[07-2004] Электронный регулятор для дизель-генератора магистрального тепловоза

[poster334]

Электронный регулятор для дизель-генератора магистрального тепловоза

Противобуксовочная защита, секционная тяга

(Окончание. Начало см. «Локомотив» № 6, 2004 г.)

Продолжаем знакомить читателей журнала с микропроцессорной системой регулирования дизель-генератора магистрального тепловоза, созданной сотрудниками ВНИИЖТа совместно со специалистами саратовского предприятия «Дизель-автоматика». В предыдущей статье были представлены функции и составляющие элементы электронной системы, в публикуемом материале рассказывается о принципе ее действия на опытном локомотиве 2ТЭ116-1360.

Принципиальная схема подключения блока управления (БУ) к электрической схеме тепловоза 2ТЭ116 показана на рис. 10. На нем изображены фрагменты электрических цепей локомотива, отдельные точки которых используются при функционировании БУ. Электронная часть блока управления и поворотный электромагнит получают питание через тумблеры SA1 и SA2 от части аккумуляторной батареи, содержащей 21 элемент. При включении этих тумблеров светятся светодиоды VD4 и VD5, сигнализируя о наличии напряжения питания.

Сигналы обратных связей по выпрямленным току и напряжению тягового генератора снимаются с резисторов селективного узла ССУ1.1, ССУ1.2 и ССУ1.4 соответственно. Эти сигналы необходимы для формирования отсечек по току и напряжению согласно позициям контроллера. По комбинациям напряжений на зажимах 17/12 — 17/15 определяются позиции контроллера машиниста и задается режим работы дизеля.

Если появляется напряжение на зажиме 20/17 или (и) 10/13, то снижается напряжение тягового генератора (ТГ), чтобы прекратилось боксование колесных пар. Уменьшается напряжение по специальным алгоритмам в зависимости от того, какое реле боксования сработало — РБ1, РБ2 или РБЗ. Данные алгоритмы представлены на рис. 11 и 12.

В случае срабатывания реле боксования РБ1 (момент времени t1, см. рис. 11), напряжение тягового генератора уменьшается на 5 — 10 %, т.е. Uаб = (0,05... 0,10)*Uг1. Затем до отключения этого реле (момент времени t2, см. рис. 11) напряжение тягового генератора уменьшается темпом 4 — 6 В/с (участок БВ). После отключения реле РБ1 напряжение ТГ за 1 — 2 с восстанавливается до первоначального значения.

Если же сработает реле РБ2 или РБЗ, то напряжение тягового генератора сразу уменьшается на 40 % (Uаб = 0,4Uг1, см. рис. 12). На участке БВ до отключения РБ2 (РБЗ) напряжение уменьшается ранее указанным темпом (4 — 6 В/с). После прекращения боксования напряжение ТГ восстанавливается до первоначального значения за 2 — 3 с (участок ВГ, см. рис. 12).

При наличии напряжения на зажиме 14/16, 17 для каждой позиции контроллера будет формироваться заданная внешняя характеристика ТГ с отсечками по току и напряжению изменением тока управления штатного БУВ. В противном случае на каждой позиции напряжение тягового генератора будет поддерживаться постоянным.

Однако если включено аварийное возбуждение ТГ (на зажиме 21/1 появилось напряжение, см. рис. 10), то блок управления не будет управлять работой БУВ. В данной ситуации система возбуждения ТГ переходит на штатный режим аварийного возбуждения. Кроме того, БУ не будет регулировать напряжение тягового генератора, если отключены контакторы КВ и ВВ. В этом случае на зажиме 21/5 отсутствует напряжение. Та секция тепловоза, у которой на зажиме 18/1 имеется напряжение, является ведущей, и ее блок управления будет определять режим работы второй ведомой секции.

Пуск дизеля на опытном тепловозе выполняют так же, как и на серийном 2ТЭ116. В процессе пуска на зажиме 16/11 (см. рис. 10) появляется напряжение. При наличии этого напряжения БУ управляет работой дизеля по командам, получаемым от контроллера машиниста.

Если напряжение с зажима 16/11 снимается (отключается тумблер ТН1 или ТН2, а также давление масла снижается настолько, что становится меньше величины, на которую отрегулировано реле давления РДМ4, то блок управления останавливает дизель. Напряжение с зажима 16/11 подается также непосредственно в БУ (см. рис. 10) для обеспечения работы дискретных выходных каналов БУ и на параллельно включенные контакты отключателей тяговых двигателей ОМ1 — ОМ6.

На приведенном рисунке эти контакты изображены в положениях, которые они занимают, когда все тяговые двигатели отключены. Очевидно, что при включенном положении тяговых двигателей контакты ОМ1 — ОМ6 разомкнуты. В этом случае напряжение с зажима 16/11 на зажим 10/18 не подается.

Если какой-либо тяговый двигатель вследствие неисправности будет отключен, то через замкнувшиеся контакты соответствующего ОМ на зажим 10/18 будет подано напряжение. Тогда блок управления уменьшит мощность дизель-генератора примерно на 17 %, предупредив тем самым возможную перегрузку исправных электродвигателей.

Чтобы исключить неуправляемое увеличение частоты вращения коленчатого вала дизеля, что может произойти при «зависании» микропроцессора, используется реле управления РИУ (см. рис. 10) типа ТРПУ-1-413. При возникновении данного аварийного явления необходимо не только выключить тумблер ТН1 (ТН2), но и тумблером SA1 отключить питание катушки поворотного электромагнита исполнительного устройства.

На тепловозе 2ТЭ116 тумблер SA1 расположен на стенке правой аппаратной камеры у входной двери. Чтобы его отключить, требуется слишком много времени. При отключении тумблера ТН1 (ТН2) катушка реле РИУ перестает получать питание и своими замыкающими контактами разрывает цепь питания катушки поворотного электромагнита независимо от положения тумблера SA1 (см. рис. 10).

Опытный тепловоз 2ТЭ116, оборудованный электронной системой регулирования частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля, может работать в двух режимах:

обычном, когда при перемещении штурвала контроллера по позициям обе секции нагружаются одинаково, как и на тепловозе со штатной системой регулирования мощности;

секционной тяги, который включают тумблером SA. Когда его контакты замкнуты, реализуется данный режим, а если разомкнуты, то для тепловоза будет использоваться штатное нагружение. В режиме секционной тяги дизель-генератор ведомой секции работает в соответствии с программой, задаваемой микропроцессором БУ ведущей. Необходимый для этого обмен информацией между микропроцессорами обеих секций осуществляется по штатным резервным проводам 67 и 68 (см. рис. 10).

Суть режима секционной тяги заключается в том, что при ведении неполновесного поезда, когда машинист двухсекционного тепловоза использует 5 — 8-ю позиции контроллера, одна из секций переводится в режим холостого хода. При этом дизель-генератор другой секции работает в режиме, соответствующем 9 — 13-й позиции контроллера. Это позволяет значительно сократить расход топлива, так как у дизель-генератора 1А-9ДГ наименьшие удельные расходы топлива реализуются при работе его с мощностью, равной (0,6... 1)Pном.

Для подтверждения данного тезиса сделаем до предела упрощенный расчет. Пусть тепловоз 2ТЭ116 ведет по прямому горизонтальному пути поезд, составленный из порожних полувагонов, массой 1200 т, следуя с постоянной скоростью, равной 60 км/ч в течение 10 мин. Рассмотрим два варианта ведения поезда: работают обе секции или одна, при этом вторая — в режиме холостого хода. Выполнив несложные тяговые расчеты, определяем, что по первому варианту каждый из дизелей должен реализовать мощность 720 кВт (6-я позиция контроллера) и оба израсходуют за 10 мин 55,5 кг топлива.

По второму варианту на тягу работает только один дизель соответственно с мощностью 1440 кВт, потребление топлива им за 10 мин составит только 49,7 кг. Но к этому расходу надо добавить еще 1,9 кг топлива, использованного дизелем второй секции, работающим в режиме холостого хода. То есть расход топлива по второму варианту будет равен 51,6 кг, что на 3,9 кг меньше, чем по первому варианту.

Таким образом, целесообразность использования режима секционной тяги не вызывает сомнений. В прошлом неоднократно предпринимались попытки внедрения этого режима на тепловозах, которые в общем нельзя признать удачными. Это связано с необходимостью установки на серийных тепловозах специальных блоков сложной конструкции. В одном из проектов оборудования тепловозов 2ТЭ116 устройствами для реализации режима секционной тяги такой блок содержал 10 реле типа ТРПУ-1-413. В результате значительно усложнялась электрическая схема управления тепловозом и снижалась ее надежность. Кроме того, для включения режима секционной тяги машинист использовал специальный тумблер, что приводило к дополнительным действиям при ведении поезда.

Принципиально иная ситуация складывается, если тепловоз оборудован микропроцессорной системой управления. В этом случае для реализации режима секционной тяги нет необходимости в установке каких-либо дополнительных устройств, в том числе органов управления. Достаточно заложить в память микропроцессора соответствующую программу, которая позволит машинисту не менять привычного порядка управления тепловозом при ведении состава любой массы. В случае появления возможности использовать секционную тягу все операции управления, связанные с выводом одной секции в режим холостого хода и дополнительным нагружением другой, выполнит микропроцессор.

Однако на тепловозе 2ТЭ116-1360 для возможности реализации режима секционной тяги устанавливается реле РСТ типа ТРПУ-1-413, катушка которого подключена к БУ (см. рис. 10). Необходимость в данном реле объясняется тем, что на опытном локомотиве сохранена без изменений штатная схема управления силовыми коммутационными аппаратами. При включении режима секционной тяги по команде БУ ведущей секции устанавливается минимальная частота вращения коленчатого вала дизеля ведомой секции независимо от наличия напряжения на зажимах 17/12 — 17/15 (см. рис. 10).

Помимо этого, на ведомой секции для перевода ее дизель-генератора в режим холостого хода необходимо отключить поездные контакторы при нахождении штурвала контроллера ведущей секции на какой-либо рабочей позиции. Данную операцию выполняют размыкающие контакты реле РСТ (катушка которого получает питание при переходе на секционную тягу), включенные в цепи катушек реверсора (рис. 13).

Порядок загрузки секций тепловоза при следовании его в режиме секционной тяги представлен в табл. 3. Если контроллер находится на позиции до 7-й включительно, то режим тяги реализует только одна — ведущая секция. Значения эффективной мощности ее дизеля на позициях 1 — 7 также приведены в табл. 3. Так как эти значения не совпадают с данными табл. 1 (см. «Локомотив» № 6, 2004 г.), то при работе в режиме секционной тяги частоты вращения коленчатого вала дизеля ведущей секции на позициях 2 — 7 будут рассчитываться и устанавливаться микропроцессором в зависимости от указанной мощности и температуры наружного воздуха. Если же на этом режиме работы тепловоза штурвал контроллера будет переведен на 8-ю позицию, то произойдет автоматический переход на тягу двумя секциями, имеющими одинаковую загрузку (см. табл. 3 и 1).

Режим секционной тяги может быть реализован при соблюдении следующих условий:

- включен тумблер SA (см. рис. 10);

- скорость движения поезда равна или более 20 км/ч; удвоенный выпрямленный ток тягового генератора ведущей секции равен или менее продолжительного значения, соответствующего установленной позиции контроллера;

- в течение последних 30 с реле боксования срабатывали один-два раза;

время работы на любой из 4 — 7-й позиций контроллера превышает 5 с.

Таким образом, при включении режима тяги (трогание с места или на выбеге) всегда будут работать обе секции. Затем, если выполняются перечисленные условия, произойдет переход на тягу одной секцией в следующем порядке. Эффективная мощность дизеля ведущей секции увеличивается до значения, указанного в табл. 3. Темп набора мощности — около 45 кВт/с.

Одновременно ведомая секция снижает частоту вращения коленчатого вала до значения, соответствующего нулевой позиции и тяговую мощность до нуля таким же темпом. Затем включается реле РСТ (см. рис. 13), и схема управления обычным порядком переводит дизель-генератор этой секции в режим холостого хода.

Допустим, машинист после трогания с места легковесного поезда установил штурвал контроллера на 6-ю позицию. Дизель-генераторы обеих секций будут работать с частотой вращения коленчатых валов, равной 530 об/мин, и эффективной мощностью 720 кВт (см. табл. 1, «Локомотив» № 6, 2004 г.). После реализации приведенных выше условий происходят следующие процессы.

- Эффективная мощность дизеля ведущей секции начинает увеличиваться с темпом = 45 кВт/e до 1440 кВт. Одновременно увеличивается и частота вращения коленчатого вала до величины, рассчитанной микропроцессором и соответствующей указанной мощности по тепловозной характеристике (около 700 об/мин, см. табл. 1).

- Эффективная мощность дизеля ведомой секции начинает уменьшаться также темпом = 45 кВт/c. В момент, когда тяговая мощность этой секции станет равной нулю, включается реле РСТ (см. рис. 13) и дизель-генератор переходит в режим холостого хода с частотой вращения коленчатого вала 350 об/мин.

- При перемещении штурвала контроллера по позициям 1 — 7 мощность дизеля ведущей секции изменяется в соответствии с данными табл. 3, а дизель ведомой секции — работает в режиме холостого хода.

- Штурвал контроллера устанавливают на 8-ю или более высокие позиции, происходит автоматический переход на тягу двумя секциями. При этом ведущая секция снижает частоту вращения коленчатого вала и мощность темпом = 45 кВт/e до значения, соответствующего 8-й позиции контроллера (см. табл. 1).

Одновременно на ведомой секции отключается реле РСТ. Схема управления обычным порядком переключает тяговую цепь на режим тяги. Начинают увеличиваться частота вращения коленчатого вала и мощность тем же темпом с нуля до значения, соответствующего также 8-й позиции контроллера.

Когда тепловоз работает в режиме секционной тяги на 1 — 7-й позициях контроллера, может произойти принудительный переход на тягу двумя секциями при условиях:

- движении в течение более 15 мин с выпрямленным током тягового генератора, превышающем продолжительное (для данной позиции) значение;

- срабатывании реле РБ1 или РБ2 более пяти раз в течение 30 с. В случае принудительного перехода на тягу двумя секциями этот режим будет сохранен до первого перевода штурвала контроллера на нулевую позицию.

Чтобы определить удельный эксплуатационный расход топлива опытным тепловозом 2ТЭ116-1360, провели контрольные поездки с грузовыми поездами массой 1600 — 4500 т на участках от ст. Сарепта до ст. Котельниково и от ст. им. М. Горького до ст. Котельниково в обоих направлениях. Одновременно для сравнения выполнили рейсы тепловозом 2ТЭ116-1359 на этих же участках с грузовыми поездами примерно таких же масс.

Обработка результатов опытных поездок показала, что средневзвешенный по удельной работе расход натурного топлива тепловозом составил для 2ТЭ116-1360 — 25 кг/104 т км брутто, а для 2ТЭ116-1359 — 27,7. Таким образом, удельный эксплуатационный расход натурного топлива при вождении экспериментальным локомотивом грузовых поездов оказался на 10,8 % ниже, чем серийным.

Эксплуатация опытного тепловоза подтвердила также высокую стабильность характеристик системы управления: значения таких параметров, как частота вращения коленчатого вала и мощность дизеля по позициям контроллера, темп увеличения и уменьшения частоты вращения при изменении позиции контроллера и другие, установленные годом ранее в Научно-испытательном центре ВНИИЖТа, не изменились. В настоящее время тепловоз 2ТЭ116-1360, оборудованный электронной системой регулирования дизель-генератора, продолжает работать в депо Арчеда Приволжской дороги.

Д-р техн. наук Е.Е. КОССОВ,
кандидаты технических наук
А.С. НЕСТРАХОВ, И.П. АНИКИЕВ,
инж. Д.А. БЫЧКОВ,
сотрудники ВНИИЖТа, г. Москва;
инженеры А.Н. КИРЬЯНОВ, С.В. ЛОБАНОВ,
В.В. ФУРМАН,
главные конструкторы ООО ППП «Дизельавтоматика», г. Саратов

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin