какую роль играет система регулирования напряжения тягового генератора
Маневровые локомотивы
Системы регулирования напряжения тяговых генераторов переменного тока
На тепловозах с электрической передачей мощности переменно-постоянного тока (ТЭ109, 2ТЭ116, 2ТЭ121, ТЭП70 и ТЭМ7) применены более совершенные системы регулирования напряжения тяго-
Рис. 9.10. Структурная схема системы регулирования возбуждения тягового синхронного генератора:
В рассматриваемой системе для регулирования тока возбуждения генератора 1,,вг используются кремниевые тиристоры типа ТК-150-6 и кремниевые силовые вентили ВК-200-6. Все вентили 6-го класса, т. е. рассчитаны на напряжение 600 В. Работа управляемого тиристорного выпрямителя УВВ определяется надежностью силовой цепи тиристоров и цепи управления.
Работа силовой цепи тиристора будет надежна при правильном выборе типа и класса самого тиристора с необходимыми запасами по току и напряжению, а надежность по цепи управления обеспечивается подачей на управляющий электрод тиристора импульса определенной формы, длительности и амплитуды. Для получения импульса с такими параметрами применяют специальные схемы управления тиристорами. В схеме возбуждения выбран импульсно-фазовый способ управления тиристорами, который надежно обеспечивает управление ими, широкий диапазон регулирования, четкость момента открытия тиристора.
Основные элементы схемы управления возбуждением (тиристорами) БУВ для тепловозов с передачей перемеино-тюс-тоянного тока: П, МУ и два блокинг-гене-ратора БГ1 и БГ2. Преобразователь П преобразует напряжение возбудителя исй с искаженной синусоидальной формой в напряжение прямоугольной формы и„ (рис. 9.11).
* Промежуток времени от момента подачи положительного напряжения (11„) на анод тиристора до момента подачи (отпирающего) управляющего импульса на его электрод управления (ЭУ) называют углом регулирования.
Каждый БГ состоит из транзистора, трансформатора и диодов (рис. 9.12). Сигналом для пуска БГ служит импульс тока, протекающий через конденсатор С в момент скачка напряжения на выходе МУ. Стабилитроны Сг1 и Ст2 служат для предотвращения ложного пуска БГ от напряжения (Учч холостого хода МУ и напряжения заряженного конденсатора.
Для стабилизации напряжения возбудителя СВ используется узел коррекции, содержащий трансформатор ТК и выпрямитель ВК. Ток вторичной обмотки ТК пропорционален току СВ, после выпрямления он подпитывает обмотку возбуждения возбудителя, обеспечивая постоянство напряжения СВ независимо от его нагрузки.
Селективный узел СУ в системе регулирования напряжения тягового генератора переменного тока, разработанный для тепловозов с передачей переменно-постоянного тока (рис. 9.14), по сравнению с СУ, рассмотренным ранее для тепловозов с передачей постоянного тока, имеет преимущества: наличие отдельных каналов управления по току, напряжению и мощности. Селективная внешняя характеристика U, (/,■) приближается в большей
Рис. 9.13. Схема системы возбуждения тягового синхронного генератора
степени к гиперболе, что уменьшает диапазон изменения выходного сигнала.
В СУ поступают сигналы обратной связи по току и напряжению генератора от трансформаторов постоянного тока 7/777 и ТПТ2н трансформатора напряжения 777//. Эти сигналы сравниваются с сигналами уставки, вырабатываемыми блоком задания БЗВ и индуктивным датчиком ИД.
Разность сигналов в виде управляющего сигнала 1у поступает в обмотку управления МУ блока возбуждения БУВ, в котором формируются импульсы, отпирающие тиристоры и регулирующие момент их подачи, в результате чего устанавливается требуемый ток в обмотке возбуждения С Г. Принцип действия и устройствотрансформаторов ТПТ и ТПН аналогичны устанавливаемым на тепловозах типа ТЭК), так как напряжение и ток измеряются на выходе выпрямительной установки ВУ. а не на зажимах генератора СГ. В качестве блока задания БЗВ используется та-хометрическое устройство. Напряжение на выходе блока пропорционально частоте возбудителя и, следовательно, частоте вращения вала дизеля. Катушка ИД получает питание от БЗВ, так как напряжение возбудителя имеет значительные колебания, а напряжение БЗВ стабилизировано. При изменении положения сердечника ИД, связанного с серво-
Рис. 9.15. Внешняя характеристика тягового синхронного генератора
£/(-,„. На потенциометры задания ПЗ токи поступают от БЗВ, в результате чего образуются падения напряжения ит; еЛ
Маневровые локомотивы
Принципы регулирования напряжения тяговых генераторов и управления тяговыми электродвигателями
Несмотря на то что для дизеля обычно устанавливается несколько ступеней мощности, расчетным принят режим, соответствующий полной мощности, которая должна поддерживаться постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза.
Постоянство мощности дизеля Nе может быть легко достигнуто с помощью электрической передачи. Для этого достаточно, чтобы произведение тока тягового генератора на напряжение было постоянным. В этом случае графически внешняя характеристика генератора* (зависимость напряжения от тока при постоянной частоте вращения яд), так же как и тяговая характеристика, изображается равнобокой гиперболой (линия б, в на рис. 1.3).
Генераторы общепромышленного исполнения не могут обеспечить такую характеристику (рис. 1.4). Генераторы со смешанным (противокомпаундным) возбуждением иногда применяются на тепловозах малой мощности, дизель-поездах и автомотрисах.
На тепловозах применяются тяговые генераторы с независимым возбуждением, а создание их гиперболической внешней характеристики обеспечивается системами автоматического регулирования напряжения СВГ (см. рис. 1.2), которые могут использовать специальные возбудители (электромашинные системы), магнитные усилители или полупроводниковые элементы (тиристоры).
1 В теории электрических машин внешней характеристикой называется зависимость 0, от 1г при постоянных Лд и токе возбуждения.
Рис. 1.3. Внешняя характеристика тягового генератора и изменение мощностидизеля Ые: аб- зона ограничения по току; бе-зона использования полной мощности дизеля; ее- зона ограничения по напряжению (возбуждению)
Чтобы обеспечить плавное трогание и разгон тепловоза, электрическая передача автоматически ограничивает ток тягового генератора (см. рис. 1.3, линия аб). Участок аб характеризуется большими токами и низкими напряжениями генератора, при этом реализуется максимальная сила тяги.
На современных тепловозах применяется также автоматическое ограничение напряжения тягового генератора при больших скоростях движения, что позволяет уменьшить габаритные размеры генератора и защитить элементы силовой цепи тепловоза (линия вг) от высокого напряжения. Участок вг характеризуется малыми токами генератора, т. е. низкими значениями силы тяги тепловоза, максимальным напряжением и недоиспользованием мощности генератора и дизеля. Максимальное напряжение генератора (обычно около 700 В) ограничивается допустимым значением среднего напряжения между коллекторными пластинами.
Рис. 1.5. Зависимость напряжения тягового генератора 11г от тока 1г при различных позициях контроллера пк
Рис. 1.6. Функциональные схемы регулирования напряжения тягового генератора сиспользованием:
Для изменения мощности тягового генератора, а следовательно, и мощности дизеля Д при изменении частоты вращения коленчатого вала Лд в систему СВГ вводится сигнал по яя (рис. 1.6, а). В систему возбуждения СВГ также вводят сигнал по току тягового генератора 1г (суммарному току тяговых электродвигателей 1 и 2). Напряжение [/„, вырабатываемое системой СВГ с использованием возбудителей с расщепленными полюсами, подводится к обмотке возбуждения тягового генератора ОВГ, обеспечивая изменение магнитного потока Фг и напряжения иг тягового генератора по гиперболической кривой. В рассмотренной системе СВГ предполагалось, что мощность генератора постоянная и равна мощности дизеля. В действительности изменяется как мощность дизеля, так и мощность тягового генератора. Мощность дизеля Л/«, может изменяться от атмосферных условий, а также от изменения мощности 1Увсп, расходуемой на привод вспомогательных механизмов. В результате может меняться Л/«,- Ывсп, передаваемая тяговому генератору, так называемая свободная мощность дизеля. Мощность тягового генератора может изменяться из-за влияния температуры обмотки ОВГ, гистерезиса машин и др. Вместе с тем, как указывалось выше, мощность дизеля должна поддерживаться постоянной. Для этого в систему СВГ, кроме сигналов по току 1г и напряжению иг тягового генератора и пЛ, вводится сигнал А», по положению органа топливоподачи пропорциональный (при данной пя) свободной мощности дизеля (рис. 1.6, б). Такие системы применяют на магистральных и мощных маневровых тепловозах.
Изменение напряжения генератора, определяемое собственными характеристиками генератора и возбудителя или магнитного усилителя (без участия каких-либо внешних регулирующих устройств), называют саморегулированием генератора.
На современных тепловозах применяют схемы автоматического регулирования, обеспечивающие получение гиперболической характеристики (использование полной мощности дизеля) за счет специальных автоматических регуляторов в дополнение к саморегулированию.
Из формулы видно, что частоту вращения якоря двигателя можно регулировать, изменяя напряжение, магнитный поток или сопротивление в цепи якоря. Из-за вызываемых дополнительных потерь в цепи якоря этот способ на тепловозах не применяется.
Изменение подводимого напряжения к тяговому электродвигателю происходит непрерывно с изменением тока нагрузки (сопротивления движению), так как тяговый генератор имеет гиперболическую внешнюю характеристику. Подводимое напряжение также изменяется при изменении схемы соединения тяговых электродвигателей, например при переключении с последовательной схемы на последовательно-параллельную. Кроме того, при изменении мощностидизеля перестановкой главной рукоятки или штурвала контроллера машиниста с одной позиции на другую, изменяют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и напряжение тягового генератора. Такой способ используется при разгоне поезда.
На тепловозах магнитный поток (поле возбуждения) регулируют ступенчато шунтированием обмотки возбуждения, применяя для этого параллельное подключение резисторов (рис. 1.7, в). При полном поле ток якоря 1я проходит по обмотке возбуждения, так как электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Если же подключим при помощи контакторов Ш1, Ш2 шунтирующие резисторы 1? и 1?Ш2, то по обмотке возбуждения пройдет только часть тока якоря. Так как магнитный поток определяет магнитодвижущая сила (м. д. с), т. е. ампер-витки обмотки возбуждения, то, следовательно, с уменьшением тока в обмотке возбуждения магнитный поток также уменьшается, а п„ возрастает. Отношение тока возбуждения 1в к току якоря 1„ называется коэффициентом ослабления возбуждения а. На тепловозах применяют одну или две ступени ослабления возбуждения, коэффициент сс не должен быть меньше 0,25, так как это может вызывать резкое ухудшение коммутации тяговых электродвигателей.
Автоматическое регулирование напряжения тягового генератора
2. Автоматическое регулирование напряжения тягового генератора
2.1. Требования, предъявляемые к характеристикам тяговых генераторов.Естественные характеристики и свойства генератора определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. Сопоставляя характеристики генераторов с различными системами возбуждения с идеальной внешней характеристикой тепловозного тягового генератора можно установить, что ни один из видов возбуждения не обеспечивает получения характеристики требуемого вида.
Наиболее близка к такому виду характеристика генератора со встречно-смешанным возбуждением, где напряжение генератора интенсивно уменьшается с увеличением тока нагрузки. Однако это уменьшение происходит по выпуклой кривой, следовательно, условие не выполняется.
В итоге на тепловозах применяется независимое возбуждение тягового генератора, а изменение магнитного потока осуществляется средствами автоматического регулирования тока обмотки возбуждения. Максимальные значения тока и напряжения тягового генератора зависят от параметров локомотива — сцепного веса, мощности дизеля, максимальной скорости движения и от параметров тяговых электродвигателей.
Если пренебречь изменением вспомогательной нагрузки и КПД тягового генератора, которые относительно мало меняются при постоянной мощности дизеля, то предельная по мощности теплового двигателя зависимость изображается в виде равнобокой гиперболы ВЕС. Она соответствует «свободной» мощности теплового двигателя при номинальном режиме.
Максимальное значение тока тягового генератора определяется максимальным током тяговых двигателей в момент трогания тепловоза с места. Пусковой ток выбирается так, чтобы тепловоз мог бы реализовать предельную по сцеплению силу тяги.
По электромеханической характеристике электродвигателя определяется максимальный ток электродвигателя и максимальный ток тягового генератора.
Максимальное значение напряжения тягового генератора должно быть достаточным для обеспечения максимальной скорости движения поезда. Для полного использования мощности дизеля желательно, чтобы максимальная рабочая скорость могла быть реализована при полной мощности теплового двигателя, что соответствует некоторой точке С линии ограничения по мощности. Тогда ограничение по максимальному напряжению генератора может быть изображено горизонтальной линией CD, так как напряжение большее, чем в точке С, не требуется.
Номинальный длительный ток, допускаемый по нагреву тяговых двигателей и тягового генератора в течение неограниченного времени, соответствующий точке Е на характеристике, меньше максимального значения тока, соответствующего линии АВ – режима трогания поезда с места, который длится короткий промежуток времени.
Линия ABCD представляет собой предельную внешнюю характеристику генератора, которую можно использовать при заданных тяговых параметрах локомотива. Зависимость свободной мощности дизеля от тока генератора соответствует предельной внешней характеристике генератора. Полная мощность дизеля может быть использована только в диапазоне изменения тока тягового генератора от (при максимальной скорости движения) до (при наибольшей силе тяги).
Практически возможны также ограничения характеристики по режиму работы электропередачи. Режим максимального тока при полной мощности является для тягового генератора наиболее тяжелым по коммутации. Поэтому также необходимо, чтобы ограничение по коммутации не препятствовало полному использованию сцепного веса локомотива при любых условиях сцепления.
В ходе разработки схемы и расчетов оборудования возбуждения тяговых генераторов, а также определения характеристики генератора (линия СОВОАО) для первого положения рукоятки контроллера управления, соответствующего минимальной частоте вращения вала дизеля, необходимо знать зависимость падения напряжения в силовой цепи якоря тягового генератора от тока нагрузки.
Предельная характеристика (линия A1B1C1D) отличается от предельной характеристики на величину ординат линии DА1 падения напряжения в цепи якоря тягового генератора. При постоянной мощности и частоте вращения коленчатого вала дизеля зависимость магнитного потока тягового генератора от тока является также приблизительно гиперболической.
Минимальная мощность генератора (СОВОАО ), для первой позиции контроллера управления определяется из условия возможности маневровых передвижений тепловоза на станции со скоростью 5 … 10 км/ч. По сопротивлению движения тепловоза для этой скорости определяют силу тяги, по характеристике электродвигателя при полном поле находят ток электродвигателя и подсчитывают требуемое напряжение тягового электродвигателя.
Так как электропередача должна обеспечивать работу тягового генератора на режимах, соответствующих предельной характеристике, то для этого, прежде всего, необходимо, чтобы элементы ее были рассчитаны для работы в соответствии с этой характеристикой.
Возможность практической реализации предельной характеристики зависит от характеристик систем регулирования напряжения тягового генератора и управления передачей мощности (систем возбуждения генератора).
При движении поезда на участке пути с переменным профилем предельная характеристика не всегда может быть реализована. На уклонах реализуемая мощность уменьшается из-за ограничения скорости. В ряде случаев (проезд раздельных пунктов, движение в кривых участках пути малого радиуса и т. п.) мощность необходимо уменьшать для снижения скорости. Полная мощность не может быть использована в начале разгона поезда и при движении тепловоза с малым числом вагонов. Для того чтобы дизель при пониженной мощности работал с наименьшим расходом топлива, необходима определенная зависимость момента тягового генератора от частоты вращения вала дизель-генератора. Мощность дизеля регулируется изменением одновременно обеих величин. Для каждого теплового двигателя имеется линия наибольшей экономичности АВ, определяющая величину крутящего момента дизеля, при которой КПД его является наибольшим на заданном значении частоты вращения коленчатого вала. Распределение частот вращения коленчатого вала дизеля по положению рукоятки управления задаётся приводом настройки регулятора и равномерно изменяется при повороте рукоятки с одного положения на другое. В действительности номинальный режим работы теплового двигателя (точка D) определяется условиями получения наибольшей мощности и не всегда отвечает условию наибольшей экономичности (точка D не лежит на линии наибольшей экономичности АВ). При понижении мощности целесообразно так выбирать значения крутящего момента и частоту вращения коленчатого вала, чтобы режим работы дизеля был близок к оптимальному по экономичности. Если линия наибольшей экономичности соответствует кривой АВ, то крутящий момент следует изменять по линии DBA или хотя бы по линии DCA.
Так как линии наибольшей экономичности различны для разных дизелей, то для экономичной работы конкретного дизеля необходимо подбирать индивидуальную зависимость нагрузки.
Мощность дизель-генератора меньше номинальной может быть реализована при малых токах тягового генератора. Для соответствия режиму наибольшей экономичности дизеля при разных мощностях необходимо, чтобы при любой частоте вращения вала дизель-генераторной установки магнитный поток возбуждения изменялся приблизительно обратно пропорционально току. Высокая точность поддержания постоянного момента при этом не обязательна, так как в зоне наибольшей экономичности КПД дизеля сравнительно мало изменяется при небольших изменениях момента или частоты вращения вала. Ток тягового генератора определяется силой тяги, развиваемой тяговыми электродвигателями, скоростью локомотива и напряжением тягового генератора. При установившемся движении сила тяги равна силе сопротивления движению и зависит от скорости движения, профиля пути и внешних условий работы дизель-генератора. Кроме того, при каждой заданной частоте вращения вала дизель-генератора требуется реализация различных токов. Поэтому при движении поезда необходимо изменять магнитный поток тягового генератора в зависимости и от частоты вращения вала. При некотором постоянном значении тока тягового генератора момент сопротивления его пропорционален магнитному потоку, и, следовательно, график зависимости при должен быть близким по форме к линии наибольшей экономичности дизеля.
Сила тяги тепловоза при трогании поезда с места должна устанавливаться в зависимости от требуемого ускорения, массы его и условий сцепления. Максимальная сила тяги ограничивается условиями сцепления колес тепловоза с рельсами. Должна быть также обеспечена возможность реализации промежуточных значений силы тяги при разгоне поезда путем плавного непрерывного или ступенчатого изменения ее. Число ступеней должно быть таким, чтобы при их переключении скачки силы тяги и тока не были слишком большими.
Если тяговые электродвигатели работают в соответствии со своими скоростными характеристиками, то их ток уменьшается при увеличении скорости движения, и машинист для дальнейшего увеличения скорости должен переводить рукоятку контроллера на более высокую позицию для увеличения частоты вращения вала дизеля и его мощности. При этом возникают броски тока, которые при недостаточно умелом управлении тепловозом могут привести к нарушению сцепления колес с рельсами. Наиболее совершенный способ управления разгоном поезда заключается в сочетании возможности выбора значения силы тяги по условиям трогания с автоматическим поддержанием ее во время разгона поезда. При этом упрощается управление, обеспечивается плавный разгон поезда и уменьшается опасность нарушения сцепления колес с рельсами.
Сила тяги тепловоза определяется токами электродвигателей. Следовательно, плавный управляемый разгон поезда может быть обеспечен путем поддержания тока тягового генератора постоянным при данном положении рукоятки контроллера машиниста и изменения его при изменении положения рукоятки. Преимуществом раздельного регулирования мощности и напряжения тягового генератора является возможность произвольного выбора любой силы тяги при разгоне и любой мощности в конце разгона, что делает управление более гибким. Практически наиболее часто применяется управление с помощью одной рукоятки контроллера таким образом, что каждому ее положению соответствует определенная частота вращения вала дизель-генератора и определенная мощность тягового генератора. При уменьшении частоты вращения вала и мощности необходимо уменьшать максимальный магнитный поток тягового генератора.
Следовательно, для того чтобы получить требуемую форму внешней характеристики генератора, необходимо ток обмотки возбуждения изменять по определенному закону в зависимости от ряда факторов, влияющих на напряжение тягового генератора и мощность дизель-генераторной установки. Характеристики и можно получить, изменяя магнитный поток или м. д.с. тягового генератора в зависимости от трех величин: отклонения напряжения от заданного значения, тока и частоты вращения его вала. При увеличении тока от нуля магнитный поток (а значит, и напряжение) должен оставаться приблизительно постоянным, затем уменьшаться приблизительно обратно пропорционально току, после чего уменьшаться при сравнительно постоянном токе. Во второй зоне характеристик важно не получение определенной формы характеристик, а возможность полного использования «свободной» мощности дизеля тяговым генератором. Требуемые характеристики могут быть реализованы с помощью специальных автоматических систем регулирования напряжения тягового генератора.
В данном учебном пособии рассматриваются следующие системы автоматического регулирования напряжения тягового генератора:
— электромашинная система тепловоза ТЭМ2;
— электроаппаратная система тепловоза 2ТЭ10;
— электроаппаратная система тепловоза 2ТЭ116;
— унифицированная микропроцессорная система УСТА.
Система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора УСТА
выполняет следующие основные функции:
→ поддерживает постоянной мощность дизеля при изменении тока тяговых двигателей на каждой фиксированной частоте вращения коленчатого вала дизеля (позиции контроллера машиниста) регулированием тока возбуждения (напряжения) тягового генератора;
→ ограничивает максимальные значения напряжения и тока тягового генератора, изменяет величину ограничения максимального (пускового) тока в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля по заданной характеристике;
→ изменяет величину мощности дизеля в зависимости от частоты вращения его вала (позиции контроллера) в соответствии с характеристикой, обеспечивающей минимальный удельный расход топлива на каждой позиции контроллера;
→ управляет действием электропередачи в режиме электрического торможения;
→ управляет работой контакторов ослабления поля тяговых двигателей.
Регулирование тяговой электропередачи осуществляет блок БМУВ системы УСТА, который посредством управления возбуждением возбудителя В через блок возбуждения генератора БВГ, выполняющий функцию неуправляемого выпрямителя, настраивает возбуждение тягового генератора Г. Переменное напряжение на зажимах статорных обмоток генератора выпрямляется высоковольтной установкой ВУ и через поездные контакторы КП1 — КП6 подается на тяговые двигатели ЭТ1 — ЭТ6.
При регулировании тяговой электропередачи блок микропроцессорного регулирования БМУВ выполняет следующие функции:
1. осуществляет регулирование внешней характеристики генератора с использованием сигналов:
· по частоте вращения коленчатого вала дизеля от контролирующего ее датчика;
· по мощности от индуктивного датчика ИД регулятора дизеля;
· по току генератора от датчика ИТ1;
· по напряжению генератора от датчика ИН1.
Первые два сигнала формируют уставку (задание) системы, остальные являются сигналами обратных связей;
2. задает мощность тягового генератора в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля в соответствии с раскладкой мощности по позициям контроллера машиниста, определяемых по наличию напряжения на электромагнитах регулятора дизеля МР1 — МР4;
3. по сигналам от датчиков тока ИТ2 — ИТ7 измеряет токи тяговых двигателей ЭТ1 — ЭТ6, определяет момент возникновения боксования, предупреждает его и обеспечивает защиту в режиме тяги, а при работе тепловоза в режиме электрического тормоза — от юза;
4. по сигналу об отключении тягового двигателя (положение тумблеров ОМ1 — ОМ6) снижает мощность генератора;
5. по сигналу, выделяемому блоком трехфазных выпрямителей БВТ от осевых тахогенераторов Тг1 — Тг6 обеспечивает защиту от разносного боксования;
6. при работе тепловоза в режиме электрического тормоза по сигналу от датчика тока ИТ8 регулирует ток возбуждения тяговых двигателей ЭТ1 — ЭТ6 и по сигналу с переключателя тормозной силы ПТС ограничивает тормозную силу, предупреждая юз.
Наряду с функциями по регулированию тяговой электропередачи, блок БМУВ обеспечивает прием и обработку сигналов, определяющих режимы работы электрической схемы, управляет срабатыванием реле максимального тока РМ1 в тяге и реле минимального тока РУ23 в режиме электрического тормоза, контакторами ослабления поля тяговых двигателей КШ1 и КШ2, а также регулирует напряжение стартер-генератора при его работе в режиме вспомогательного генератора.
Для реализации перечисленных функций блок БМУВ считывает ряд сигналов о текущем состоянии и режиме работы силовой установки тепловоза, а также формирует ряд управляющих сигналов. Для соединения внутренних цепей данного блока и цепей электрической схемы тепловоза используют четыре разъема.
Разъем XР1. На него поступают дискретные сигналы обратных связей с блокировочных контактов исполнительных аппаратов (реле, контакторов, автоматов и т. п.). Наличие сигнала +110В на контакте разъема свидетельствует о включенном состоянии аппарата. Принимая и обрабатывая приведенные сигналы, система УСТА определяет режим работы тепловоза. На этот же разъем поступают сигнал по частоте вращения коленчатого вала дизеля со штатного датчика частоты вращения типа Д2ММ и выходной сигнал с индуктивного датчика, используемый в программном регуляторе мощности тепловоза системы УСТА.
Разъем ХР2. Через контакты этого разъема протекает ток возбуждения возбудителя, регулируемый в режимах тяги и электрического тормоза с помощью силовых транзисторных ключей ШИМ1, а также ток возбуждения стартер-генератора, регулируемый транзисторными силовыми ключами ШИМ2 при работе СТГ в режиме вспомогательного генератора;
Разъем ХS1. К данному разъему поступают аналоговые сигналы с преобразователей ЭП2716 (датчики токов и напряжений) и максимальный выделенный сигнал с осевых тахогенераторов ко-лесных пар тепловоза, используемые для анализа состояния и режима работы электрической передачи тепловоза.
Разъем ХS2. Система подает сигналы +110В на этот разъем и управляет работой ряда реле и контакторов электрической схемы тепловоза посредством силовых транзисторных ключей. Последние включаются в цепи соответствующих аппаратов контактами этого разъема.
Работа системы автоматического регулирования электрической передачи в режиме тяги. При установке рукоятки контроллера машиниста на 1-ю позицию после включения поездных контакторов КП1 — КП6 включаются контакторы КВГ и КВВ. Через блок-контакг последнего по проводу 798 на разъем ХР1 (контакт В4) подается напряжение +110В, являющееся признаком работы тепловоза в режиме тяги и разрешением регулирования тока возбуждения возбудителя.
Силовой контакт КВВ подает питание +110В на входы ключей ШИМ1 блока БМУВ, выходы которых соединены с обмоткой возбуждения возбудителя В. Возбудитель В подает переменное на-пряжение на блок возбуждения генератора БВГ. При этом тиристоры VS1 и VS2 закорочены, а блок БВГ работает в режиме неуправляемого выпрямителя, с выхода которого выпрямленное напряжение через контакт контактора КВГ подается на обмотку возбуждения тягового генератора Г.
Блок БМУВ регулирует ток возбуждения возбудителя В, изменяя напряжение на обмотке возбуждения тягового генератора Г и, тем самым, напряжение на статорных обмотках тягового гене-ратора, а, следовательно, и на выходе выпрямительной установки ВУ1, обеспечивая заданную мощность генератора. Мощность тягового генератора Г на выходе выпрямительной установки ВУ1 задается программно блоком БМУВ в функции от фактической частоты вращения коленчатого вала дизеля в соответствии с установленной для тепловоза ТЭП70 нагрузочной характеристикой и фактическими условиями работы его диэель-генератора.
Блок БМУВ непрерывно считывает и обрабатывает сигналы с кулачков контроллера машиниста, управляющих включением электромагнитов регулятора дизеля МР1 — МР4, по комбинации ко-торых определяется номер задаваемой позиции, сигналы с измерительных преобразователей тока ИТ1 и напряжения ИН1, с датчика контроля частоты Д2ММ или напряжение с трансформатора Т, подключенного к выходу возбудителя В, частоты напряжения которых пропорциональны частоте вращения коленчатого вала, а также сигнал с индуктивного датчика регулятора дизеля для использования свободной мощности дизеля.
При установке контроллера машиниста на 1-ю позицию блок БМУВ управляет напряжением возбуждения тягового генератора, в результате чего начинает возрастать его ток. Поскольку тепло-воз стоит, то ток генератора и тяговых двигателей быстро увеличивается, поэтому для обеспечения плавного трогания тепловоза система УСТА, после перевода рукоятки контроллера машиниста с нулевой позиции на 1-ю, ограничивает темп приращения мощности тягового генератора на уровне 20 кВт/с.
При этом приращение мощности тягового генератора по сигналу с индуктивного датчика не учитывается, а его ток ограничивается в соответствии с заданным значением максимального тока для 1-й позиции контроллера машиниста. По мере разгона тепловоза возрастает противо-э.д.с. тяговых двигателей, вследствие чего ток выпрямительной установки и мощность генератора снижаются. Для поддержания постоянной мощности генератора БМУВ увеличивает напряжение генератора, пока оно не достигает предельной для данной позиции величины.
По мере увеличения позиций контроллера возрастает частота вращения коленчатого вала дизеля и соответствующая ей заданная мощность на выходе ВУ1. Для ее поддержания блок БМУВ управляет напряжением тягового генератора, контролируя при этом значения тока и напряжения. При достижении предельного для текущей позиции значения тока или напряжения на выходе ВУ1 система УСТА изменяет напряжение таким образом, чтобы не допустить дальнейшего увеличения соответствующей величины.
Для полного использования свободной мощности дизеля на фиксированной позиции контроллера машиниста в рабочем диапазоне скоростей движения тепловоза система УСТА постоянно считывает сигнал с индуктивного датчика регулятора и корректирует напряжение тягового генератора. Система действует так, чтобы сердечник катушки этого датчика постоянно находился в среднем положении, т.е. положение рабочего органа регулятора (выход реек топливных насосов высокого давления) соответствовало заданному для данной позиции контроллера. Этим достигается постоянство полной мощности дизеля на текущей позиции контроллера и ее перераспределение между тяговым ге-нератором и вспомогательными агрегатами тепловоза при включении и отключении последних.
Работа системы автоматического регулирования напряжения тягового генератора в режиме электрического торможения. При переводе КМ с позиции «П» на одну из тормозных система УСТА, кроме электромагнита МР4, включает электромагнит МР1 регулятора дизеля, устанавливая тем самым частоту вращения коленчатого вала, соответствующую 2-й позиции КМ в режиме тяги для обеспечения требуемого охлаждения тяговых двигателей. Если режим ЭТ продолжается более 5 мин, то для более эффективного охлаждения электродвигателей система УСТА отключает электромагнит МР4 и включает электромагнит МРЗ, устанавливая частоту вращения, соответствующую 11-й позиции КМ в режиме тяги.
Режим поддержания скорости на спуске. Когда КМ с позиции «П» переводят на одну из тормозных, система УСТА в течение 6 сек. обеспечивает режим предварительного торможения для сжатия состава. При этом ток возбуждения ТЭД регулируется таким образом, что торможение осуществляется с плавным нарастанием тормозной силы до заданной переключателем ПТС.
По окончании режима предварительного торможения блок БМУВ по тормозной позиции КМ определяет заданную скорость движения, по сигналам с блока трехфазных выпрямителей (БВТ) — фактическую скорость движения, по сигналу с задатчика тормозной силы ПТС — предельное ограничение тормозной силы и по максимальному из токов ТЭД вычисляет фактическую тормозную силу.
Если фактическая тормозная сила меньше предельной, то блок БМУВ сравнивает заданную и измеренную скорости движения. Когда фактическая скорость больше заданной, блок БМУВ с за-данным темпом увеличивает ток возбуждения ТЭД. При этом тормозная сила увеличивается до тех пор, пока фактическая скорость движения не достигнет заданной. В противном случае ток возбуждения ТЭД снижается заданным темпом. Если в процессе регулирования фактическая тормозная сила достигает предельного значения, то блок БМУВ ограничивает ее на этом уровне вне зависимости от значения фактической скорости движения.
Режим остановочного торможения. Для остановочного торможения рукоятку КМ с позиции «П» или любой из тормозных позиций устанавливают на 7-ю тормозную позицию, соответству-ющую заданной скорости движения 0 км/ч. Торможение происходит по предельным тормозным характеристикам с ограничением тормозной силы, определяемым по сигналу с переключателя ПТС.
При снижении фактической скорости до 10 км/ч блок БМУВ системы УСТА включает реле защиты по минимальному тормозному току, которое разбирает схему ЭТ и если контроллер остается на тормозных позициях, то включает вентиль ВТ2 замещения электрического тормоза пневматическим, заполняя воздухом тормозные цилиндры тепловоза.
Служебное торможение краном машиниста. Если служебное торможение краном машиниста выполняется при включенных тумблере Тб11 «Электрический тормоз» и автоматическом выключателе АВ7 «Электрический тормоз» на нулевой позиции контроллера, то происходит сборка схемы ЭТ и реализация режима остановочного торможения с заданным положением ПТС ограничением тормозного усилия.
При снижении скорости движения до 10 км/ч блок БМУВ включает реле РУ23, которое разбирает схему ЭТ, в результате чего включается вентиль замещения ЭТ пневматическим ВТ2 и происходит пневматическое торможение локомотива. Для окончания режима служебного торможения необходимо установить кран машиниста в положение отпуска тормозов.
Экстренное торможение. Включение ЭТ в режиме экстренного торможения происходит при срабатывании реле РУ27, с контакта которого на вход разъема ХР1 (контакт В1) блока БМУВ по-дается сигнал об экстренном торможении. После сборки схемы ЭТ происходит предварительное торможение, после чего блок БМУВ выполняет остановочное торможение с регулированием тока возбуждения ТЭД по предельным характеристикам, вне зависимости от положения переключателя ПТС.