Описание лабораторной установки

Лабораторная установка САУТС выполнена на основе системы управления электровоза ВЛ80С. Управление тяговыми и тормозными режимами установки осуществляется модернизированным контроллером машиниста КМ-84.

В режиме тяги вращающий момент создаётся двумя электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Управление процессами пуска и регулирование скорости осуществляется посредством главной рукоятки КМ обычными для электровоза ВЛ80С способами. Масса поезда имитируется маховиком, соединённым с электродвигателями ременной передачей.

В режиме торможения тормозной момент создаётся электродвигателем 1 с независимым возбуждением (рис.8). Цепь якоря электродвигателя 1 содержит тормозной резистор R_т, контактор 31, закорачивающий ступень тормозного резистора, датчик тока якоря ДТЯ и амперметр А1 для измерения тока якоря I_я1.

Цепь независимого возбуждения электродвигателя 1 питается от двух секций тяговой обмотки трансформатора с выводами 02–8–7. Цепь возбуждения содержит управляемый выпрямитель ВУВ, состоящий из тиристоров VS1 и VS2, индивидуальные контакторы 46, обмотку возбуждения ОВ1, контактор 50 тормозного переключателя для сборки цепи возбуждения, датчик тока возбуждения ДТВ, амперметр А_в для измерения тока возбуждения I_в. Шкалы измерительных приборов А1 и А_в отградуированы в единицах, близких к реальным.

Электродвигатель 2, называемый далее вспомогательным, работает в моторном режиме с последовательным возбуждением и используется для поддержания установившихся режимов торможения, воспроизводя движение поезда на спуске. Питание электродвигателя осуществляется от однофазного автотрансформаторного регулятора напряжения РНО и мостового выпрямителя VD1–VD4. Для контроля режима работы электродвигателя установлены амперметр А2 и вольтметр V2.

Включение автотрансформатора производится выключателем ДВ2, вспомогательного двигателя – тумблером К2, расположенными на пульте управления.

Лабораторная установка оборудована дополнительными измерительным приборами для измерения скорости и сигналов блока управления реостатным торможением БРУТ-16.

Кассеты блока управления имеют штекерные гнёзда выводов контрольных точек, предназначенные для измерения сигналов при настройке и контроле исправности оборудования. Гнёзда контрольных точек на функциональных схемах и кассетах блока управления обозначены индексом "X" с соответствующим номером. Все кассеты блока управления объединены общей шиной, штекерные гнёзда которой обозначены "X3". Измерения сигналов элементов блока управления производятся относительно общей шины или гнезда "X3".

Программа работы

4.1. Изучение лабораторной установки

1. Определить расположение и назначение выключателей цепей управления, рукояток и переключателей контроллера машиниста, измерительных приборов, основных аппаратов установки, маховика с электродвигателями, блока автоматического управления БУРТ-16.

2. Включить питание цепей управления, осуществить пробные разгон и электрическое торможение маховика установки. Тормозной переключатель ПКД-142 должен быть предварительно установлен в тормозное положение.

Разгон маховика произвести вспомогательным электродвигателем. Для этого надо включить выключатель ДВ2, установить регулятором РНО напряжение вспомогательного двигателя 15…20 В, включить тумблер К2. Убедиться в наличии тока в цепи вспомогательного двигателя и начале вращения маховика.

Осуществить разгон маховика установки до скорости 80 км/ч, повышая напряжение вспомогательного двигателя. При разгоне и работе вспомогательного двигателя его ток не должен превышать 15 А.

Электрическое торможение осуществить поворотом тормозной рукоятки КМ сначала в положение П, затем с задержкой на 1 с – в положение ПТ. После нарастания тормозного тока в течение 3–5 с повернуть тормозную рукоятку в положение Т. Обратить внимание на плавное нарастание тормозного тока.

Регулирование тормозной силы осуществляется восьмипозиционным переключателем тормозной силы ПТС.

Проследить в процессе торможения за изменением токов якоря и возбуждения тормозящего электродвигателя до остановки, сбросив до нуля напряжение питания вспомогательного электродвигателя. По окончании торможения тормозную рукоятку КМ вернуть в нулевое положение.

4.2. Исследование характеристики датчика тока якоря ДТЯ

Подключить вольтметр V2 к контрольным гнёздам БРФ Х3–Х10 для измерения напряжения датчика тока якоря U_я1.

Разогнать маховик установки до скорости 90 км/ч, включить режим остановочного торможения, установить ПТС на 8-ю позицию.

Произвести измерения тока якоря I_я1 тормозящего электродвигателя и напряжение датчика тока якоря U_я1, уменьшая ток якоря I_я1 от максимального значения (850 А) до минимального с интервалами 50…100 А. Уменьшение тока якоря производить сначала постепенным переключением ПТС от 8-й до 1-й позиции, затем снижением скорости вращения вспомогательного электродвигателя. Результаты измерений надо записать в табл.1.

Таблица 1

Характеристика ДТЯ

4.3. Исследование характеристик БРФ, БФИ, ВУВ

Подготовить к работе двухлучевой электронный осциллограф. Подключить измерительный шлейф первого канала осциллографа к контрольным гнёздам БРФ Х3–Х4 для измерения напряжения синхронизации U_сх. Плюсовой шлейф второго канала осциллографа подключить к гнезду БРФ Х6 для измерения импульсов выходного напряжения фазорегулятора U_фр и угла регулирования ВУВ a_р.

Подключить вольтметр V1 к контрольным гнёздам БРФ Х3–Х9 для измерения напряжения регулирования фазы U_р, вольтметр V2 – к гнёздам БРФ Х3–Х7 для измерения напряжения датчика тока возбуждения U_в1.

Произвести разгон маховика установки до скорости 90 км/ч, включить режим остановочного торможения, установить ПТС на 1-ю позицию.

Произвести измерения тока возбуждения I_в тормозящего электродвигателя, напряжения датчика тока U_в1, угла регулирования ВУВ a_р, напряжения регулирования фазы U_р, увеличивая ток возбуждения I_в от минимального значения (100 А) до максимального с интервалами 50…100 А. Измерение угла регулирования производить по экрану осциллографа для сигнала U_фр относительно момента снижения до нуля напряжения синхронизации U_сх (см. рис.2,б). Увеличение тока возбуждения произвести сначала постепенным переключением ПТС с 1-й на 8-ю позицию, затем – снижением скорости вращения вспомогательного электродвигателя. Результаты измерений записать в табл.2.

Перенести на кальку с экрана осциллографа совмещённые осциллограммы напряжений U_сх и U_фр при минимальном и максимальном токах возбуждения.

Зарисовать осциллограмму пилообразного напряжения U_пл, совмещённую с напряжением синхронизации. Для этого подключить плюсовой шлейф второго канала осциллографа в контрольное гнездо БРФ Х5.

Зарисовать осциллограммы выходных импульсов U_фи1 управления тиристорами ВУВ при минимальном и максимальном токах возбуждения I_в, совместив их с осциллограммами импульсов U_фр. Для этого переключить минусовой щуп шлейфа второго канала осциллографа к гнезду Х7 БФИ, а плюсовой щуп шлейфа второго канала осциллографа – к Х6 БФИ.

Таблица 2

Характеристики БРФ и ВУВ

Зарисовать осциллограммы напряжения U_ув, совмещённые на кальке по моментам отпирания тиристоров ВУВ с импульсами управления U_фи1 при минимальном и максимальном токах возбуждения I_в. Для этого отключить шлейфы осциллографа от блоков БРФ и БФИ, подключить шлейф первого канала осциллографа к клеммам управляемого выпрямителя ВУВ, расположенным на панели измерительных приборов. Совместить на кальке момент переключения напряжения u_ув(wt) c импульсами u_фр(wt) (см. рис.2,б). По окончании опыта повернуть тормозную рукоятку КМЭ в нулевое положение. Вспомогательный двигатель не выключать.

4.4. Исследование БУТ

1. Исследование задатчика тормозной силы.

Подключить вольтметры V1 и V3 к контрольным гнёздам БУТ Х3–Х7 и Х3–Х8 для измерения напряжения заданной тормозной силы U_т и U_пт. Режим работы вспомогательного двигателя можно оставить неизменным относительно предыдущего опыта.

Установить ПТС на 8-ю позицию. Установить тормозную рукоятку в положение ПТ и затем в положение Т. Замерить по секундной стрелке часов промежуток времени t_н нарастания напряжений U_пт и U_т до установившегося значения. Результаты записать в табл.3. Произвести замеры на позициях ПТС, указанных в табл.3. Убедиться, что сигнал U_пт остаётся неизменным при постановке тормозной рукоятки из положения ПТ в положение Т.

Таблица 3

Характеристика задатчика силы торможения

2. Исследование регулятора скорости торможения.

Переключить вольтметр V3 к контрольным гнёздам БУТ Х3–Х5 для измерения сигнала рассогласования скорости DU_с.

Разогнать маховик установки до скорости 60 км/ч, задав режим остановочного торможения и установив ПТС на 6-ю позицию.

Перевести тормозную рукоятку из положения Т в положение ФС. Произвести снижение скорости вращения вспомогательного электродвигателя с интенсивностью 10 км/ч за 10 с. Замерить сигналы U_т и DU_с при начальной скорости 60 км/ч и при её снижении на 10 км/ч. Результаты записать в табл.4.

Таблица 4

Характеристики регулятора скорости

Произвести повторное измерение сигналов при снижении скорости от 60 км/ч на 10 км/ч в режиме фиксации скорости, увеличивая интенсивность замедления, пока не будет достигнут порог чувствительности регулятора на изменение скорости. Записать в табл.4 определённую из опыта наименьшую интенсивность снижения скорости (Dt), соответствующую порогу чувствительности регулятора скорости.

3. Исследование режима имитации группового юза.

Повторить предыдущий опыт в положении Т тормозной рукоятки и интенсивности снижения скорости движения от 60 км/ч на 15 км/ч за 10 с. Если сигнал рассогласования по скорости будет равен нулю, надо повторить опыт, увеличивая интенсивность снижения скорости, пока не произойдёт срабатывание регулятора скорости на режим имитации группового юза. Результаты записать в табл.4.

4.5. Исследование характеристик БРУ и БВС

Подключить вольтметр V1 к контрольным гнёздам БРУ Х3–Х11 для измерения сигнала тормозной силы U_вт, вольтметр V3 – к гнёздам БВС Х3–Х9 для измерения сигнала скорости U_с.

1. Исследование характеристики в режиме остановочного торможения.

Разогнать маховик установки до скорости 90 км/ч, задать режим остановочного торможения, установив ПТС на 6-ю позицию. Произвести измерения скорости n вращения маховика установки, тока якоря I_я1, тока возбуждения I_в тормозящего двигателя, сигнала тормозной силы U_вт, сигнала скорости U_с с интервалами плавного уменьшения скорости 10 км/ч. Результаты измерений записать в табл.5.

Повторить опыты, установив ПТС на 3-ю позицию. Результаты записать в табл.5.

Таблица 5

Характеристики БРУ и БВС

2. Исследование характеристик в режиме фиксации скорости ФС.

Для этого установить ПТС в 6-е положение. При скорости движения 80 км/ч перевести тормозную рукоятку из положения Т в положение ФС. Произвести замеры токов и напряжений. Результаты записать в табл.5.

Понизить скорость движения на 10 км/ч с помощью вспомогательного двигателя с определенной в п.4.4 интенсивностью, превышающей порог чувствительности регулятора скорости. Произвести замеры указанных в табл.5 токов и напряжений. Результаты записать в табл.5.

Отрегулировать установившуюся скорость движения 60 км/ч с помощью вспомогательного двигателя при положении тормозной рукоятки Т. Произвести замеры токов и напряжений, переведя тормозную рукоятку в положение ФС. Результаты записать в табл.5.

Повторить опыт с понижением скорости движения на 10 км/ч аналогично предыдущему опыту. Результаты измерений записать в табл.5.

По окончании опыта тормозную рукоятку установить в нулевое положение, отключить питание вспомогательного двигателя, снизив до нуля напряжение РНО, отключить от блока автоматического управления измерительные приборы. Выключить питание лабораторной установки.

Расчётная часть

Рассчитать по опытным данным табл.5, используя формулу (1), величины тормозной силы В, создаваемой двигателем лабораторной установки. Величину магнитного потока СФ электродвигателя для соответствующего тока возбуждения I_в при выполнении расчётов определить по характеристике намагничивания СФ = ¦(I_в), приведённой в табл.6.

Таблица 6

Характеристика намагничивания электродвигателя

Iв, А
СФ,	9,5				20,5	22,7	24,5

При выполнении расчётов коэффициент k_в, учитывающий увеличение тормозной силы за счёт потерь в электродвигателе и механической передаче, считать постоянным (k_в = 1,1). Результаты расчётов систематизировать в виде табл.7.

Таблица 7

Расчёт тормозной силы электродвигателя

Режим	n, км/ч
Т	Iя1, А
Iв, А
СФ,
В, Н
ФС	Iя1, А
Iв, А
СФ,
В, Н

По опытным и расчётным данным табл.5, 6, 7 построить графики зависимости сигналов тормозной силы U_вт = f(n) и скорости U_с = f(n), расчётной тормозной силы В = f(n) для режимов остановочного торможения и фиксации скорости.

Кроме того, по опытным данным лабораторной работы построить графики характеристик датчиков тока U_я1 = f(I_я1), U_в1 = f(I_в), фазорегулятора a_р = f(U_р), управляемого выпрямителя I_в = f(a_р).

Содержание отчёта

1. Принципиальная схема силовой цепи лабораторной установки в режиме торможения.

2. Функциональная схема БУРТ-16 с указанием измеряемых сигналов.

3. Таблицы опытных и расчётных данных.

4. Графики экспериментальных и расчётных характеристик.

5. Осциллограммы сигналов БРФ, БФИ, ВУВ, совмещённые во времени.

К отчёту необходимо приложить черновик, подписанный преподавателем.

Контрольные вопросы

1. Поясните назначение основных аппаратов и устройств силовой цепи электровоза, обеспечивающих режимы реостатного торможения.

2. Поясните назначение основных устройств САУТС (ТР, ПТС, ДТЯ, ДТВ, БИ, ВУВ), обеспечивающих автоматическое управление тормозными режимами.

3. Поясните, какие режимы торможения задаются тормозной рукояткой и тормозным переключателем контроллера машиниста и реализуются САУТС.

4. Поясните назначение основных модулей блока управления реостатным торможением БУРТ-16 (БУТ, БРУ, БРФ, БФИ, БПР, БРП, БВС).

5. Нарисуйте графики характеристик основных элементов и устройств САУТС: задатчика тормозной силы, регулятора тормозной силы, датчиков тока, фазорегулятора, управляемого выпрямителя.

6. Нарисуйте графики тормозных характеристик электровоза в режимах остановочного торможения и фиксации скорости.

7. Нарисуйте совмещённые графики изменения во времени сигналов БРФ, БФИ, ВУВ:

синхронизатора;

генератора пилообразного напряжения;

фазорегулятора;

формирователей импульсов;

напряжения управляемого выпрямителя ВУВ.

Библиографический список