RU2591550C1

RU2591550C1 - Locomotive electrodynamic brake controller

Info

Publication number: RU2591550C1
Application number: RU2015119392/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валерьевич Бабков; Николай Александрович Кузнецов; Константин Степанович Перфильев; Вячеслав Юрьевич Евсеев
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-07-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to electrodynamic brake systems for vehicles. Locomotive electrodynamic brake controller comprises a chopper consisting of a transistor, which serves to maintain invariable brake force, bypassed by a reverse diode and connected in series by an emitter with a power diode cathode. Herewith the collector and the emitter of chopper transistor are connected via a contactor to the traction motor armature winding. Control inputs of the chopper are connected to the control unit which forms a PWM signal in accordance with the duty ratio value set by the locomotive control system. Data outputs of the control system are connected to the control unit and to the contactor control input. One lead of the damping capacitor is connected to the chopper power diode anode, and the other one is connected to the chopper transistor collector. Braking resistor is connected in parallel to the damping capacitor and via the chopper power diode and the contactor - to the traction motor armature winding.

EFFECT: higher reliability of locomotive electrodynamic brake controller is achieved.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к технике регулирования торможением тяговых электродвигателей локомотива.The invention relates to the field of railway transport, and in particular to a technique for controlling the braking of traction electric motors of a locomotive.

Известно устройство для автоматического регулирования тормозной силы электроподвижного состава при электрическом торможении, содержащее тяговые двигатели постоянного тока, якорные обмотки которых включены последовательно с тормозными резисторами, а обмотки возбуждения соединены последовательно и подключены к выходу выпрямительной установки, датчики тока якорей и обмотки возбуждения, подключенные соответственно к первому и второму входам элемента сравнения, а к третьему входу которого через выпрямительные мосты подключены задатчик предварительного торможения и задатчик тормозной силы (SU, авт. свид. №1368201, МПК B60L 7/26, опубл. 1988 г.).A device for automatically controlling the braking force of an electric rolling stock during electric braking, comprising DC traction motors, the anchor windings of which are connected in series with brake resistors, and the field windings are connected in series and connected to the output of the rectifier installation, current sensors of the armature and field windings connected respectively to the first and second inputs of the comparison element, and to the third input of which, through rectifier bridges, the task IR pre-braking and brake force adjuster (SU, author certificate. No. 1368201, IPC B60L 7/26, publ. 1988).

Недостатком известного устройства является невозможность поддержания постоянным тормозного тока за счет регулирования тока в обмотке возбуждения.A disadvantage of the known device is the inability to maintain a constant braking current due to the regulation of the current in the field winding.

Известно устройство электродинамического тормоза, в котором две последовательно включенные якорные обмотки тяговых двигателей постоянного тока через два контактора подключены к набору тормозных резисторов, каждый из которых шунтируется вспомогательными контакторами, включением которых достигается ступенчатое изменение сопротивления тормозного контура в диапазоне 5,39-0,95 Ом («Электрические схемы электропоезда ЭД9М», журнал «Локомотив», 2012 г., №3, стр. 26).An electrodynamic brake device is known in which two series-connected anchor windings of DC traction motors are connected through two contactors to a set of brake resistors, each of which is bridged by auxiliary contactors, the inclusion of which achieves a stepwise change in the resistance of the brake circuit in the range of 5.39-0.95 Ohms (“Electric circuits of the electric train ED9M”, “Lokomotiv” magazine, 2012, No. 3, p. 26).

Недостатками известного устройства являются ступенчатое регулирование, при котором происходит резкое изменение тормозного усилия и увеличение массогабаритных размеров за счет увеличения количества силовых кабелей и контакторов.The disadvantages of the known device are step regulation, in which there is a sharp change in braking force and an increase in weight and size due to an increase in the number of power cables and contactors.

Известен регулятор электродинамического тормоза локомотива (принятый за прототип), содержащий систему управления движением локомотива, якорь с обмоткой тягового двигателя, которая последовательно и при помощи контактора подключена к тормозному резистору, параллельно которому подключен транзисторный ключ, который соединен с системой управления движением локомотива, которая обеспечена устройством управления шириной импульса, задающим длительность включения транзисторного ключа, снабженного демфирующей цепью, содержащей последовательно подключенные между собой диод и дополнительный резистор, который, в свою очередь, снабжен параллельно подключенным к нему конденсатором (RU, патент №2510342, МПК В60Т 8/17, опубл. 2014 г.).A known locomotive electrodynamic brake regulator (adopted as a prototype) comprising a locomotive motion control system, an armature with a traction motor winding, which is connected in series and with a contactor to a brake resistor, in parallel with which a transistor switch is connected, which is connected to the locomotive's motion control system, which is provided a pulse width control device defining a turn-on time of a transistor switch equipped with a damping circuit comprising the diode and an additional resistor that are connected to each other, which, in turn, is equipped with a capacitor connected in parallel to it (RU, patent No. 2510342, IPC ВТТ 8/17, publ. 2014).

Недостатком известного регулятора электродинамического тормоза локомотива является низкая надежность и увеличение массогабаритных размеров регулятора за счет использования дополнительного резистора.A disadvantage of the known controller of the electrodynamic brake of a locomotive is the low reliability and increase in the overall dimensions of the controller due to the use of an additional resistor.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности регулятора электродинамического тормоза локомотива и снижение его массогабаритных показателей.The technical result of the invention is to increase the reliability of the electrodynamic brake regulator of a locomotive and to reduce its overall dimensions.

Указанный технический результат достигается тем, что регулятор электродинамического тормоза локомотива, связанный с системой управления движением локомотива, содержащий чоппер, состоящий из транзистора, служащего для поддержания постоянного тормозного усилия, шунтированного обратным диодом и последовательно соединенного эмиттером с катодом силового диода, при этом коллектор и эмиттер транзистора чоппера подключены через контактор к обмотке якоря тягового двигателя, а управляющие входы чоппера подключены к блоку управления, формирующего широтно-импульсный модулированный (ШИМ) сигнал в соответствии со значением скважности, заданным системой управления движением локомотива, информационные выходы которой подключены к блоку управления и к управляющему входу контактора, тормозной резистор, демпфирующий конденсатор, один из выводов которого подключен к аноду силового диода чоппера, а другой вывод соединен с коллектором транзистора чоппера, при этом тормозной резистор подключен параллельно демпфирующему конденсатору и через силовой диод чоппера и контактор к обмотке якоря тягового двигателя.The specified technical result is achieved by the fact that the locomotive’s electrodynamic brake regulator, connected to the locomotive’s motion control system, contains a chopper consisting of a transistor that serves to maintain a constant braking force, shunted by a reverse diode and connected in series by the emitter to the cathode of the power diode, while the collector and emitter the chopper transistor is connected via a contactor to the winding of the traction motor armature, and the chopper control inputs are connected to the control unit, forming a pulse-width modulated (PWM) signal in accordance with the duty cycle value set by the locomotive's motion control system, the information outputs of which are connected to the control unit and to the control input of the contactor, a braking resistor, a damping capacitor, one of the terminals of which is connected to the anode of the chopper power diode and the other terminal is connected to the collector of the chopper transistor, while the brake resistor is connected in parallel with the damping capacitor and through the power diode of the chopper and the contactor to the winding ie the traction motor armature.

На чертеже представлена структурная схема регулятора электродинамического тормоза локомотива.The drawing shows a structural diagram of the controller of the electrodynamic brake of a locomotive.

Регулятор электродинамического тормоза локомотива, связанный с системой управления 1 движением локомотива, содержит чоппер 2, состоящий из транзистора 3, служащего для поддержания постоянного тормозного усилия, шунтированного обратным диодом 4 и последовательно соединенного эмиттером с катодом силового диода 5, при этом коллектор и эмиттер транзистора 3 чоппера 2 подключены через контактор 6 к обмотке якоря тягового двигателя 7, а управляющие входы чоппера 2 подключены к блоку управления 8, формирующего ШИМ сигнал в соответствии со значением скважности, заданным системой управления 1 движением локомотива, информационные выходы которой подключены к блоку управления 8 и к управляющему входу контактора 6, тормозной резистор 9, демпфирующий конденсатор 10, один из выводов которого подключен к аноду силового диода 5 чоппера 2, а другой вывод соединен с коллектором транзистора 3 чоппера 2, при этом тормозной резистор 9 подключен параллельно демпфирующему конденсатору 10 и через силовой диод 5 чоппера 2 и контактор 6 к обмотке якоря тягового двигателя 7.The locomotive electrodynamic brake regulator associated with the locomotive motion control system 1 contains a chopper 2, consisting of a transistor 3, which serves to maintain a constant braking force, shunted by a reverse diode 4 and connected in series by the emitter to the cathode of the power diode 5, while the collector and emitter of the transistor 3 the chopper 2 is connected via a contactor 6 to the armature winding of the traction motor 7, and the control inputs of the chopper 2 are connected to the control unit 8, which generates a PWM signal in accordance with the value m duty cycle, specified by the control system 1 of the locomotive’s movement, the information outputs of which are connected to the control unit 8 and to the control input of the contactor 6, a brake resistor 9, a damping capacitor 10, one of the terminals of which is connected to the anode of the power diode 5 of chopper 2, and the other terminal is connected with the collector of the transistor 3 of the chopper 2, while the brake resistor 9 is connected in parallel with the damping capacitor 10 and through the power diode 5 of the chopper 2 and the contactor 6 to the armature winding of the traction motor 7.

Транзистор 3, шунтированный обратным диодом 4, силовой диод 5 размещены в корпусе чоппера 2 и имеют идентичные параметры по току и быстродействию. Обратный диод 4 служит для защиты транзистора 3 от обратного тока при его выключении.The transistor 3, shunted by the reverse diode 4, the power diode 5 is placed in the housing of the chopper 2 and have identical parameters for current and speed. Reverse diode 4 serves to protect the transistor 3 from reverse current when it is turned off.

Регулятор электродинамического тормоза локомотива работает следующим образом.The controller of the electrodynamic brake of the locomotive operates as follows.

При электродинамическом торможении системой управления 1 движением локомотива включают контактор 6, который нагружает обмотку якоря тягового двигателя 7 через силовой диод 5 чоппера 2 на тормозной резистор 9, и одновременно задают величину скважности ШИМ сигнала для блока управления 8. Блоком управления 8 формируют ШИМ сигнал, которым осуществляют с высокой частотой включение/выключение транзистора 3 чоппера 2, работающего в ключевом режиме. При включении транзистора 3 сопротивление постоянному току обмотки якоря тягового двигателя 7 практически отсутствует и ток якоря растет. При выключении транзистора 3 обмотку якоря тягового двигателя 7 нагружают через силовой диод 5 чоппера 2 на тормозной резистор 9 и ток якоря спадает. По мере торможения напряжение на обмотке якоря тягового двигателя 7 уменьшается. Изменением скважности ШИМ сигнала поддерживают постоянным тормозной ток за счет плавного, а не ступенчатого изменения эквивалентного сопротивления тормозного резистора 9.During electrodynamic braking, the locomotive's motion control system 1 includes a contactor 6, which loads the armature winding of the traction motor 7 through the power diode 5 of the chopper 2 to the braking resistor 9, and at the same time the PWM signal duty cycle is set for the control unit 8. The PWM signal is generated by the control unit 8, which carry out with high frequency on / off transistor 3 chopper 2, operating in key mode. When the transistor 3 is turned on, the direct current resistance of the armature winding of the traction motor 7 is practically absent and the armature current increases. When the transistor 3 is turned off, the armature winding of the traction motor 7 is loaded through the power diode 5 of the chopper 2 to the braking resistor 9 and the armature current drops. As the braking voltage on the winding of the armature of the traction motor 7 decreases. By changing the duty cycle of the PWM signal, the braking current is kept constant due to a smooth, rather than stepwise change in the equivalent resistance of the braking resistor 9.

Из-за наличия паразитной индуктивности у внутренних шин регулятора электродинамического тормоза локомотива при выключении транзистора 3 чоппера 2 возникают импульсы перенапряжения, способные вывести его из строя. При выключении транзистора 3 чоппера 2 энергия, запасенная в паразитной индуктивности через силовой диод 5 чоппера 2, заряжает демпфирующий конденсатор 10, уменьшая при этом импульс перенапряжения. Разряд демпфирующего конденсатора 10 осуществляется через тормозной резистор 9. Подключение тормозного резистора 9 параллельно демпфирующему конденсатору 10 позволяет осуществлять разряд демпфирующего конденсатора 10 без применения дополнительного разрядного резистора, имеющего большие массогабаритные размеры. Кроме этого, при использовании дополнительного резистора в случае его обрыва произойдет выход из строя транзистора 3 чоппера 2, что снизит надежность регулятора электродинамического тормоза локомотива.Due to the presence of parasitic inductance in the internal tires of the locomotive’s electrodynamic brake, when the transistor 3 of the chopper 2 is turned off, overvoltage pulses occur that can disable it. When the transistor 3 of the chopper 2 is turned off, the energy stored in the parasitic inductance through the power diode 5 of the chopper 2 charges the damping capacitor 10, while reducing the overvoltage pulse. The discharge of the damping capacitor 10 is carried out through the brake resistor 9. Connecting the brake resistor 9 parallel to the damping capacitor 10 allows the discharge of the damping capacitor 10 without the use of an additional discharge resistor having large dimensions. In addition, when using an additional resistor in case of breakage, transistor 3 of chopper 2 will fail, which will reduce the reliability of the locomotive’s electrodynamic brake regulator.

Заявленный технический результат регулятора электродинамического тормоза локомотива достигается подключением тормозного резистора 9 параллельно демпфирующему конденсатору 10 и одновременно через силовой диод 5 чоппера 2 и контактор 6 к обмотке якоря тягового двигателя 7, что исключает использование дополнительного резистора.The claimed technical result of the locomotive electrodynamic brake regulator is achieved by connecting a brake resistor 9 parallel to the damping capacitor 10 and simultaneously through the power diode 5 of the chopper 2 and the contactor 6 to the armature winding of the traction motor 7, which eliminates the use of an additional resistor.

Предлагаемый регулятор электродинамического тормоза локомотива испытан и будет использован в опытном горочном тепловозе ТЭМ7А, оборудованном системой управления горочным локомотивом (САУ ГЛ).The proposed locomotive electrodynamic brake controller has been tested and will be used in an experimental TEM7A hump diesel locomotive equipped with a hump locomotive control system (SAU GL).

Claims

A locomotive electrodynamic brake regulator connected to a locomotive motion control system, comprising a chopper consisting of a transistor that serves to maintain a constant braking force, shunted by a reverse diode and connected in series with the emitter to the cathode of the power diode, while the collector and emitter of the chopper transistor are connected through a contactor to the winding the anchors of the traction motor, and the control inputs of the chopper are connected to a control unit that generates a PWM signal in accordance with the value of the borehole a component specified by the locomotive motion control system, the information outputs of which are connected to the control unit and to the control input of the contactor, a brake resistor, a damping capacitor, one of the terminals of which is connected to the anode of the chopper power diode, and the other terminal is connected to the collector of the chopper transistor, characterized in that the braking resistor is connected parallel to the damping capacitor and through the chopper power diode and contactor to the armature winding of the traction motor.