THE STUDY OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS OF RHEOSTATIC BRAKING ON TRAINS ER2T

УДК 621.337.522

Н. Г. ВИСИН, С. А. СОКОЛОВ (ДИИТ, Украина)

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ РЕОСТАТНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ

НА ЭЛЕКТРОПОЕЗДАХ ЭР2Т

Розглянутоперехідніпроцесивсиловому колітяговихдвигунівівпливнароботуступеневогоавтома

-тичногогальмування електропоїздівЕР2Т. Даютьсярекомендаціїщодо підвищеннянадійності роботимо

-торвагонногорухомогоскладу.

Рассмотреныпереходныепроцессывсиловойцепитяговыхдвигателейиихвлияниенаработуступен

-чатогоавтоматическоготорможенияэлектропоездовЭР2Т. Даютсярекомендациипоповышениюнадежно

-стиработымоторвагонногоподвижногосостава.

The article examines transitional process in the power circuit of tractive motors and their influence on the work of grading automatic breaking of EMU trains ER2T. Recommendations have been developed for increasing reliabil-ity of operations of multiple-unit rolling stock.

1. Расчетипостроениетормозных

реостатныхскоростныххарактеристик

электропоездаЭР2Тприсамовозбуждении 1.1. Определение скоростныххарактеристик электропоездаЭР2Т.

Скоростныетормозныехарактеристикиэлек

-тропоездаЭР2Трассчитываютсяпоформуле

(

)

т т дв т

ов 4 4

I R R

V

C + =

Φ , (1)

где R_т – сопротивление тормозного резистора,

Ом; R_дв – общее сопротивление тягового дви

-гателя при 0,8β = , Ом; β – коэффициент ос

-лаблениявозбуждения.

РезультатырасчетаV I_т

( )

напозицияхсилового контроллерапредставленывтабл. 1 инарис. 1.

Таблица 1

ЗависимостьV_ò

( )

I силовогоконтроллера

Токи, А

Параметры

300 350 400 450 №

поз. _ОмRт, СΦ_ов,

В·ч/км 17,0 17,75 18,8 19,6

1 9,91 V1 46,9 52,4 56,54 61,0

2 8,01 V2 38,5 43,0 46,4 50,0

3 6,84 V3 33,3 37,3 40,2 43,4

4 6,08 V4 30,0 33,5 36,0 39,0

5 5,07 V5 25,5 28,5 30,8 33,2

6 4,15 V6 21,5 24,0 26,0 28,0

7 3,35 V7 18,0 20,0 21,6 23,4

8 2,67 V8 15,0 16,7 18,0 19,5

9 2,07 V9 12,3 13,8 14,8 16,0

Рис. 1. Тормозныереостатныехарактеристики

электропоездаЭР2Т

1.2. Построение ограничения тормозных реостатных характеристик. Реостатные харак

-теристики ограничиваются допустимым на

-пряжением на коллекторе тягового двигателя,

котороене должно превышать 20 % номиналь

-ногонапряжения, т. е.

( ) ( )

к доп 1,2 дв ном 1,5 750 900

Ограничение тормозных характеристик оп

-ределяетсяпоформуле

( ) ( ) ( )

( )

т дв дв ном

т огр дв ов

т дв дв ном

1,2U I R

V V

U I R

− ⋅

= =

− ⋅

( ) т

дв ов

т 900 0, 2 750 0,2 I V I − = − ,

гдеV_{дв ов( )} – скоростьдвиженияприослабленном возбуждении 0,8β = , так как реостатное тормо

-жениепроисходитприослабленномвозбуждении.

По результатам расчета на рис. 1 нанесено

ограничение скорости тормозных характери

-стикпокоммутациитяговыхдвигателей.

1.3. Определение характера изменения тока в силовой цепи тяговых двигателей при авто

-матическом реостатном торможении электро

-поездаЭР2Тссамовозбуждением. Приперехо

-де силового контроллера 1КС-009 с одной по

-зиции на другую при автоматическом тормо

-жении можно записать следующий баланс на

-пряжений:

(

)

дв т дв

4С V 4 L dI R 4R I

dt ′′

Φ = ⋅ + + ⋅ , (2)

где L_дв – индуктивностьдвигателя, Гн;

т

R′′ – сопротивление тормозного резистора на (n+1) позиции, Ом.

Произведем аналогичную с тяговым режи

-мом линеаризацию кривой намагничиваниятя

-говогодвигателя:

нач

CΦ = ΦC +K I_Φ . (3)

Подставляявуравнение (3), получим:

(

CΦнач+K I VΦ

)

⋅ 2=

т

дв дв

4 R dI

L R I

dt ′′

⎛ ⎞

= +_⎜ + _⎟

⎝ ⎠ (4)

или

т

нач дв дв 2

4 R dI

C L R K V I

dt Φ

′′

⎛ ⎞

Φ = +_⎜ + − ⋅ _⎟

⎝ ⎠ . (5)

Уравнение (5) линейное, первого порядка с правойчастью.

Оноимеетследующеерешение:

(

)

уст уст 2

t T

I=I − I −I ⋅e− , (6)

где I₂ – значение тормозного тока, с которого

начинается переходной процесс при переходе

1КС-009 с «n» на«n+1» позицию, т. е. анало

-гичнотяговомурежиму [1].

нач 2 уст т дв 2 4 C V I R

R K V_Φ

Φ ⋅

= ′′

+ −

, А; (7)

дв т дв 2 4 L T R

R K V_Φ

= ′′

+ −

, с; (8)

2 т дв 2 2 4 I R R I V C ′′ ⎛ ₊ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ =

Φ , км/ч; (9)

ру 2 ру 2 I I C C K I I Φ

Φ − Φ

=

− , (10)

где V₂, км/ч – скоростьпритоке I₂, прикото

-ром происходит вывод ступенитормозного ре

-зистора при переходе 1КС-009 на следующую позицию; K_Φ – коэффициентлинеаризацииза

-висимости CΦ_в

( )

I .

Произведенные исследования переходных

процессов характера изменения тормозногото

-ка I t_т

( )

в силовой цепи тяговых двигателей,

работающихгенераторамис последовательным

возбуждением, приавтоматическомреостатном

торможении под контролем блока регулятора

ускорения БРУ показали, что имеют место

«проскоки» очередных позиций вала силового контроллера 1КС-009 так же, как и в тяговом

режиме [1]. Это приводит к возникновению

продольныхдинамическихударов вавтосцепке

вагонов электропоезда, юзованию колесных

пар, а иногда к появлению круговых огней на коллекторахтяговыхдвигателей.

Для устранения выявленных недостатков

ненадежной работы ступенчатого автоматиче

-ского реостатного торможения произведены

изменения параметров в БРУ на всех электро

-поездахЭР2ТдепоДнепропетровск. Опытэкс

-плуатации электропоездов ЭР2Т с произведен

-ными изменениями показал надежную работу

системы автоматического управления ступен

-чатымреостатнымторможением.

2. Исследованиеработыреостатного

торможенияпринезависимомвозбуждении наэлектропоездахЭР2Т

2.1. Как известно, схема реостатного тор

-можения с независимым возбуждением может

автоматически собраться с рекуперативного

торможения, еслисработаетрелемаксимально

-го напряжения РМН. При этом замкнется по

-вторитель реле максимального напряжения

ПРМНисоединитпровода 40Н – 40Ливсило

Определим, какие тормозные токи будут проходить черезпуско-тормозные резисторы и как будет нагружен трансформатор возбужде

-ния при различных положениях тормозной ру

-коятки контроллера машиниста, а, следова

-тельно, иразличныхуставкахтормозноготока.

2.2. Предположим, что РМН отрегулировано на напряжение срабатывания 3800 В, скорость движениябыла 80 км/ч, токуставкипридвижении врекуперативномрежиме I_уст =350 А, т. е. тор

-мознаярукоятканаходиласьвтретьемположении.

Принапряжениивконтактнойсетиболее 3800 В сработаетРМНисхемапереключитсянареостат

-ноеторможениеснезависимымвозбуждением.

Допереключениятокрекуперациибылравен

в р кс р

дв иш 4

350 4

C V U

I

R R

Φ −

= =

′ + А,

где R_дв′ =R_я+R_доп≈0,09 Ом, R_иш =0,03 Ом –

сопротивлениеиндуктивногошунта.

Отсюда

(

)

кс р дв иш в

4 4

U I R R

C

V ′

+ +

Φ = =

3800 350 0, 4 3940

12,31

4 80 480

+ ⋅

= = =

⋅ В·ч/км.

По кривой зависимости CΦ =_в f I

( )

_в ток

в 90

I = А. При переходе на реостатное тормо

-жениетормознойтоквдвигателебудетравен

в т

р дв иш оп

4 4

C V

I

R R R R

Φ =

′

+ + + ,

где R_ð – сопротивлениетормозныхрезисторов,

величинакоторогоравна 9,91 Ом; R_оп =0,5 Ом –

сопротивление ослабления возбуждения тяго

-выхдвигателей.

т

3940 3940

364 9,91 0,4 0,5 10,81

I = = =

+ + А.

Таккакреостатноеторможениепроисходитс независимымвозбуждением исистемаавтомати

-ческого управления САУТ будет поддерживать

токуставки вцепи двигателей 350 А, а силовой контроллер 1КС-009 будетнаходитьсянапервой позициипока ток возбуждения недостигнет 250

АинесработаетрелесамовозбужденияРСВ, вы

-вод ступеней пуско-тормозных резисторов не происходит. Определим, какток якорейтяговых двигателей 350 Араспределяетсямеждупрохож

-дениемвконтактнуюсеть, т. е. токрекуперации,

ипуско-тормознымирезисторами.

Определим, при каком максимальном на

-пряжении в контактной сети не будет прохо

-дить ток рекуперации, а будетпроходитьтоль

-кочерезпуско-тормозныерезисторы:

*

ген в т р

4E =4CΦV =I R⋅ =350 10,81 3784⋅ ≈ В.

Напряжение вконтактной сети или напряже

-ниеназажимахдвигателей (генераторов) равно

(

)

кс 4 в т 4 дв иш

U = CΦ V I− R′ +R =

3784 350 0,4 3644 3800

= − ⋅ = < В.

Итак, практически при реостатном тормо

-жении с независимымвозбуждениемпри рабо

-те САУТ пуско-тормозные резисторы ПТР на

-груженытоком 350 А.

Определим, до какой скорости торможения нагруженыПТРэтимтоком.

При токе возбуждения I_в=250 А по зави

-симости CΦ =_в f I

( )

_в получаем

в 17

CΦ = В·ч/км.

*

в т( min ) т т

4CΦ V =I R =350 10,81 3784⋅ = В,

где

*

т р иш оп 9,91 0,03 0,5

R =R +R +R = + + =

10,44

= Ом.

Отсюда

(min)

3784 56 4 17

т

V = =

⋅ км/ч.

Таким образом, от скорости движения

80 км/ч до скорости 61 км/ч во время реостат

-ноготорможенияснезависимымвозбуждением

пуско-тормозные резисторы нагружены током

350 А, а трансформатор возбуждения – током от 90 А до 250 А. Далее схема автоматически переключается на реостатное торможениес са

-мовозбуждением, прекращается действие

САУТ и осуществляется ступенчатый вывод

ступеней ПТР под контролем бесконтактного

регулятора ускоренияпомере сниженияскоро

-ститорможениядо 10 км/ч.

Так как пуско-тормозные резисторы и

трансформаторвозбуждениярассчитанына по

-вторно-кратковременную работу, то возможен их перегрев, а, следовательно, преждевремен

Рис

. 2.

Сх

ем

а

силовой

цепи

мот

орн

ог

о

ваг

2.2. При токе уставки 250 А и уставки реле напряженияРМН 3650 Впри напряжениивкон

-тактнойсети 3700 Впроизойдетпереходс реку

-перативноготорможениянареостатное снезави

-симым возбуждением. Предположим, что ско

-рость движения электропоезда 80V = км/ч. Оп

-ределимтоквозбужденияиЭДСгенераторов:

(

)

кс дв иш

в

4 4

U I R R

C

V ′

+ +

Φ = =

3700 250 0,4 950

11,87

4 80 80

+ ⋅

= = =

⋅ В·ч/км.

По кривой зависимости CΦ =_в f I

( )

_в опре

-делим, что

I

_в

=

85 А

. ЭДС генераторов равна

в

4CΦ V = ⋅4 11,87 80 3800⋅ = В.

При переходе на реостатное торможение

тормозной ток в двигателях должен устано

-витьсядовеличины

(

в

)

т

т дв иш оп

4 4

C V

I

R R R R

Φ

= =

′

+ + +

(

9,91 0,4 0,53800

)

10,813800 350

= = =

+ + А.

Но САУТ установит ток в якорях тяговых

двигателей равным 250 А и тогда напряжение на тормозных реостатах (или на зажимах гене

-раторов) будетравно

(

)

*

торм 4 ген т 250 р иш оп

U = U = ⋅I R = R +R +R =

(

)

250 9,91 0,03 0,5 250 10,44 2610

= + + = ⋅ = В.

ЭДСгенераторовравна

(

)

ген ген дв

4E =4 U +IR′ =

кс

2610 4 250 0,1 2710 В U

= + ⋅ ⋅ = < .

Так как реостатное торможениепроисходит

с независимымвозбуждениеми САУТподдер

-живает ток в цепи равным 250 А, а силовой контроллер 1КС-009 находится на первой по

-зиции, а, следовательно, выводступенейпуско

-тормозногорезистора непроисходит, то поме

-реснижения скорости движенияэлектропоезда ЭР2Т произойдет увеличение тока возбужде

-ния. Определим, при какой скорости движения токвозбуждения достигнет 250 Аипроизойдет переход на реостатное торможение с самовоз

-буждением.

При I_в=250 А CΦ =_в 17 В·ч/км, тогда

* в

в

4 2800

40

4 4 17

C V

V C

Φ

= = =

Φ ⋅ км/ч.

Такимобразом, отскорости 80 км/чдоскоро

-сти 40 км/ч тормозные резисторы нагружаются неизменным током 250 А, а трансформаторвоз

-буждениянагружентокомот 85 Адо 250 А. Выводы

1. Рекомендовать при применении рекупера

-тивноготорможениявдиапазонеот 80 до 46 км/ч следовать с током уставки равным 250 А, т. е.

наположении 2Ттормознойрукоятки контрол

-лерамашиниста.

2. В этом случае при срабатывании реле

максимальногонапряженияРМН ипереключе

-ния схемына реостатноеторможение снезави

-симым возбуждением, пуско-тормозные рези

-сторынагруженымаксимальнымтокомравным

250 А, ане 350 А, каквположении 3Т.

Регулировать релемаксимального торможе

-ния РМН на срабатывание при напряжении в

контактнойсети 3950 В, т. е. согласнотехниче

-скимтребованиям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК

1. Висин Н. Г. Повышение надежности работы системы ступенчатого автоматического пус

-ка наэлектропоездахЭР2Р, ЭР2ТиЕПЛ2Т /

Н. Г. Висин, Б. Т. Власенко, А. А. Соколов. //

Вісник Днепропетр. нац. ун-ту залізн.

трансп. ім. акад. В. Лазаряна: Зб. наук. пр. – 2005. – Вип. 9. – С. 41–46.