Устройство и работа основных блоков бурт-16

2.1. Блок регулирования фазы БРФ-176

Блок содержит фазорегулятор, а также устройство формирования сигналов ограничения токов якорей и тока возбуждения тяговых электродвигателей. Функциональная схема блока регулирования фазы показана на рис.2,а.

Фазорегулятор состоит из синхронизатора СХ, генератора пилообразного напряжения G1, широтно-импульсного модулятора ШИМ1. Совмещённая диаграмма сигналов фазорегулятора и напряжения управляемого выпрямителя возбуждения U_ву показана на рис.2,б.

а)

БРФ-176

б)

Рис.2

Генератор G1 формирует сигналы пилообразной формы U_пл с частотой 100 Гц, синхронизированные с напряжением питания управляемого выпрямителя посредством согласующего напряжения ~U_с. Синхронизация осуществляется сбросом амплитуды пилообразного напряжения U_пл устройством синхронизации при нулевой фазе согласующего напряжения ~U_с, подаваемого от блока питания БСП-98. Питание БСП осуществляется от вспомогательной обмотки тягового трансформатора, напряжение которой имеет незначительный фазовый сдвиг относительно напряжения питания управляемого выпрямителя возбуждения.

Формирование выходных импульсов фазорегулятора U_фр с фазовым углом a_р производится в момент достижения мгновенного значения пилообразного напряжения U_пл уровня сигнала регулирования фазы U_р. Характеристика фазорегулятора a_р = f(U_р) линейна. Диапазон изменения фазового угла a_р находится в пределах от 20 до 90 электрических градусов. Импульсные сигналы фазорегулятора U_фр передаются в БФИ с фазовыми углами a_р.

Фильтры Ф1, Ф2 блока регулирования фазы производят сглаживание пульсаций выходных сигналов датчиков тока якоря U_ям и тока возбуждения U_в.

Устройства формирования сигналов ограничений токов якорей и тока возбуждения тяговых электродвигателей состоят из элементов сравнения ЭС1, ЭС2, сравнивающих сглаженные сигналы датчиков тока U_я1, U_в1 с постоянными уровнями ограничений U_оя, U_ов.

Сигналы ограничений DU_оя и DU_ов формируются элементами сравнения ЭС1, ЭС2 при достижении током якоря величины 830 А, током возбуждения – величины 1000 А. Эти сигналы суммируются операционным усилителем А4 с сигналом управления U_у, подаваемым из блока решающих устройств, формируя сигнал регулирования фазы:

.

Выходной сигнал сумматора А4 U_р преобразуется фазорегулятором ФР в фазовый сигнал U_фр. Сигналы ограничений DU_оя, DU_ов увеличивают фазовый угол a_р, уменьшая среднее значение напряжения управляемого выпрямителя и ограничивая таким образом ток возбуждения и токи якорей тяговых электродвигателей.

2.2. Блок формирования импульсов БФИ-95

Блок формирования импульсов управления содержит формирователи импульсов и устройство запрета, запрещающее формирование импульсов в режиме сборки силовой цепи для торможения (положение П тормозной рукоятки КМ). Функциональная схема блока показана на рис.3.

БФИ-95

Рис.3

Формирователи импульсов состоят из устройства синхронизации СХ, релейных элементов А2, А3 и устройств формирования импульсов ФИ1, ФИ2.

Устройство запрета состоит из инверторов D3.1,D3.4 и логических перемножителей сигналов D3.2, D3.3.

Совмещённая диаграмма сигналов элементов БФИ показана на рис.4.

Устройство синхронизации СХ формирует знакопеременные сигналы U_сх трапециевидной формы, совпадающие по фазе с согласующим напряжением ~U_ст. Инвертор D3.1 формирует сигнал высокого уровня на интервале чётной полуволны напряжения ~U_ст. Логические перемножители D3.2, D3.3 формируют сигналы, чередующиеся по полупериодам изменения напряжения синхронизации U_сх. Выходные сигналы логических перемножителей переключают поочерёдно релейные элементы А2, А3 в состояние подготовки.

Инвертор D3.4 формирует в положении П тормозной рукоятки КМ сигнал низкого уровня, удерживающий на выходах логических перемножителей D3.2, D3.3 постоянные сигналы высокого уровня. Эти сигналы удерживают релейные элементы А2, А3 в состоянии подготовки, препятствуя их переключению импульсами напряжения U_фр блока регулирования фазы.

При переводе тормозной рукоятки КМ из положения П в ПТ сигналы запрета высокого уровня снимаются с прямых входов релейных элементов А2, А3. Релейные элементы А2, А3 будут переключаться на интервалах пауз выходных сигналов логических перемножителей D3.2, D3.3 импульсами U_фр, подаваемыми на их инверсные входы.

Рис.4

Формирователи импульсов ФИ1, ФИ2 преобразуют выходные сигналы релейных элементов А2, А3 в импульсы управления тиристорными группами VS1, VS2 управляемого выпрямителя возбуждения тяговых электродвигателей.

В положении тормозной рукоятки ПТ и Т выходной сигнал инвертора D3.4 U₁ высокого уровня передаётся в блок БПР и из него в блок БУТ в виде разрешающего сигнала U₅ формирования сигнала предварительного торможения U_пт.

2.3. Блок управления торможением БУТ-175

Блок управления торможением содержит задатчик тормозной силы и регулятор скорости. Функциональная схема блока показана на рис.5.

БУТ-175

Рис.5

Задатчик тормозной силы состоит из цифро-аналогового преобразователя ЦАП и сумматора-усилителя аналоговых сигналов А6.

Регулятор скорости содержит инвертор аналогового сигнала скорости U_c – А2, элемент памяти ЭП, электронный ключ SW1, элемент сравнения аналоговых сигналов ЭС3, логический перемножитель D1 и инвертор логических сигналовD2.

Цифро-аналоговый преобразователь преобразует цифровой код переключателя тормозной силы ПТС в аналоговый сигнал U_зт. Сумматор-усилитель аналоговых сигналов А6 содержит инерционное апериодическое звено, замедляющее на 3–5 с нарастание сигнала тормозной силы U_т при переключении тормозной рукоятки из положения ПТ в положение Т. При наличии сигнала ограничения тока якорей DU_оя или сигнала рассогласования регулятора скорости движения DU_с происходит уменьшение сигнала U_т, приводящее к понижению тормозной силы электровоза:

.

Усилителем А7, представляющим собой инерционное апериодическое звено, в течение 3–5 с формируется аналоговый задающий сигнал предварительного торможения U_пт при переводе тормозной рукоятки из положения П в положение ПТ.

Регулятор скорости переключается в рабочий режим поддержания неизменной скорости движения на спусках постановкой тормозной рукоятки в положение ФС. Переключение регулятора производится логическим сигналом низкого уровня , сформированным в БФИ. Сигнал снимает через инвертор D2 удерживающий сигнал с электронного ключа SW1. Электронный ключ SW1 размыкается и отключает сигнал фактической скорости движения U_с от входа элемента памяти ЭП. Элемент памяти ЭП фиксирует сигнал скорости, который теперь становится сигналом заданной скорости движения U_зс. Устройство сравнения ЭС3 формирует сигнал рассогласования DU_с при снижении сигнала фактической скорости движения U_с относительно сигнала U_зс заданной скорости. Сигнал рассогласования DU_с подаётся в сумматор-усилитель А6 и снижает величину сигнала заданной тормозной силы U_т.

Если тормозная рукоятка установлена в положение Т и отсутствует групповой юз тяговых электродвигателей, то логические сигналы U₂ и U₁₀ имеют высокий уровень. Логический перемножитель D1 и инвертор D2 формируют сигнал высокого уровня, удерживающий электронный ключ SW1 во включённом положении. Электронный ключ SW1 передаёт на вход элемента памяти ЭП сигнал фактической скорости движения U_с. Выходной сигнал элемента памяти ЭП U_зс будет равен по уровню сигналу фактической скорости U_с, но противоположен по направлению. В этом случае выходной сигнал устройства сравнения ЭС3 будет равен нулю (DU_с = 0).

При возникновении группового юза тяговых электродвигателей происходит резкое снижение уровня сигнала скорости движения U_с. Инерционное звено элемента памяти ЭП удерживает прежнее значение сигнала U_с. В результате создаётся разность сигналов U_с и U_зс на входе устройства сравнения ЭС3, формируя на выходе сигнал рассогласования скорости DU_с. Этот сигнал передаётся в блок переключения резисторов БПР, где формируется низкий уровень логического сигнала возникновения группового юза. Сигнал рассогласования скорости DU_с, как и в режиме фиксации скорости, понижает уровень сигнала заданной тормозной силы U_т.

Переключение сигнала на низкий уровень приводит к размыканию электронного ключа SW1, отключению входного сигнала элемента памяти ЭП, усиливающего сигнал рассогласования DU_с, аналогично режиму фиксации скорости движения на спусках.

2.4. Блок решающих устройств БРУ-173

Блок решающих устройств содержит устройство вычисления сигнала фактической тормозной силы U_вт, устройство сравнения сигналов заданной U_т и фактической U_вт тормозных сил, ПИ-регулятор, формирующий сигнал управления U_у, а также пороговое устройство формирования сигнала . Функциональная схема блока решающих устройств показана на рис.6,а.

Устройство вычисления сигнала фактической тормозной силы состоит из инвертора А1, функционального преобразователя ФП1, инвертора А4, генератора пилообразного напряжения G2, широтно-импульсного модулятора ШИМ2, электронного ключа SW2, сглаживающего фильтра ФЗ. Совмещённая диаграмма сигналов показана на рис.6,б.

Фактическая тормозная сила В, создаваемая тяговым электродвигателем, пропорциональна произведению тока якоря i_я и магнитного потока электродвигателя Ф:

В = 3,6 × С × Ф × iя × kв.

(1)

Для вычисления сигнала фактической тормозной силы U_вт сглаженные сигналы датчиков тока якоря U_я1 и тока возбуждения U_в1 перемножаются посредством электронного ключа SW2, управляемого широтно-импульсным модулятором ШИМ2. Функциональный преобразователь ФП1 преобразует сглаженный сигнал датчика тока возбуждения U_в1 в сигнал U_фп, воспроизводя характеристику намагничивания тягового электродвигателя СФ = f(I_в) тремя линейными отрезками. Широтно-импульсным модулятором ШИМ2 производится вычитание отрицательного сигнала функционального преобразователя U_фп из пилообразного напряжения U_пл генератора G2 и формирование инвертированных прямоугольных знакопеременных сигналов U_шм.

а)

БРУ-173

б)

Рис.6

Длительность t_п положительных импульсов U_шм модулятора пропорциональна уровню напряжения функционального преобразователя U_фп:

.

Здесь t – период повторения пилообразного напряжения U_пл.

Электронный ключ SW2 замыкается на интервалах положительных импульсов U_шм, подавая на вход сглаживающего фильтра ФЗ прямоугольные импульсы напряжения U_я1. Выходное напряжение низкочастотного фильтра ФЗ, равное среднему за период t значению прямоугольного импульса U_я1, пропорционально произведению напряжения U_я1 и длительности t_п положительных импульсов широтно-импульсного модулятора или произведению сигналов U_я1 и U_фп:

.

Следовательно, сигнал U_вт является сигналом фактической тормозной силы В.

Элемент сравнения ЭС4 производит вычитание сигналов U_т и U_пт из сигнала U_вт, формируя сигнал рассогласования DU_т. Этот сигнал преобразуется ПИ-регулятором в сигнал управления U_у, который передаётся в блок БРФ.

Релейный элемент ПУ1 формирует на выходе логический сигнал низкого уровня, если ток якорей тяговых электродвигателей превышает величину 100 А, задаваемую опорным сигналом U_оп.

Сигнал низкого уровня разрешает вычисление сигнала скорости U_с в БВС. Кроме того, сигнал блокирует в блоке БПР формирование сигнала включения пневматического торможения при работе электрического тормоза.

2.5. Блок вычисления скорости БВС-174

Функциональная схема блока вычисления скорости показана на рис.7,а.

Блок содержит фильтры Ф4 и Ф5, сглаживающие помехи сигналов U_я1 и U_в1, функциональный преобразователь ФП2, амплитудно-импульсный модулятор АИМ, широтно-импульсный модулятор ШИМ3, электронный ключ SW3, выходной сглаживающий фильтр Ф6. Совмещённая диаграмма сигналов блока вычисления скорости показана на рис.7,б.

а)

БВС-174

б)

Рис.7

Скорость движения можно определить из уравнения равновесия напряжений в цепи якоря тягового электродвигателя для режима реостатного торможения:

.

Для вычисления сигнала скорости движения U_с в БВС напряжение U_в1 преобразуется функциональным преобразователем ФП2 в сигнал U_фп аналогично ФП1 блока решающих устройств БРУ.

Выходное напряжение функционального преобразователя U_фп подаётся в амплитудно-импульсный модулятор АИМ, посредством которого оно преобразуется в знакопеременное напряжение U_ам треугольной формы. Модулятор АИМ работает в режиме автоколебаний, поэтому амплитуда выходного напряжения U_ам пропорциональна уровню входного напряжения U_фп.

Широтно-импульсный модулятор ШИМ3 производит сравнение переменного напряжения амплитудного модулятора U_ам с напряжением U_я1, формируя на выходе знакопеременные сигналы прямоугольной формы U_шм.

Выходные сигналы широтно-импульсного модулятора U_шм переключают электронный ключ SW3 с инверсным алгоритмом: положительные импульсы размыкают электронный ключ SW3, отрицательные – замыкают. Длительность t_о отрицательных импульсов широтно-импульсного модулятора ШИМ3 определяется выражением:

.

Электронный ключ SW3 подаёт на вход сглаживающего фильтра Ф6 прямоугольные импульсы напряжения U_о, длительность которых равна длительности отрицательных импульсов модулятора ШИМ3. Выходное напряжение сглаживающего фильтра Ф6 равно среднему значению импульсов напряжения, формируемых электронным ключом SW3. Следовательно, выходное напряжение фильтра Ф6, являющееся сигналом скорости движения U_с, пропорционально напряжению U_я1 и обратно пропорционально напряжению функционального преобразователя U_фп.

При подаче на вход ШИМ3 сигнала высокого уровня (ток якорей ТЭД меньше 100 А) на выходе последнего формируется сигнал высокого уровня, которой удерживает электронный ключ SW3 в разомкнутом состоянии и, следовательно, блокирует формирование сигнала скорости U_с.