IX СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ
Блоки и аппараты системы автоматического управления режимом электрического торможения
Система состоит из следующих блоков и аппаратов (рис. 54)1: блока управления реостатным торможением БУРТ (устанавливается только в 1-й секции электровоза); выпрямительной установки возбуждения 60, блоков измерения БИ-1 и БИ-2·, трансформаторов постоянного тока якоря тяговых двигателей ΤΠΤЯ1±ТПТЯ4, трансформатора постоянного тока возбуждения тяговых двигателей ТПТВ (устанавливается только в 1-й секции электровоза); тахогенераторов Тгн1, Тгн2, указателя скорости торможения УС блока задатчика тормозной силы БЗТС и сельсина-задатчика скорости движения на спуске ДТ, расположенных в контроллере машиниста КМЭ.
Блок управления реостатным торможением в свою очередь состоит из блоков: ограничения токов БОТ, функционального преобразователя и решающего устройства ФП-РУ, сравнения скорости БСС, фазорегулятора и усилителя импульсов ФР-УИ, преобразователя напряжения БПр, питания БП-4 и БП-2.
Все блоки и аппараты образуют замкнутую систему автоматического регулирования режима электрического торможения.
Блоки питания БП-1 и БП-2 и блок преобразователя напряжения БПр
Понижающий трансформатор ТР-1 блока БП-1 служит для питания переменным напряжением 36, 90, 127 В блоков БПр, ФР-УИ и трансформатора ТПТВ. Трансформатор ТР-2 блока БП-2 служит для питания стабилизированным переменным напряжением 10, 36, 54 В блоков ФП-РУ, БСС, ФР-УИ, БЗТС и сельсина ДТ. Трансформаторы ТР-1 и ТР-2 имеют по нескольку вторичных обмоток с одинаковым номинальным напряжением. Этим самым предотвращается возможность возникновения гальванических связей между электрическими цепями различных каналов регулирования, т. е. предотвращается возникновение паразитных цепей между блоками. Трансформаторы ТР-1 и ТР-2 защищены от коротких замыканий предохранителями Пр1 и Пр2, включенными в цепь первичной обмотки трансформатора.Блок преобразователя напряжения БПр предназначен для преобразования нестабильного по величине переменного напряжения в стабилизированное переменное напряжение прямоугольной формы для питания трансформатора ТР-2. Блок включает в себя стабилизатор-выпрямитель и инвертор. Стабилизация выпрямленного напряжения осуществляется магнитным усилителем ТУМ-2, включенным по схеме усилителя с внутренней обратной связью и выходом на выпрямленном токе.
Переменное напряжение обмотки 1А2—1X2 трансформатора ТР-1 блока БП-1 выпрямляется диодами Д6-Д13. В каждом плече выпрямительных мостов включено по два диода последовательно. Благодаря этим диодам по рабочим обмоткам А1—X1, А2—Х2, В1—У1, В2—У2 магнитного усилителя ТУМ-2 протекает однополупериодный ток. Пульсации тока выпрямленного напряжения магнитного усилителя сглаживаются индуктивностью дросселя ДР, емкостью конденсатора С4 и резистором R15. Сглаженное напряжение через резистор R10 попадает на обмотку управления 6Н—6 К магнитного усилителя ТУМ-2. Протекание тока в этой обмотке управления от вывода 6К к выводу 6Н обуславливает снижение напряжения выхода магнитного усилителя до 40 В. Обмотка 6Н—6К работает согласно с обмоткой управления 7Н—7К. Включена обмотка 7Н—7К на выпрямленное сглаженное напряжение магнитного усилителя через три последовательно включенных стабилитрона СТ9-СТ11. Совместное действие этих обмоток управления обеспечивает снижение выпрямленного напряжения до напряжения пробоя стабилитронов СТ9-СТ11, равного 27 В. Таким образом происходит стабилизация выпрямленного напряжения магнитного усилителя ТУМ-2 на уровне напряжения пробоя стабилитронов СТ9—СТ11.
Инвертор образуется двумя транзисторами Т1 и Т2. Положительный потенциал выпрямленного стабилизированного напряжения подается на объединенные эмиттеры транзисторов, а отрицательный потенциал — на среднюю точку первичной обмотки трансформатора ТР-2. В один полупериод ток проходит через цепь эмиттер—коллектор транзистора T1 через одну половину первичной обмотки трансформатора ТР-2. В другой полупериод ток проходит через цепь эмиттер—коллектор транзистора Т2 и через другую половину первичной обмотки трансформатора ТР-2. Поочередное открытие транзисторов Т1 и Т2 обеспечивается поочередным включением их управляющих переходов эмиттер—база на переменное напряжение обмотки трансформатора ТР-1. В один полупериод ток протекает через диод Д22, переход эмиттер—база транзистора Т1, резисторы R12 и R11. Транзистор Т1 открывается, а транзистор Т2 оказывается закрытым. В другой полупериод ток протекает через резисторы R11 и R12 диод Д21, переход эмиттер—база транзистора Т2.
Транзистор Т2 открывается, а транзиcтop Т1 оказывается закрытым. Резисторы R13 и R14 предназначены для создания гальванической связи между эмиттером и базой транзисторов Т1 и Т2. При разрыве цепи управления транзисторов, благодаря наличию резисторов R13 и R14 предотвращается выход из строя транзисторов.
Назначение двух последовательно включенных стабилитронов СТ12 и СТ13 следующее. При увеличении напряжения на обмотке 1А2—1X2 трансформатора ТР-1, вследствие наличия контура, состоящего из индуктивности дросселя ДР и емкости С4, возникают автоколебания в этом контуре с частотой 6-7 Гц. При возникновении паразитной амплитудной модуляции выходного напряжения магнитного усилителя стабилитроны СТ12 и СТ13 пробиваются, резко ухудшается добротность контура L—С, чем предотвращается развитие модуляции. При пробое стабилитронов CT9-CT11 стабилитроны, СТ12, СТ13 защищают транзисторы Т1, Т2 от перенапряжений.
Кратковременные коммутационные перенапряжения в первичной обмотке трансформатора ТР-2 срезаются при пробое стабилитронов СТ14—СТ19. Для предотвращения короткого замыкания первичной обмотки трансформатора ТР-2 последовательно со стабилитронами включены диоды Д19 и Д20.
Таким образом, в одной и другой первичных полуобмотках трансформатора ТР-2 поочередно протекает ток. Во вторичных обмотках этого трансформатора трансформируется переменное напряжение прямоугольной формы. Величина этого напряжения регулируется отпайками первичной обмотки трансформатора.
- Трансформаторы постоянного тока якоря ТИТЯ1±ТПТЯ4 блока измерения БИ-1. Трансформатор постоянного тока возбуждения ТИТВ и функциональный преобразователь
По обмоткам управления трансформаторов постоянного тока ТПТЯ1.-ТПТЯ4 в режиме электрического торможения протекает ток якоря тяговых двигателей. Рабочие обмотки этих трансформаторов включены через нагрузочные резисторы R1-R4 на переменное напряжение вторичных обмоток трансформатора ТР блока БИ-1. Падение напряжения на нагрузочных резисторах выпрямляется мостами, состоящими из диодов Д1-Д16.
Благодаря принятой схеме включения, ток в цепи рабочих обмоток трансформаторов тока и нагрузочных резисторов не зависит от величины напряжения вторичной обмотки трансформатора ТР. Но выпрямленное напряжение моста, пропорциональное току нагрузочного резистора, пропорционально току якоря тягового двигателя.
Четыре выпрямительных моста блока БИ-1, соединенные параллельно со стороны выпрямленного напряжения, образуют схему «ИЛИ». Напряжение выхода блоков БИ-1 1-й и 2-й секции электровоза подается на вход блока БУРТ (клеммы 23 и 24). Благодаря схеме «ИЛИ» на вход блока БОТ подается наибольшее напряжение, пропорциональное току якоря того тягового двигателя, у которого наибольший ток якоря. Таким образом, регулирование тормозной силы ведется по току якоря одного из восьми наиболее загруженного тягового двигателя.
Первичная обмотка трансформатора ТР защищена от коротких замыканий предохранителем Пр-1.
По обмотке управления трансформатора постоянного тока возбуждения ТПТВ в режиме электрического торможения протекает ток обмоток возбуждения тяговых двигателей. Рабочие обмотки этих трансформаторов включены через выпрямительный мост Д1-Д4 блока БОТ на переменное напряжение вторичной обмотки 1А1—1X1 трансформатора ТР-1 блока БП-1. Нагрузочные резисторы R7 и R8, находящиеся в блоке ФП-РУ, включены со стороны выпрямленного тока цепи рабочих обмоток трансформатора ТПТВ.
Благодаря принятой схеме включения, ток в цепи рабочих обмоток ТПТВ и нагрузочных резисторов не зависит от величины напряжения вторичной обмотки трансформатора ТР-1 и величины сопротивления резисторов R1, R2, R7, R8, а зависит от тока возбуждения тяговых двигателей.
При небольших токах возбуждения Iв зависимость напряжения на резисторах R7 и R8 Uфп будет выражаться прямой линией. При увеличении тока возбуждения увеличивается напряжение Uфп и вступает в действие функциональный преобразователь, состоящий из резисторов R7, R8, R9, стабилитронов СТ5-СТ8 и конденсатора СЗ, находящихся в блоке ФП-РУ. Пробиваются стабилитроны СТ5, СТ6 и поэтому часть тока начинает ответвляться в цепь этих стабилитронов. Благодаря этому падает темп увеличения напряжения Uфп. При дальнейшем росте Iв и достижении напряжения Uфп, равного напряжению пробоя стабилитронов СТ7, СТ8, происходит дальнейшее замедление темпа роста напряжения Uфп. Напряжение пробоя стабилитронов СТ5, СТ6 в сумме равно 304-32 В. Напряжение пробоя стабилитронов СТ7, СТ8 больше напряжения пробоя стабилитронов СТ5, СТ6 на 2 В. Таким образом обеспечивается функциональное преобразование сигнала тока, возбуждения, т. е. обеспечивается определенная зависимость Uфп (Iв).
Тахогенераторы Тгн1, Тгн2, блок измерения БИ-2 и указатель скорости УС
Синхронные тахогенераторы вырабатывают переменное напряжение пропорциональное скорости движения электровоза. Установлены они непосредственно на буксах второй, третьей, шестой и седьмой осях электровоза. Так как характеристики отдельных тахогенераторов (зависимость напряжения тахогенератора от частоты его вращения) имеют значительный разброс, то на выходе каждого тахогенератора включен делитель напряжения R1, R2.
Подбором величины сопротивления резистора R2 для каждого тахогенератора в отдельности выравнивается величина напряжения на выходе делителя напряжения, которая подается на выпрямительные мосты Д1—Д4 и Д5—Д8 блока БИ-2. Выпрямленное напряжение мостов сглаживается емкостными фильтрами C1, С2 и подается в схему «ИЛИ», состоящую из двух диодов Д9, Д10. Выходное напряжение двух блоков БИ-2 двух секций электровоза подается на вход блока БУРТ (клеммы 25 и 26).
При возникновении юза снижается частота вращения тахогенератора юзующей колесной пары по сравнению с частотой вращения тахогенераторов неюзующих колесных пар электровоза. Напряжение тахогенератора и выпрямленное напряжение моста юзующей колесной пары снижаются. Но благодаря схеме «ИЛИ» на вход блока БУРТ подается наибольшее напряжение, пропорциональное действительной скорости движения электровоза.
Стабилизированное напряжение обмотки Н6—К6 трансформатора ТР-2 блока БП-2 подается на ротор сельсина датчика СД контроллера машиниста КМЭ. Включение сельсина производится контактом КМЭ в режиме электрического торможения. Ротор сельсина кинематически связан с валом тормозной рукоятки КМЭ. При повороте тормозной рукоятки в пределах положения Торможение происходит поворот ротора сельсина, что вызывает изменение величины переменного напряжения на обмотке статора сельсина. Линейный характер зависимости напряжения на обмотке статора сельсина от угла поворота тормозной рукоятки контроллера машиниста (см. рис. 35) достигается специальным профилем шайбы, которой поворачивается ротор сельсина. Напряжение статора сельсина пропорционально величине заданной скорости движения электровоза на спуске. Это напряжение подается на вход блока БСС (клеммы а3, b3, с2) и одновременно на выпрямительный мост ДИ-ДМ блока БИ-2. Выпрямленное напряжение этого моста подается через потенциометр R1, R2 на указатель скорости УС, показывающий заданную величину скорости движения электровоза на спуске в режиме электрического торможения.
Поворот тормозной рукоятки КМЭ в крайнее левое положение вызывает уменьшение показаний указателя скорости до нуля. Одновременно уменьшается до нуля напряжение на входе блока БСС.
Стабилизированное напряжение обмотки Н6—К6 трансформатора ТР-2 блока БП-2 через контакт КМЭ также подается на последовательно включенные резисторы R1—R14 БЗТС. Часть напряжения, падающего на резисторах R1-R14 через переключатель-задатчик тормозной силы ЗТС, имеющей двенадцать положений, подается на вход блока ФП-РУ («леммы 7; 4—1). Это напряжение является задающим напряжением для ограничения тормозной силы электровоза, чтобы исключить юз колесных пар.
Блок фазорегулятора и усилителя импульсов ФР-УИ
В качестве магнитного усилителя ТУМ-1 блока ФР-УИ применен серийный магнитный усилитель ТУМ-А1-11. Магнитный усилитель имеет семь обмоток управления, которые выполняют следующие функции:
1И—1К замкнута накоротко. Используется в качестве демпферной для предотвращения возникновения автоколебаний выходных импульсов при переходных процессах;
2Н—2К. выполняет роль обмотки смещения. Она постоянно включена через резисторы R29, R30 на выпрямленное напряжение моста Д38+Д41 блока БСС. В обмотке при помощи регулировочного резистора R29 устанавливается такой ток, при котором тиристоры выпрямительных установок возбуждения 60 полностью закрыты. В этом случае ток в остальных обмотках управления отсутствует;
ЗН—ЗК в схеме не используется;
4Н—4К работает в цепи выхода канала ограничения тормозной силы электровоза;
5Н—5К работает в цепи выхода канала стабилизации скорости движения электровоза;
6Н—6К работает в цепи выхода канала ограничения тока возбуждения тяговых двигателей;
7Н—7К работает в цепи выхода канала ограничения тока якоря тяговых электродвигателей. .
Обмотки управления имеют различное число витков с различным сечением провода и различную полярность включения.
Магнитный усилитель, работающий как фазорегулятор, собран по схеме амплистата-усилителя с внутренней обратной связью. Цепь рабочих обмоток А1—XI, А2—Х2, В1—У1, В2—У2 магнитного усилителя получает питание стабилизированным переменным напряжением прямоугольной формы синфазным с напряжением контактной сети от вторичных обмоток Н4—Х4 и Н5—К5 трансформатора ТР-2 блока БП-2. Благодаря диоду обратной связи Д50, ток в нагрузочном резисторе R44 и рабочих обмотках В1—У1, В2—У2 протекает только в один полупериод. А благодаря диоду обратной связи Д51 ток в нагрузочном резисторе R45 и рабочих обмотках А1—X1, А2—Х2 протекает только в другой полупериод.
При отсутствии тока в обмотках управления сердечники магнитного усилителя насыщаются от действия тока, протекающего по рабочим обмоткам в самом начале полупериода. В момент насыщения к нагрузочным резисторам прикладывается почти полное напряжение вторичных обмоток Н4—К4, Н5—К5. Когда же по обмотке управления 2Н—2К протекает ток, то он создает магнитный поток, действующий встречно магнитному потоку, создаваемому рабочими обмотками магнитного усилителя. Насыщение сердечников магнитного усилителя наступает с запозданием (в конце полупериода). В момент насыщения сердечников резко увеличивается ток, протекающий по нагрузочным резисторам. К нагрузочным резисторам также прикладывается почти полное напряжение обмоток Н4—К4, Н5—К5, но в конце полупериода. Таким образом, в зависимости от величины суммарных ампер-витков обмоток управления, изменяется фаза напряжения, прикладываемого к нагрузочным резисторам R44 и R45.
Импульсы напряжения, прикладываемого к нагрузочным резисторам, попадают через конденсаторы С17 и С18 на управляющие электроды тиристоров ВУ1 и ВУ2 и отпирают их. Благодаря конденсаторам С17, С18 и резисторам R47, R46 укорачивается по времени импульс тока, отпирающего тиристоры ВУ1, ВУ2.
Во время прохождения тока, отпирающего тиристоры, заряжаются конденсаторы С17, С18. В другой полупериод эти конденсаторы разряжаются через диоды Д52, Д53.
В предыдущий полупериод, к моменту открытия тиристоров ВУ1, ВУ2, конденсаторы С19, С20 оказываются заряженными через диоды Д54, Д55 и резистор R52. Во время открытия тиристоров ВУ1, ВУ2 конденсаторы С19, С20 разряжаются на цепочки из последовательно включенных резисторов R48—R51. Импульсы напряжения, возникающие на резисторах R50, R51 через диоды Д56, Д57 подаются на промежуточный усилитель выпрямительной установки возбуждения 60. Фаза импульсов, усиленных тиристорами ВУ1, ВУ2 изменяется от 20° до 160° в зависимости от величины суммарных ампер-витков обмоток управления магнитного усилителя.
Управление тиристорами выпрямительной установки возбуждения
Заряд емкостей С4, С5 производится от вторичной обмотки а—х трансформатора ТР-1 через тиристор ВУ2. Отпирающие импульсы на тиристор ВУ2 поступают от вторичной обмотки α1—X1 трансформатора ТР-2 через диод Д4. Фаза напряжения, подводимого к первичной обмотке трансформатора ТР-1, опережает на 60° фазу напряжения, подводимого к первичной обмотке трансформатора ТР-2. Тиристор ВУ2 отпирается с запозданием на 60° и происходит заряд емкостей С4, С5. В это время тиристор ВУ1 закрыт.
Последовательно с тиристором ВУ2 включен диод Д6 для усиления запирающих свойств тиристора в обратный полупериод, когда к нему прикладывается обратное напряжение. Для ограничения зарядного тока емкостей С4, С5 включен резистор R27. Диод Д4 служит для подачи отпирающего импульса на электроды управления тиристора ВУ2 только в тот полупериод, когда к тиристору прикладывается прямое напряжение.
В другой полупериод из блока ФР-УИ поступает отпирающий импульс на электроды управления тиристора ВУ1 через ограничительный резистор R30. Тиристор ВУ1 открывается и происходит разряд емкостей С4, С5 на первичную обмотку Н—К0 импульсного трансформатора ТИ. В импульсном трансформаторе импульс тока первичной обмотки трансформируется в импульс тока во вторичных обмотках, который поступает на электроды управления тиристоров В1+В12 и открывает их. Тиристоры начинают проводить ток. Следовательно, в зависимости от фазы отпирающего импульса, поступающего из блока ФР-УИ, изменяется угол проводимости тиристоров В1±В12 и изменяется величина тока возбуждения тяговых двигателей.
После разряда емкостей С4, С5 от начала токопроводящего полупериода и до момента открытия тиристора ВУ2 за время 60° успевает закрыться тиристор ВУ1. Этим самым предотвращается протекание тока по цепи: вторичная обмотка а—х трансформатора ТР-1, тиристор ВУ2, обмотка Н—К0 импульсного трансформатора, тиристор ВУ1. Протекание тока по этой цепи не обеспечивает заряд емкостей С4, С5, что приводит к нарушению работы выпрямительной установки возбуждения 60.
Обмотка На—Кп импульсного трансформатора включена через выпрямительный мост Д7—ДЮ и фильтр R25, С7 на вторичную обмотку а2—*2 трансформатора ТР-2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой Нп—Кп направлен встречно магнитному потоку, создаваемому обмоткой И—Ко импульсного трансформатора. Благодаря этому индукция в сердечнике ТИ изменяется от +ВТ до —βτ, что позволило значительно уменьшить габариты сердечника импульсного трансформатора при заданной длительности и мощности импульса. ТИ размножает импульс тока в первичной обмотке Н—К0 в двенадцать импульсов тока по количеству тиристоров. Между вторичными и первичными обмотками Н—К0, Кп—Нп импульсного трансформатора расположен экран, соединенный с землей. Экран предотвращает переход высокого напряжения вторичных обмоток на первичные обмотки ТИ при пробое изоляции обмоток.
Индуктивные делители ИД1—ИД6 предназначены для выравнивания токов в параллельных ветвях тиристоров. Цепочки R11, С1 и R12, С2 позволяют снизить амплитуды коммутационных перенапряжений. Резисторы R1-R10 дают возможность применить общую R—С цепочку на параллельные тиристоры и осуществить раздачу импульсов тока управления при соединении начал обмоток в одну общую точку. Резисторы R13—R24, R31 и R32 выравнивают ток в цепи управления тиристоров В1^-В12. Диоды Д1 и
Д2 исключают подачу обратного импульса тока на электроды управления при перемагничивании сердечника ТИ.
Для устойчивой работы тиристора ВУ1 предназначен шунтирующий диод Д5.