КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ (ЭПС)
- Функции системы управления ЭПС
Управление — это воздействие на объект, направленное на достижение поставленной цели.
Цель управления поездом — это перемещение его от начальной до конечной станции за установленный расписанием промежуток времени при обеспечении безопасности движения и минимальном расходе энергии. Для этого скорость поезда V должна изменяться в определенной зависимости от пройденного пути.
Поставленная цель будет достигнута, если локомотив реализует силу тяги Fk, достаточную для преодоления силы сопротивления движению поезда W и для создания требуемого ускорения поезда dV/dt.
При необходимости снизить скорость поезда (dV/dt < 0) потребуется создание тормозной силы Б, направленной встречно вектору скорости V.
Возможности локомотива по реализации сил тяги и торможения определяются его тяговыми и тормозными характеристиками, которые представляют собой зависимости Fk(V) и B(V) и имеют ограничения по силам Fk и B, определяемые параметрами локомотива.
Задача управления ЭПС сводится к созданию определенных режимов работы тяговых электродвигателей (ТЭД), при которых обеспечиваются требуемые значения силы тяги Fk (или тормозной силы B) при заданных скоростях движения V.
Режим работы ТЭД определяется напряжением на его зажимах ид, током возбуждения Iв, а для ТЭД переменного тока — еще и частотой fд.
Совокупность устройств, предназначенных для изменения режима работы ТЭД, называется системой управления ЭПС (СУ ЭПС).
На рис. 1.1 показаны элементы электрической железной дороги (ЭЖД), участвующие в преобразовании электрической энергии в механическую энергию движения поезда, а также информационные связи между этими элементами, необходимые для управления поездом.
Первой основной функцией СУ ЭПС является регулирование режима работы ТЭД с целью обеспечения движения поездов в соответствии с расписанием.
Система электроснабжения ЭЖД обеспечивает подвод электроэнергии к токоприемнику ЭПС. Известно, что капитальные затраты на сооружение системы электроснабжения и ежегодные потери энергии в ней можно уменьшить используя более высокое номинальное напряжение контактной сети. Однако при этом становится невозможным непосредственное питание тяговых электродвигателей от контактной сети, поскольку напряжение на ТЭД не должно превышать 1500 В, а оптимальные параметры ТЭД достигаются при Uд = 700—1000 В. Поэтому второй основной функцией СУ ЭПС является преобразование напряжения контактной сети Uc и рода тока в ней, характеризуемого частотой контактной сети fс, в напряжение и род тока, целесообразный для ТЭД (Uд и fд ).
Кроме этого, СУ ЭПС должна выполнять следующие дополнительные функции:
- ограничение скорости движения, сил тяги и электрического торможения в соответствии с параметрами ЭПС и требованиями безопасности движения;
—защита электрооборудования от повреждений и опасных режимов;
- обеспечение воздушного охлаждения электрооборудования и подача сжатого воздуха для пневматических приводов;
—автоматизация управления ЭПС.
Рис. 1.1. Энергетические и информационные связи между элементами электрической железной дороги
Для выполнения основных и дополнительных функций системы управления ЭПС в соответствии с условиями движения поезда необходимо переключение режимов работы СУ ЭПС. Эти переключения осуществляет машинист, который в своих действиях должен учитывать режимы работы ТЭД (UR, IД, IВ) и системы электроснабжения (Uc), условия движения поезда (V, dV/dt, i, S), а также требования безопасности движения.
Выводы:
- СУ ЭПС предназначена для регулирования режима работы ТЭД.
- Требования к уровням номинальных напряжений контактной сети и ТЭД противоречивы. СУ ЭПС должна согласовать это противоречие.
- СУ ЭПС следует выбирать на основе оценки суммарных капитальных затрат на систему электроснабжения, ТЭД и другое электрооборудование ЭПС, а также эксплуатационных расходов по всем элементам ЭЖД.