RU2251779C2 - Winding temperature control for traction electrical machines of vehicles - Google Patents

Abstract

FIELD: keeping winding temperature of traction electrical machines at reasonable level.

SUBSTANCE: proposed temperature control has axial-flow fan mechanically driven from shaft of power unit incorporating controller or impeller electric drive depending for its operation on power unit shaft speed. Fan impeller has adjustable vanes and vane adjusting mechanism with drive. Temperature control has also traction motor shaft speed, motor current and voltage sensors, temperature and cooling air feed sensors, shaft speed and impeller vane angle-of-turn sensors, as well as microprocessor control system. The latter has modules housing mathematical fan operation models. Each module housing mathematical fan operation model has first, second, and third computing units, first, second, third, and fourth comparison units, main control action signal shaping unit, and timer. Apart from main control action, temperature control generates additional control action signal restricting field voltage of traction generator.

EFFECT: enhanced reliability of maintaining desired temperature irrespective of load current and cooling air temperature variations.

1 cl, 4 dwg

Description

При движении транспортного средства процесс преобразования энергии в тяговых электрических машинах (тяговом генераторе и тяговых электродвигателях) сопровождается выделением тепловой энергии, следствием чего является нагревание их обмоток. Известно, что в системах охлаждения тяговых электрических машин тепловозов подача вентиляторов охлаждения, имеющих механический привод от вала силовой установки или электрический привод от тягового генератора (ротор которого также приводится во вращение от вала силовой установки), является функцией только скорости вращения вала n_дг силовой установки (дизель-генератора), определяемой положением рукоятки контроллера машиниста [1], и не связана ни с температурой обмоток тяговых электрических машин, ни с их токовой нагрузкой, ни с температурой охлаждающего воздуха. Известно, что отсутствие этой связи приводит к тому, что в условиях эксплуатации температура обмоток тяговых электрических машин может изменяться в широких пределах и что для снижения затрат (расхода дизельного топлива или электроэнергии) на привод вентиляторов и повышения надежности тяговых электрических машин необходимо устойчиво поддерживать температуру обмоток на рациональных уровнях независимо от изменения нагрузочных токов и температуры охлаждающего воздуха [2, 3].When the vehicle is moving, the process of energy conversion in traction electric machines (traction generator and traction electric motors) is accompanied by the release of thermal energy, resulting in heating of their windings. It is known that in cooling systems of traction electric machines of diesel locomotives, the supply of cooling fans having a mechanical drive from the power plant shaft or an electric drive from the traction generator (whose rotor is also driven from the power plant shaft) is a function of only the shaft rotation speed n _{dg of the} power plant (diesel generator), determined by the position of the handle of the controller of the driver [1], and is not related either to the temperature of the windings of the traction electric machines, nor to their current load, nor to the temperature swarm cooling air. It is known that the absence of this connection leads to the fact that under operating conditions the temperature of the windings of traction electric machines can vary widely and that in order to reduce the costs (diesel or electric power consumption) for driving fans and increase the reliability of traction electric machines, it is necessary to maintain the temperature of the windings stably at rational levels, regardless of changes in load currents and cooling air temperature [2, 3].

Известно, что в условиях эксплуатации тепловозов режимы работы на низких и средних положениях рукоятки контроллера машиниста, характеризующиеся широким диапазоном изменения нагрузочных токов при величине подачи охлаждающего воздуха, составляющей 64-73% от номинальной, являются наиболее тяжелыми по условиям нагревания обмоток тяговых электродвигателей [4], при этом локальные значения температуры якорных обмоток могут превышать установленные допустимые значения.It is known that under operating conditions of diesel locomotives, the operating modes at low and medium positions of the handle of the driver’s controller, characterized by a wide range of load currents with a supply of cooling air of 64-73% of the nominal, are the most difficult under the conditions of heating the windings of traction motors [4] , while the local temperature values of the armature windings may exceed the established allowable values.

Известно устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины, содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики тока и напряжения электрической машины, падения напряжения на контролируемой обмотке, скорости вращения вала вентилятора, температуры охлаждающего воздуха, блок деления, блок умножения, блок вычисления температуры обмотки в горячем состоянии, блок вычислений с математической моделью функционирования автоматической системы регулирования температуры электрической машины и блок перехода [5].A device is known for automatically controlling the temperature of an electric machine, comprising a fan with a controlled drive, current and voltage sensors of an electric machine, voltage drops on a controlled winding, fan shaft rotation speed, cooling air temperature, a division unit, a multiplication unit, a coil temperature calculation unit in a hot state , a computing unit with a mathematical model of the functioning of an automatic temperature control system of an electric machine and a transition unit [5].

Известно устройство для автоматического регулирования температуры обмоток электрической машины постоянного тока, содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики температуры охлаждающего воздуха, падения напряжения на обмотках главных и добавочных полюсов электрической машины, скорости вращения ее вала, тока и напряжения электрической машины, скорости вращения вала вентилятора, блоки расчета омического сопротивления обмоток главных и добавочных полюсов, блок расчета средней температуры этих обмоток, блок расчета мощности электрической машины, а также блок вычислений с математической моделью тяговой электрической машины как теплового объекта [6].A device for automatically controlling the temperature of the windings of an electric DC machine, containing a fan with a controlled drive, sensors for cooling air temperature, voltage drops on the windings of the main and additional poles of the electric machine, the speed of rotation of its shaft, the current and voltage of the electric machine, the speed of rotation of the fan shaft, blocks for calculating the ohmic resistance of the windings of the main and auxiliary poles, a block for calculating the average temperature of these windings, a block for calculating the power of ele ctric machine, as well as a block of calculations with a mathematical model of a traction electric machine as a thermal object [6].

Известен осевой вентилятор с поворотными лопатками как исполнительно-регулирующее устройство для автоматических систем регулирования температуры, имеющий механический привод от вала силовой установки [7] или электрический привод от тягового генератора [8], подача которого определяется величиной скорости вращения n_в вала рабочего колеса вентилятора, пропорциональной n_дг, и величиной угла α _в поворота лопаток рабочего колеса, и может автоматически изменяться в широких пределах путем изменения α _в, при этом КПД вентилятора изменяется незначительно. Недостатком этого исполнительно-регулирующего устройства является то, что при работе тепловоза на низких и средних положениях рукоятки контроллера машиниста количество подаваемого охлаждающего воздуха может оказаться недостаточным даже при максимальной величине α _в. В эксплуатационных условиях тепловозов, особенно маневровых, характеризующихся частым изменением положения рукоятки контролера машиниста, известное исполнительно-регулирующее устройство работает в переходных режимах. Кроме того, любое изменение положения рукоятки контроллера машиниста будет вносить дополнительное возмущение в систему регулирования температуры [9].Known axial fan with rotary blades as an executive control device for automatic temperature control systems, having a mechanical drive from the shaft of the power plant [7] or an electric drive from the traction generator [8], the supply of which is determined by the value of the rotation speed n _{in the} shaft of the fan impeller, proportional to n _dg , and the value of the angle α _{in the} rotation of the blades of the impeller, and can automatically vary over a wide range by changing α _in , while the fan efficiency does not change much. The disadvantage of this executive-regulating device is that when the locomotive is operating at low and medium positions of the handle of the driver’s controller, the amount of cooling air supplied may not be sufficient even with a maximum value of α _in . In operating conditions of diesel locomotives, especially shunting ones, characterized by a frequent change in the position of the handle of the controller of the driver, the well-known executive-regulating device operates in transient conditions. In addition, any change in the position of the handle of the controller of the driver will introduce additional disturbance in the temperature control system [9].

Известно исполнительно-регулирующее устройство для автоматических систем регулирования температуры обмоток тяговых электрических машин, содержащее осевой вентилятор с независимым от n_дг управляемым приводом, механизм поворота лопаток рабочего колеса вентилятора с приводом и систему управления с математической моделью работы вентилятора, реализующей оптимальный выбор параметров n_в и α _в, обеспечивающий наиболее экономичный режим работы вентилятора во всем диапазоне изменения подачи охлаждающего воздуха [10].A performance-regulating device for automatic temperature control systems for windings of traction electric machines is known, comprising an axial fan with a n drive independent of n _dg , a rotor mechanism for fan blades with a drive, and a control system with a mathematical model of the fan that implements the optimal choice of n _in and α _in , providing the most economical operation of the fan in the entire range of changes in the supply of cooling air [10].

Известно, что любой автоматический регулятор содержит две основные соединенные последовательно функциональные части: управляющий орган и исполнительно-регулирующее устройство. В свою очередь, исполнительно-регулирующее устройство тоже содержит две функциональные части: исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО) [11].It is known that any automatic regulator contains two main functional parts connected in series: a control body and an executive-regulating device. In turn, the executive-regulating device also contains two functional parts: the executive mechanism (IM) and the regulatory body (RO) [11].

Предлагаемый регулятор температуры обмоток тяговых электрических машин транспортного средства (см. фиг.1) содержит осевой вентилятор с механическим приводом рабочего колеса от вала силовой установки (дизель-генератора ДГ), скорость вращения которого определяется величиной n_дг, зависящей от положения Пк контроллера машиниста (КМ), или зависимым от n_дг электрическим приводом. Рабочее колесо вентилятора выполняет функции первого регулирующего органа (РО1), механический привод - функции первого исполнительного механизма (ИМ1). Рабочее колесо осевого вентилятора имеет поворотные лопатки и механизм поворота лопаток с приводом. Поворотные лопатки выполняют функции второго регулирующего органа (РО2), а механизм поворота лопаток с приводом - функции второго исполнительного механизма (ИМ2). Подача охлаждающего воздуха G_вз имеет две составляющие: составляющую G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{n}}{\text{вз}}$ , зависящую от n_в, (сигнала задания η _з) и составляющую Gα _вз, зависящую от α _в. Регулятор температуры содержит также третий исполнительный механизм (ИМ3) и третий регулирующий орган (РО3), предназначенные для изменения напряжения возбуждения U_в тягового генератора (а следовательно, напряжения на тяговом электродвигателе U_д), микропроцессорную систему управления (МСУ), датчики тока I_д и напряжения U_д тягового электродвигателя, скорости вращения вала тягового электродвигателя n_д, температуры t_вз и подачи G_вз охлаждающего воздуха, угла α _в поворота лопаток и скорости вращения n_в вала рабочего колеса и монитор (М) для визуального представления информации (включая информацию β о нештатной работе элементов регулятора). Микропроцессорная система управления (см. фиг.2) содержит блок с математической моделью ММ1 тяговой электрической машины как теплового объекта, позволяющей рассчитать температуру наиболее нагретых частей как неподвижных обмоток, так и вращающейся якорной обмотки тягового электродвигателя по измеренным значениям I_д, U_д, n_д, t_вз и G_вз и определить сигнал рассогласования у_t, с использованием заданного значения температуры t³, а также блок с математической моделью ММ2, позволяющей рассчитать величину управляющих воздействий γ ₁ и γ ₂ по измеренным значениям α _в, n_в, G_вз и величинам γ _t и Пк. Блок с математической моделью ММ2 (см. фиг.3) содержит: первый блок вычислений (БВ1), где рассчитывают величину G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ требуемой подачи охлаждающего воздуха; второй блок вычислений (БВ2), где рассчитывают величину n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора, определяемой Пк; третий блок вычислений (БВ3), где рассчитывают величину α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, соответствующую требуемой подаче охлаждающего воздуха G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ при заданной величине n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ ; первый блок сравнения БС1, где сравнивают рассчитанные и измеренные значения α _в; второй блок сравнения БС2 и таймер Т, необходимые для сравнения скорости изменения Пк во времени и реально возможной скорости изменения величины α _в, определяемой инерционностью привода механизма поворота лопаток рабочего колеса вентилятора; третий блок сравнения БС3, где сравнивают рассчитанные и измеренные значения n_в, блок БФ формирования управляющего воздействия γ ₁; четвертый блок сравнения, где сравнивают рассчитанные и измеренные значения G_вз и определяют величину управляющего воздействия γ ₂. Рассчитанное значение α _в имеет две составляющие (см. фиг.4): составляющую α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{n}}$ , рассчитываемую в блоке БВ3.1, которая должна изменяться каждый раз при любом изменении Пк (а следовательно, и n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ ) и составляющую α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ , рассчитываемую в блоке БВ3.2, которая изменяется вместе с изменением γ _t (а следовательно, и G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ ).The proposed temperature regulator of the windings of traction electric vehicles of the vehicle (see Fig. 1) contains an axial fan with a mechanical drive of the impeller from the shaft of the power plant (diesel generator DG), the rotation speed of which is determined by the value of n _dg , depending on the position of the driver's controller PC ( KM), or dependent on n _dg electric drive. The impeller of the fan performs the functions of the first regulatory body (PO1), the mechanical drive - the functions of the first actuator (IM1). The impeller of the axial fan has rotary blades and a mechanism for turning the blades with a drive. Rotary blades perform the functions of the second regulatory body (PO2), and the rotation mechanism of the blades with the drive serves as the second actuator (IM2). The supply of cooling air G _b has two components: component G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{n}}{\text{to}}$ depending on n _in , (reference signal η _h ) and component Gα _vz depending on α _in . The temperature controller also contains a third actuator (IM3) and a third regulator (PO3) designed to change the excitation voltage U _{in the} traction generator (and therefore the voltage on the traction motor U _d ), a microprocessor control system (MCU), current sensors I _d and voltage U _d of the traction motor, the speed of rotation of the shaft of the traction motor n _d, and _substituting the temperature t g _taken supply of cooling air, the angle α _{in the} turning vanes and the rotational speed n _in the impeller shaft and the monitor (M) for a visual presentation of information (including information β on the abnormal operation of the elements of the controller). The microprocessor control system (see figure 2) contains a block with a mathematical model MM1 of a traction electric machine as a thermal object, which allows to calculate the temperature of the most heated parts of both stationary windings and the rotating anchor winding of the traction motor according to the measured values of I _d , U _d , n _d, t and g _{taken taken} and determine the error signal y _t, using a predetermined temperature value t ³ as well as a block from the mathematical model mM2, which allows to calculate the amount of control of γ ₁ and γ ₂ of rev Eren values _in α, n _a, G, and _substituting values γ _t and Pc. The block with the mathematical model MM2 (see figure 3) contains: the first block of calculations (BV1), where the value of G is calculated $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ required supply of cooling air; second block of calculations (BV2), where n is calculated $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ rotational speed of the fan impeller shaft determined by Pc; third block of calculations (BV3), where α is calculated $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ angle of rotation of the blades of the impeller of the fan, corresponding to the required supply of cooling air G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ for a given value of n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ ; the first block comparison BS1, which compares the calculated and measured values of α _in ; the second comparison unit BS2 and the timer T, necessary to compare the rate of change of PC over time and the real possible rate of change of α _in , determined by the inertia of the drive mechanism of rotation of the blades of the fan impeller; the third block comparison BS3, which compares the calculated and measured values of n _in block BF formation of the control action γ ₁ ; the fourth block of comparison, which compares the calculated and measured values of G _b and determine the magnitude of the control action γ ₂ . The calculated value of α _in has two components (see figure 4): component α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{n}}$ calculated in block BV3.1, which should change every time for any change in Pk (and therefore n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ ) and component α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ calculated in block BV3.2, which changes with γ _t (and, therefore, G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ )

Регулятор работает следующим образом. Средние и максимальные локальные значения температуры как неподвижных обмоток, так и вращающейся якорной обмотки тягового электродвигателя рассчитываются в блоке, содержащем математическую модель ММ1 (фиг.2). Выходной сигнал этого блока γ _t, представляющий собой разность между рассчитанным и заданным t³ значениями максимальной локальной температуры обмоток тягового электродвигателя (сигнал рассогласования), подается на вход блока, содержащего математическую модель ММ2 (фиг.3). При γ _t≤ 0 подача охлаждающего воздуха G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ =0, а следовательно, и α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ =0 для любого положения рукоятки контроллера машиниста Пк (для любого n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ ). При увеличении температуры обмоток и выполнении условия γ _t>0 становится больше нуля G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ и составляющая α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ на выходе блока БВ3.2 (фиг.4), а значит, и α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ . Увеличение α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесный тепловой режим. При неизменном Пк сохраняется неизменной величина n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ (фиг.3) и составляющая α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ (рис.4). Если при неизменном G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ изменяется Пк, то с изменением n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{в}}$ изменяется только составляющая α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ . При одновременном изменении Пк и G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ будут одновременно изменяться составляющие α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ и α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ . Программой предусмотрено сравнение рассчитанного α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ и измеренного α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{в}}$ значений угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, которое проводится в блоке БС1 (фиг.3). Если эта разность находится в допустимых пределах, то сигнал (α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ -α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{в}}$ ) с выхода блока БС1 подается на вход блока БФ. В блоке БС2 происходит сравнение скорости изменения Пк во времени с установленной предельной скоростью. С выхода этого блока на вход блока БФ подается сигнал γ τ . В соответствии с этими двумя сигналами в блоке БФ формируется сигнал управляющего воздействия γ ₁, который передается далее на ИМ2 и РО2 (фиг.1). В блоке БС3 проводят сравнение рассчитанного n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{в}}$ и измеренного n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{в}}$ значений скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора, а в блоке БС4 - рассчитанного G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ и измеренного G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{вз}}$ значений подачи охлаждающего воздуха. Если разность (G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ -G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{вз}}$ ) выходит за пределы установленных пределов (что возможно при работе тепловоза на низких и средних положениях рукоятки контроллера машиниста и нагрузочных токах тяговых электродвигателей, близких к номинальному), то с выхода блока БС4 (фиг.3) подается на вход ИМ3 (фиг.1) сигнал управляющего воздействия γ ₂. Это приведет к уменьшению напряжения возбуждения тягового генератора, к снижению напряжения на тяговом генераторе и тяговых электродвигателях и, как следствие, к снижению температуры их обмоток. Если разность (G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{р}}{\text{вз}}$ -G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{вз}}$ ) не выходит за пределы установленных пределов, то сигнал γ ₂=0 и система возбуждения тягового генератора работает как обычно.The regulator operates as follows. The average and maximum local temperature values of both the fixed windings and the rotating anchor winding of the traction motor are calculated in the block containing the mathematical model MM1 (figure 2). The output signal of this block γ _t , which is the difference between the calculated and given t ³ values of the maximum local temperature of the windings of the traction motor (error signal), is fed to the input of the block containing the mathematical model MM2 (Fig. 3). At γ _t ≤ 0, cooling air supply G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ = 0, and therefore α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ = 0 for any position of the handle of the controller of the driver Pc (for any n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ ) With increasing temperature of the windings and the condition γ _t > 0 is satisfied, it becomes greater than zero G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ and component α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ at the output of the block BV3.2 (figure 4), and therefore, α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ . Increase α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ will occur until an equilibrium thermal regime occurs. With unchanged Pc, the value of n remains unchanged $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ (figure 3) and component α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ (fig. 4). If at constant G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ changes Pc, then with a change in n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{in}}$ only the component α changes $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ . With a simultaneous change in Pc and G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ the components of α will simultaneously change $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{n}}$ and α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{p}}{\text{t}}$ . The program provides a comparison of the calculated α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ and measured α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{in}}$ the values of the angle of rotation of the blades of the impeller of the fan, which is carried out in the block BS1 (figure 3). If this difference is within acceptable limits, then the signal (α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ -α $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{in}}$ ) from the output of the BS1 block is fed to the input of the BF block. In block BS2, a comparison is made of the rate of change of PC over time with a set limit speed. From the output of this block, the signal γ τ is supplied to the input of the BF block. In accordance with these two signals, a control signal γ ₁ is generated in the BF block, which is transmitted further to IM2 and PO2 (Fig. 1). In block BS3 compares the calculated n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{in}}$ and measured n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{in}}$ values of the rotational speed of the fan impeller shaft, and in the block BS4 - calculated G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ and measured G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{to}}$ cooling air supply values. If the difference (G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ -G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{to}}$ ) goes beyond the established limits (which is possible when the locomotive is operating at low and medium positions of the handle of the driver’s controller and the load currents of traction motors close to the nominal), then from the output of the BS4 unit (Fig. 3) it is fed to the input of IM3 (Fig. 1) control signal γ ₂ . This will lead to a decrease in the excitation voltage of the traction generator, to a decrease in the voltage on the traction generator and traction electric motors and, as a result, to a decrease in the temperature of their windings. If the difference (G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{R}}{\text{to}}$ -G $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{and}}{\text{to}}$ ) does not go beyond the established limits, then the signal γ ₂ = 0 and the excitation system of the traction generator works as usual.

Источники информацииSources of information

1. Куликов Ю.А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов. - М.: Машиностроение, 1988. - 280 с.1. Kulikov Yu.A. Cooling systems of power plants of diesel locomotives. - M.: Mechanical Engineering, 1988 .-- 280 p.

2. Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.2. Lukov N.M. Automation of diesel locomotives, gas turbines and diesel trains. - M.: Mechanical Engineering, 1988 .-- 272 p.

3. Космодамианский А.С. Измерение и регулирование температуры обмоток тяговых электрических машин локомотивов: Монография. - РГОТУПС, 2002. - 285 с.3. Cosmodamian A.S. Measurement and temperature control of windings of traction electric machines of locomotives: Monograph. - RGOTUPS, 2002 .-- 285 p.

4. Логинова Е.Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения: Автореферат дис... докт. техн. наук. - М., 2000. - 48 с.4. Loginova E.Yu. Improving methods for analyzing the thermal state of traction electric motors of diesel locomotives and the characteristics of their cooling systems: Abstract of thesis ... doc. tech. sciences. - M., 2000 .-- 48 p.

5. Патент РФ 2121209. Устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины / А.С.Космодамианский, Н.М.Луков. - Опубл. в Б.И. 1998, № 30, Кл. 6 Н 02 К 9/04.5. RF patent 2121209. Device for automatic temperature control of an electric machine / A.S. Kosmodamiansky, N.M. Lukov. - Publ. in B.I. 1998, No. 30, Cl. 6 H 02 K 9/04.

6. Патент РФ 2177669. Устройство для автоматического регулирования температуры обмоток электрической машины постоянного тока / А.С.Космодамианский, Н.М.Луков, Попов В.М. - Опубл. в Б.И. 2001, № 36, Кл.7 Н 02 К 9/04.6. RF patent 2177669. A device for automatically controlling the temperature of the windings of an electric DC machine / A.S. Kosmodamiansky, N.M. Lukov, V. Popov - Publ. in B.I. 2001, No. 36, Cl. 7 H 02 K 9/04.

7. Н.М.Луков, А.С.Космодамианский, В.М.Попов. Исполнительно-регулирующие устройства для АСРТ тягового электрооборудования локомотивов // Сб. научн. трудов по материалам научно-методич. конфер. РГОТУПС “Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта”, М., 2000. - ч.I. - С.72-74.7. N.M. Lukov, A.S. Kosmodamiansky, V.M. Popov. Performance-regulating devices for automated control systems of traction electric equipment for locomotives // Sat. scientific works on the materials of scientific and methodological. confer. RGOTUPS "Actual problems and prospects for the development of railway transport", M., 2000. - Part I. - S. 72-74.

8. А.с. 544050 (СССР). Устройство для автоматического регулирования температуры электрической машины / Цурган О.В., Петрожицкий А.А., Петраков В.А., Комаров Г.А., Луков Н.М. - Опубл. в Б.И., 1977, № 3, Кл. Н 02 К 9/04.8. A.S. 544050 (USSR). Device for automatic temperature control of an electric machine / Tsurgan O.V., Petrozhitsky A.A., Petrakov V.A., Komarov G.A., Lukov N.M. - Publ. in B.I., 1977, No. 3, Cl. H 02 K 9/04.

9. Космодамианский А.С. Для систем охлаждения тяговых двигателей // Железнодорожный транспорт. 2002. № 8. - С.72-73.9. Cosmodamian A.S. For traction engine cooling systems // Railway Transport. 2002. No. 8. - S.72-73.

10. Патент РФ 2201028. Исполнительно-регулирующее устройство для автоматических систем регулирования температуры обмоток тяговых электрических машин / А.С.Космодамианский, Н.М.Луков, Алейников И.А. - Опубл. в Б.И. 2003, № 8, Кл. 7 Н 02 К 9/04, Н 02 Н 7/06.10. RF patent 2201028. Executive-regulating device for automatic temperature control systems of windings of traction electric machines / A.S. Kosmodamiansky, N.M. Lukov, I. Aleinikov - Publ. in B.I. 2003, No. 8, Cl. 7 H 02 K 9/04, H 02 H 7/06.

11. Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989. - 296 с.11. Lukov N.M. Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M.: Transport, 1989 .-- 296 p.

Claims (1)

Регулятор температуры обмоток тяговых электрических машин транспортного средства, содержащий осевой вентилятор, имеющий рабочее колесо с поворотными лопатками, с механическим приводом от вала силовой установки, имеющей контроллер, или зависимым от скорости вращения вала силовой установки электрическим приводом, механизм поворота лопаток с приводом, датчик тока, датчик напряжения тягового электродвигателя, датчик скорости вращения его вала, датчик температуры охлаждающего воздуха, датчик подачи охлаждающего воздуха, датчик скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора и датчик угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, отличающийся тем, что в него введена микропроцессорная система управления с блоком, содержащим математическую модель тяговой электрической машины как теплового объекта, и блоком, содержащим математическую модель работы вентилятора, причем сигналы с датчика тока, датчика напряжения тягового электродвигателя, датчика скорости вращения его вала, датчика температуры охлаждающего воздуха, датчика подачи охлаждающего воздуха поступают на вход блока, содержащего математическую модель тяговой электрической машины как теплового объекта, а сигналы с датчика скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора и датчика угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора - на вход блока, содержащего математическую модель работы вентилятора, блок с математической моделью работы вентилятора содержит первый, второй и третий блоки вычислений, первый, второй, третий и четвертый блоки сравнения, блок формирования сигнала основного управляющего воздействия и таймер, а также тем, что наряду с основным управляющим воздействием регулятор формирует сигнал дополнительного управляющего воздействия, ограничивающего напряжение возбуждения тягового генератора, причем на вход первого блока вычислений подается сигнал, представляющий собой разность между рассчитанным и заданным значениями максимальной локальной температуры обмоток тягового электродвигателя с выхода блока с математической моделью тяговой электрической машины как теплового объекта, а с выхода первого блока вычислений подается сигнал, пропорциональный рассчитанному значению требуемой подачи охлаждающего воздуха, на вход третьего блока вычислений и четвертого блока сравнения, на входы второго блока вычислений и второго блока сравнения подается сигнал с контроллера, с выхода второго блока вычислений на входы третьего блока вычислений и третьего блока сравнения подается сигнал, пропорциональный рассчитанному значению скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора, кроме того, на вход второго блока сравнения подается сигнал от таймера, а на вход третьего блока сравнения – сигнал с датчика, измеряющего скорость вращения вала рабочего колеса вентилятора, на входы первого блока сравнения подаются выходной сигнал третьего блока вычислений, пропорциональный рассчитанному значению угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, и сигнал с датчика, измеряющего угол поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, на входы блока формирования основного управляющего воздействия подаются сигнал, пропорциональный разности рассчитанного и измеренного значений угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора с выхода первого блока сравнения и сигнал с выхода второго блока сравнения, предназначенного для сравнения скорости изменения положения рукоятки контроллера во время с реально возможной скоростью изменения угла поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, определяемой инерционностью привода механизма поворота лопаток, с выхода блока формирования основного управляющего воздействия подается сигнал на вход механизма поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, а с выхода четвертого блока сравнения - сигнал дополнительного управляющего воздействия, ограничивающего напряжение возбуждения тягового генератора, если разница между рассчитанным и измеренным значениями подачи охлаждающего воздуха выходит за установленные пределы, причем на вход четвертого блока сравнения подается сигнал с датчика, измеряющего величину подачи охлаждающего воздуха, третий блок вычислений содержит блоки расчета составляющей угла поворота лопаток рабочего колеса со скоростью вращения его вала и составляющей угла поворота лопаток рабочего колеса по температуре обмоток тягового электродвигателя, на входы этих блоков подаются сигналы, пропорциональные рассчитанным значениям требуемой подачи охлаждающего воздуха и скорости вращения вала рабочего колеса вентилятора, а выходные сигналы суммируются.The temperature regulator of the windings of traction electric vehicles of the vehicle, containing an axial fan having an impeller with rotary blades, with a mechanical drive from the shaft of the power plant having a controller, or dependent on the speed of rotation of the shaft of the power plant with an electric drive, the rotation mechanism of the blades with a drive, a current sensor , traction motor voltage sensor, shaft speed sensor, cooling air temperature sensor, cooling air supply sensor, speed sensor rotation of the shaft of the fan impeller and the angle sensor of the blades of the fan impeller, characterized in that a microprocessor control system with a unit containing a mathematical model of a traction electric machine as a thermal object and a unit containing a mathematical model of fan operation is introduced into it, the signals from the sensor current, the voltage sensor of the traction motor, the speed sensor of its shaft, the temperature sensor of the cooling air, the sensor for supplying cooling air are received the input of the block containing the mathematical model of the traction electric machine as a heat object, and the signals from the sensor of the rotational speed of the fan impeller shaft and the sensor of the angle of rotation of the blades of the fan impeller to the input of the block containing the mathematical model of the fan, the block with the mathematical model of the fan contains the first , the second and third blocks of calculations, the first, second, third and fourth comparison blocks, the signal conditioning unit of the main control action and the timer, as well as the fact that along with the main control action, the controller generates an additional control action signal limiting the excitation voltage of the traction generator, and a signal representing the difference between the calculated and set values of the maximum local temperature of the traction motor windings from the output of the unit with a mathematical model of the traction electric machine is supplied to the input of the first calculation unit as a thermal object, and a signal proportional to p the calculated value of the required supply of cooling air, the signal from the controller is supplied to the inputs of the second calculation unit and the fourth comparison unit, the signal from the controller is output from the output of the second calculation unit to the inputs of the third calculation unit and the third comparison unit, proportional to the calculated the value of the rotational speed of the fan impeller shaft, in addition, a signal from the timer is supplied to the input of the second comparison unit, and a signal with the sensor measuring the speed of rotation of the fan impeller shaft, the output signal of the third calculation unit proportional to the calculated value of the angle of rotation of the blades of the fan impeller and the signal from the sensor measuring the angle of rotation of the blades of the fan impeller are fed to the inputs of the main formation unit a control signal is proportional to the difference between the calculated and measured values of the angle of rotation of the blades of the impeller of the fan from the output of the first comparison unit and the signal from the output of the second comparison unit, designed to compare the rate of change of position of the handle of the controller during a really possible rate of change of the angle of rotation of the blades of the fan impeller, determined by the inertia of the drive mechanism of rotation of the blades, a signal is sent from the output of the main control the input of the mechanism of rotation of the blades of the impeller of the fan, and the output of the fourth unit of comparison is the signal of the additional control air action limiting the excitation voltage of the traction generator, if the difference between the calculated and measured values of the cooling air supply is outside the established limits, and the signal from the sensor measuring the supply of cooling air is fed to the input of the fourth comparison unit, the third calculation unit contains blocks for calculating the blade angle component the impeller with the speed of rotation of its shaft and the component of the angle of rotation of the blades of the impeller according to the temperature of the windings of the traction motor , The inputs of these units are fed signals proportional to the calculated values of the required flow of cooling air and the fan impeller shaft speed and the output signals are summed.

Images