і електромагнітне реле замінене на датчики Холла. Це дозволило використати програмно керований кроковий двигун для формування закону руху вала реостатного контролера по сигналах зворотного зв'язку, що формуються датчиками. Заміна електродвигуна з редуктором на кроковий двигун підвищує точність позиціонування вала контролера, а також точність і надійність керування тяговими електродвигунами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Система керування тяговими електродвигунами вагонів метрополітену, що містить датчики струму і напруги, яка відрізняється тим, що має в своєму складі: перший датчик струму, який використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів в першій групі тягових електродвигунів, і призначений для встановлення послідовно з тяговими електродвигунами першої групи двигунів, другий датчик струму, який використовується для здійснення контролю номінальних і аварійних струмів другої групи тягових електродвигунів, призначений для встановлення послідовно з тяговими електродвигунами другої групи двигунів, 4 UA 73295 U 5 10 третій датчик струму, який використовується для контролю за перевищенням максимально допустимого струму збудження тягових електродвигунів, і призначений для приєднання до першого регулятора струму збудження, четвертий датчик струму, який використовується для контролю за величиною струму електродвигуна в режимі гальмування вагона, призначений для встановлення в ланцюг динамічного гальмування тягових електродвигунів, датчик напруги, який використовується для здійснення контролю за величиною аварійної напруги в ланцюзі якорів тягових електродвигунів, призначений для встановлення в ланцюг якорів тягових двигунів другої групи двигунів, програмований логічний контролер, з'єднаний з аналогово-цифровим перетворювачем, з яким з'єднані інформаційні виходи датчика напруги і датчиків Холла, які використані як датчики струму, при цьому програмований логічний контролер виконаний з можливістю програмного керування кроковим двигуном, що забезпечує рух реостатного контролера, який використовується для зміни опору ланцюга тягових електродвигунів в процесі пуску, розгону і електродинамічного гальмування вагона. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5