Меню

Системы управления эпс постоянного тока

Системы управления электрическим подвижным составом

Системы управления электрическим подвижным составом

  • Артикул: 00-01033903
  • Автор: Плакс А.В.
  • ISBN: 5-89035-303-9
  • Обложка: Твердая обложка
  • Издательство: Маршрут (все книги издательства)
  • Город: Москва
  • Страниц: 360
  • Формат: 60 х84 1/16
  • Год: 2005
  • Вес: 680 г
  • Серия: Учебное пособие, учебник для вузов железнодорожного транспорта (все книги серии)

Изложены принципы управления, применяемые на современном и перспективном электрическом подвижном составе железных дорог России и ведущих зарубежных стран. Приведены основы расчета и примеры применения этих принципов на конкретных типах ЭПС. Рассмотрены перспективы развития систем управления ЭПС.
Предназначен в качестве учебника для студентов вузов железнодорожного транспорта по специальности «Электрический транспорт железных дорог». Может быть полезен для инженерно-технических работников железнодорожного транспорта.

Оглавление
От автора
1. Классификация систем управления электрическим подвижным составом (ЭПС)
1.1. Функции системы управления ЭПС
1.2. Реализация задач управления ЭПС
1.3. Классификация ЭПС по роду тока в контактной сети
1.4. Классификация ЭПС по тяговым двигателям (ТЭД)
1.5. Классификация систем управления ЭПС по типам преобразователей
1.6. Показатели качества системы управления ЭПС
2. Системы управления режимом тяги ЭПС постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями
2.1. Принципы регулирования скорости и силы тяги коллекторных ТЭД постоянного тока
2.2. Регулирование силы тяги и скорости ЭПС за счет изменения напряжения на тяговых электродвигателях
2.3. Условия плавного реостатного пуска
2.4. Графический расчет ступеней пускового резистора при одной группировке тяговых электродвигателей
2.5. Графический расчет ступеней пускового резистора при нескольких группировках тяговых электродвигателей
2.6. Маневровые ступени
2.7. Дополнительные ступени
2.8. Аналитический расчет ступеней пускового резистора
2.9. Способы перегруппировки тяговых электродвигателей
2.10. Системы управления возбуждением тяговых электродвигателей
2.11 Принципы автоматического пуска
3. Системы управления режимом тяги ЭПС однофазно-постоянного тока со статическими преобразователями
3.1. Условия работы трансформатора в схемах однофазного выпрямления с нагрузкой на тяговый электродвигатель
3.2. Пульсации выпрямленного тока
3.3. Влияние пульсаций выпрямленного тока на работу тяговых электродвигателей
3.4. Мероприятия по улучшению работы двигателей пульсирующего тока
3.5. Влияние коммутации полупроводниковых приборов на величину выпрямленного напряжения
3.6. Влияние пульсаций выпрямленного тока на величину напряжения на тяговом электродвигателе
3.7. Внешняя характеристика выпрямителя
3.8. Амплитудное регулирование со стороны низшего напряжения трансформатора
3.9. Способы уменьшения числа выводов из обмотки трансформатора при амплитудном регулировании
3.10. Амплитудное регулирование со стороны высшего напряжения трансформатора
3.11. Расчет ступени амплитудного регулирования выпрямленного напряжения
3.12. Фазовое регулирование выпрямленного напряжения
3.13. Бесконтактное амплитудно-фазовое (зонно-фазовое) регулирование выпрямленного напряжения
4. Системы управлении ЭПС с коллекторными тяговыми машинами (ТЭМ) в режиме электрического торможения
4.1. Условия электрического торможения
4.2. Требования к системам электрического торможения
4.3. Реостатное торможение с последовательным возбуждением ТЭМ
4.4. Схемы соединения тяговых машин последовательного возбуждения при реостатном торможении
4.5. Реостатное торможение при независимом возбуждении ТЭМ
4.6. Торможение противовключением
4.7. Рекуперативное торможение на ЭПС постоянного тока
4.8. Рекуперативно-реостатное торможение
4.9. Принципы рекуперативного торможения ЭПС переменного тока
4.10. Зонно-фазовое регулирование при рекуперативном торможении
4.11. Особенности электрической схемы электровоза переменного тока в режиме рекупфации
5. Системы управления ЭПС с бесколлекторными тяговыми двигателями
5.1 Сравнение показателей асинхронных и коллекторных тяговых двигателей
5.2 Характеристики асинхронных ТЭД при частотном регулировании
5.3 Структурные схемы силовой цепи ЭПС с асинхронным тяговым приводом
5.4 Работа АТД с инвертором тока
5.5. Работа АТД с инвертором напряжения
5.6. Четырехквадрантный преобразователь
5.7. Принципы управления ЭПС с АТД
5.8. Системы управления ЭПС с вентильными ТЭД
6. Тяговые электрические аппараты
6.1. Классификация и общие технические требования
6.2 Нагревание и охлаждение тяговых электрических аппаратов
6.3. Основы теории подобия и ее применение к исследованию теплопередачи
6.4. Тепловой расчет ленточных резисторов с принудительной вентиляцией
6.5. Электрические контакты
6.6. Характеристики электрической дуги
6.7. Гашение электрической дуги в цепи постоянного тока
6.8. Повторные зажигания электрической дуги
6.9. Шунтирование электрической дуги резистором
6.10. Отключающая способность электрического аппарата
6.11. Гашение электрической дуги в цепи переменного тока
7. Вспомогательные цепи электрического подвижного состава (ЭПС)
7.1. Назначение вспомогательных цепей
7.2. Вспомогательные цепи с коллекторными электродвигателями
7.3 Вспомогательные цепи с асинхронными двигателями на ЭПС переменного тока
7.4. Вспомогательные цепи с асинхронными двигателями на ЭПС постоянного тока
Заключение
Рекомендуемая литература
Приложение

Источник



Системы управления эпс постоянного тока

12.7. Системы управления электроподвижным составом (ЭПС)

Все переключения в цепях тяговых двигателей, необходимые для пуска, регулирования скорости, изменения направления вращения (движения) и электрического торможения, выполняют с помощью электрических аппаратов. Машинист может приводить их в действие либо непосредственно, либо используя промежуточные механизмы. В первом случае система называется системой непосредственного управления, которая на магистральном ЭПС не применяется, а во втором — системой косвенного (дистанционного) управления.

Читайте также:  Как определить частоту тока с помощью мультиметра

Аппараты системы косвенного управления имеют приводы, которыми машинист управляет из кабины. В электрические цепи управления подается напряжение 24—110 В. При косвенном управлении удобно управлять несколькими электровозами и моторными вагонами из одной кабины машиниста по так называемой системе многих единиц.

По конструкции аппаратов системы косвенного управления делятся на три вида: с индивидуальными и групповыми контакторами, а также смешанные.

В системах с индивидуальными контакторами аппараты управления состоят из комплекта конструктивно самостоятельных выключателей — так называемых индивидуальных контакторов, снабженных приводом и электромагнитным дугогашением. Каждый контактор производит замыкание или размыкание двух точек электрической цепи. Применяют электромагнитные и электропневматичес-кие контакторы. В силовых цепях электровозов и моторных вагонов преимущественно используют электропневматические контакторы, обеспечивающие большее нажатие контакторов и быстрое гашение дуги, возникающей при разрыве больших токов и высоком напряжении. Электромагнитные контакторы устанавливают обычно во вспомогательных цепях высокого напряжения.

В групповых системах выключатели контакторного типа конструктивно объединены в один аппарат и имеют общий кулачковый вал. Групповые контакторы (контроллеры) имеют привод и поворачивающий вал. Распространение получили электропневматичес-кие и электродвигательные приводы.

Индивидуально-групповые (смешанные) системы управления, в которых использованы индивидуальные контакторы и групповые контроллеры, часто применяют на электровозах постоянного тока, в частности, на большинстве отечественных электровозов.

На электроподвижном составе в системах управления используют и бесконтактные элементы: полупроводниковые элементы (управляемые и неуправляемые) и магнитные усилители.

По способу воздействия на аппараты управления различают системы неавтоматического и автоматического управления.

При неавтоматической системе управления каждое из переключений в цепях выполняет машинист. При этом каждой позиции контроллера управления должно соответствовать лишь одно заданное положение аппаратов силовой цепи. Должна также соблюдаться установленная очередность замыкания и размыкания выключателей (контакторов) в цепи тяговых двигателей независимо от скорости передвижения рукоятки контроллера управления и скорости действия аппаратов.

При автоматическом управлении пуск или торможение начинает и прекращает машинист, ставя рукоятку контроллера в определенные фиксированные позиции. Остальные необходимые переключения в цепях, изменение параметров выполняются без участия машиниста.

Управление локомотивом и моторвагонным поездом — очень сложный процесс. Основная задача управления сводится к выполнению графика движения поездов. При этом должны быть обеспечены наиболее полное использование мощностей тяговых электродвигателей и сцепного веса локомотива, минимальный расход энергии, выполнение ограничений скорости (там, где это необходимо) и ряд других требований. Чтобы обеспечить безопасность движения, машинист обязан непрерывно наблюдать за состоянием пути, контактной сети и подвижного состава, за показанием сигналов, т.е. сохранять в памяти большое количество информации. Кроме того, машинисту приходится непрерывно наблюдать (т.е. воспринимать информацию) за работой многочисленных элементов оборудования локомотива и поезда, производить операции управления.

Очевидно, что выполнение всех этих функций требует чрезвычайного нервного и физического напряжения человека, поэтому процессы управления электроподвижным составом автоматизируют. Степень автоматизации может быть различной. Многие операции автоматизированы даже в неавтоматических системах управления, например, введены устройства защиты от токов короткого замыкания, перегрузок, повышенного напряжения и т. п. Это простейшая автоматизация.

Очень важно автоматизировать операции управления, связанные с выполнением графика движения. Это осуществляют системы автоматического управления (САУ) пассажирскими электровозами и электропоездами, в том числе системы автоматического управления торможения (САУТ).

Совершенствование устройств управления открывает новые возможности для более полного использования мощностей элек-троподвижного состава и для облегчения труда локомотивных бригад. Большие возможности для автоматизации открывает плавное (неступенчатое) регулирование напряжения, примененное на электровозах ВЛ80р и ВЛ85; оно позволяет в эксплуатации быстро и точно изменять режимы движения.

Повышение скорости движения поездов до 200 км/ч и более возможно только на основе высокой степени автоматизации процессов управления как ЭПС, так и поездом. Например, на электровозе ЭП1, предназначенном для вождения пассажирских поездов, применяются: микропроцессорная система обеспечения безопасности движения тягового подвижного состава (АСУБ «Локомотив»); микропроцессорная система управления и диагностики (МСУД); комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ); система управления торможением (САУТ).

Для подвижного состава высокоскоростных магистралей (электропоезд «Сокол») разрабатывается комплексная бортовая система управления (КБСУ), включающая:

— БКСУ ТС — бортовые комплексные системы управления техническими средствами, предназначенные для контроля, диагностики и управления, которые включают: СУВО — система управления вагонным оборудованием; СУТТ — система управления тягой-торможением;

— БАСУ — бортовые автоматические системы управления движением и безопасности, которые включают: ИУСДП — информа-ционно-управляющая система движения поезда;

— ТСКБМ — телеметрическая система контроля бодрствования машиниста;

— а также КЛУБ и САУТ-Ц;

— КСРОИ — комплекс средств сбора, преобразования, регистрации, хранения и обработки информации.

Читайте также:  Рассчитать токи в ветвях цепи по рисунку

Источник

Классификация систем управления ЭПС

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭПС

Классификация систем управления ЭПС

Сис-мы управ-ия различ –ют в завис-ти от: -вида пусковых устр-тв: ступенчатые(резисторные);плавные(бесконт-ая аппар-ра); -способа приведенияв действиеэл-ких аппар-ов: непосред-ого управл-ия; косвен-ого управ-ия. Непосред-ое управ-ие – сис-ма управл-ия в кот-ой все основн-ые операции по управл-ию ТЭД выполн-ся одним аппар-ом силовой цепи, приводимой в действие силой водителя. В косвенных сис-ах управл-ия все основн-ые операции по управ-ию ТЭД выпол-ся водителем на растоянии с помощью контроллера управл-ия путем переключ-ия цепей управл-ия, расчит-ых на малые токи по сравнен-ию с силовыми.Сис-мы косвен-го управл-ия с неавтомат-им пуском не получили широкого примен-ия на ЭПС ГЭТ.Сис-мы управл-ия ЭПС с автомат-им пуском и тормож-ем обеспечивают:-высок. скор-ть сообщения(за счет повышен-ия ускор-ия и замедл-ия);-увелич-ия плавности пуска и электр-го торможения;-уменьш-ия перегрузок;-увкличен-ия безопасн-ти движения.

Общие требования предъявляемые к сис-ам управл-ия ЭПС

1. Управл-ик ТЭД должно производ-ся простыми и легко запоминающ-ся манипуляц-ми; все рукоятки и педали должны быть заблокированы м-ду собой так, чтобы исключить ошибочные действия и обеспечить безотказое торм-ие.2Отказ в работе какого-либо аппарата не должен вызвать аварийн. Режима работы.3 Эл. оборуд-ие должно обладать ремонтопригодн-тью и сис-ма управл-ия должна быть ремонто- и контролепригодна.4 Тяговое оборуд-ие и соединит-ые цепи должны быть высоконадежны. 5 Аппараты сис-мы управл-ия должны иметь миним-ые массогабарит-ые показатели.6 Стоимость исис-м управл-ия и расходы на ТО и ТР должны быть небольшими.

Построение пусковой диаграммы для ЭПС с одним ТЭД

Для посоения пусковой диагаммы сначала необходимо опеделить и

где КI –коэф-нт неавномер-ти по току.Далее строят авомаич-ую скоростную характ-ку RП(V).Поднимаем ветикально вверх от и линии до автомат-ой скоростной характ-ки.Получаем точки B ’ и D ’ .Находим точки А и С:

Определяют точки B и D. Далее из точки D проводят горизонт-ую линию до пересеч-ия с прямой АВ в точке 11, а из точки // — вертикальную линию до пересечения с прямой CD в точке 10, далее из точки 10 — следующую горизон­тальную линию и т.д., как показано в левой части рис. Отрезки между ломаной линией и осью ординат соответ-ют величинам сопрот-ий пускового реостата по позициям, а отрезки 1—2, 34, 56,7 —8, 910 и 11D — ступеням пускового сопрот-ия, кот-е нужно выводить для получения колебаний тока от до . Для построения пусковой диаграммы точки 1, 2, . 10, 11 прямых АВ и CD соединяют горизон-ми линиями с прямыми А’В’ и C’D’ в правой части рисунка; по получ-ым точкам 1 ’ , 2′, . 10 ’ , 11′ можно построить пусковую диаграмму. Линии 2 ’ —3′, 4′5′ и т.д. представляют собой отрезки реостатных

характеристик при пусковых сопрот-ях соответственно R2, Rз и т.д. Для расчета начальной части пусковой диаграммы по значению αнач и характер-ке силы тяги определяют начальный ток на первой позиции IНАЧ Интервал между IНАЧ и _I разделяют таким образом, чтобы приращение ускорения при переходе с позиции на позицию было не более 0,4 м/с 2 при ненагруженном подвижном составе.

По токам IНАЧ, I2, I3 вычисляют величины сопротивлений:

При выбранных таким образом пусковых сопрот-ях получается достаточно равномерная сетка реостатных характ-ик, что обеспечивает плавный пуск не только при расчетных условиях, но и в любых других режимах.

Виды эл-кого торможения

Эл-ое торможение ЭПС основано на применении обратимости эл-их машин. Эл-ая энергия вырабатываемая ТЭД в режиме торможения получается за счет кинетической энергии запасенной в ПС при его разгоне и за счет потенциальной энергии при подтормаживании на спусках. Эл торможение: реостатное и рекуперативное. Эл-ое торможение позволяет: ● повысить надежность ПС; ● повысить безопасность движения; ● снизить эксплуот-ые расходы на замену тормозных колодок; ● повысить качество сцепления колес с дорогой. Широко используется реостатное торможение. На ПС его используют вплоть до остановки. Рекуп-ое тормож-ие используют для подтормаживания на спусках. При реостатном торможении измен-ют направление тока только в якоре. Реактивный момент создаваемый эл. двигателем в режиме генератора будет направлен в сторону противоположную вращению якоря, вызывая торможение ПС. Для перехода с двигательного на генер-ый режим при рекупр. торможении нужно увеличить ток в обмотке паралл. возбуждения до тех пор пока E машины не превысит U сети. Применяют двигатели встречно смешанного возбуждения, хар-ки которых электрически устойчивы.

Способы перегруппировки ТЭД

1 – полное отключение силовой цепи ТЭД; 2 – короткое замыкание одного из ТЭД; 3 – шунтирование одного или обоих ТЭД; 4 – по схеме моста. Цель перегрупп-ки: расширить диапазон скоростей движ-ия ПС за счет изменения напряжения приходящегося на один ТЭД. При наличии на ПС нескольких ТЭД применяют их перегруппировку во время пуска с послед-го на паралл-ое соед-ие. Для ЭПС три первых способа не применяются т.к. при их реализации пусковая сила тяги снижается более чем в два раза, а продолжительность процесса 0,5-0,7с, это снижает ускорение ПС и большие потери эл. энергии. Перегруппировка по мостовой схеме проходит одну позицию 0,15-0,2с и вып-ся без потери силы тяги.

Читайте также:  Возбуждение электродвигателя постоянного тока что это

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭПС

Классификация систем управления ЭПС

Сис-мы управ-ия различ –ют в завис-ти от: -вида пусковых устр-тв: ступенчатые(резисторные);плавные(бесконт-ая аппар-ра); -способа приведенияв действиеэл-ких аппар-ов: непосред-ого управл-ия; косвен-ого управ-ия. Непосред-ое управ-ие – сис-ма управл-ия в кот-ой все основн-ые операции по управл-ию ТЭД выполн-ся одним аппар-ом силовой цепи, приводимой в действие силой водителя. В косвенных сис-ах управл-ия все основн-ые операции по управ-ию ТЭД выпол-ся водителем на растоянии с помощью контроллера управл-ия путем переключ-ия цепей управл-ия, расчит-ых на малые токи по сравнен-ию с силовыми.Сис-мы косвен-го управл-ия с неавтомат-им пуском не получили широкого примен-ия на ЭПС ГЭТ.Сис-мы управл-ия ЭПС с автомат-им пуском и тормож-ем обеспечивают:-высок. скор-ть сообщения(за счет повышен-ия ускор-ия и замедл-ия);-увелич-ия плавности пуска и электр-го торможения;-уменьш-ия перегрузок;-увкличен-ия безопасн-ти движения.

Источник

Из-за плохой коммутации мощность ТЭД и эл-за мала, система применяется ограничено

Недостатком системы является необходимость преобразования частоты тока на подстанциях или строительство отдельных электростанций для железных дорог.

II. Система питания ЭПС трехфазным переменным током.

На тяговой подстанции 3-х фазное напряжение понижается до определенной величины. Одна фаза соединяется с рельсом, а две другие – с двумя к/проводами.

На ЭПС устанавливают два токоприемника и 3-х фазный понижающий тр-р. 3-х фазное переменное напряжение через ПРА с регулятором частоты подается на 3-х фазные асинхронные двигатели.

В связи со сложностью конструкции к/сети и электровоза (2 к/провода, 2 токоприемника), а также из-за трудностей при регулировании частоты вращения ТЭД – данная система применяется ограниченно.

III. Система питания ЭПС постоянного тока

На определенных станциях устанавливаются тяговые подстанции, где располагаются понижающие тяговые трансформаторы, выпрямительные и преобразовательные установки для преобразования переменного напряжения в постоянное. А также защитная и переключающая аппаратура.

От государственной трансформаторной подстанции переменное напряжение 35 или 110 кВ, частотой 50 Гц подается на трансформатор тяговой подстанции, понижается до 3,3 кВ и подается на выпрямительную установку от которой: «плюс» питающим проводом соединяется с контактной сетью, а «минус» с рельсами.

Между контактным проводом и рельсами действует номинальное постоянное напряжение 3 кВ. На ЭПС при поднятом токоприемнике напряжение контактной сети подается через пускорегулирующую аппаратуру ПРА – это контакторы и резисторы и далее, на последовательно соединенные ТЭД. ТЭД с другой стороны через колесные пары соединяются с рельсами.

Переключая резисторы, регулируют напряжение и силу тяги электровозов.

При удалении от тяговой подстанции увеличивается сопротивление контактной сети и соответственно падение напряжения, что приводит к уменьшению напряжения на электровозе, а, следовательно к потере мощности ЭПС.

IV. Система питания ЭПС переменного тока

На тяговой подстанции переменное напряжение понижается до 27,5 кВ. На выходе одна фаза соединяется с рельсами, а две другие фазы с участками контактной сети противоположных направлений. Контактная сеть, в которую подается напряжение от разных фаз тяговой подстанции разделена нейтральной вставкой (анкерный участок контактной сети в котором нет напряжения). Нейтральная вставка не допускает короткого замыкания между фазами при переходе поднятого токоприемника. Таким образом, между контактным проводом и рельсами действует номинальное переменное напряжение 25 кВ с частотой 50 Гц.

На ЭПС установлен понижающий тяговый трансформатор, пускорегулирующая аппаратура и выпрямительная установка. ТЭД соединяются только параллельно. При поднятом токоприемнике переменное напряжение подается на первичную обмотку тягового трансформатора, второй вывод которой, через колесные пары соединяется с рельсами. От вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение через пускорегулировочную аппаратуру подается на выпрямительную установку и далее на параллельно включенные ТЭД.

В зависимости от типа ТЭД, ЭПС подразделяются:

  1. коллекторные, работающие на переменном токе, частотой 50 Гц – из-за плохой коммутации практически не применяются.
  2. коллекторные, работающие на постоянном пульсирующем токе – на ЭПС установлены ВУ, данный ЭПС получил наибольшее применение.
  3. вентильные или бесколлекторные ТЭД – ЭПС проходит испытания в перспективе планируется применение на новых видах электровозов.
  4. трёхфазные асинхронные ТЭД, с короткозамкнутым ротором. На ЭПС устанавливают преобразователь фаз и частоты – для получения 3-х фазного напряжения с регулированием частоты от 2 до 180 Гц.

Источник