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2009年11月27日机车技术

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GKD3B型机车电阻制动PLC控制系统

随着用户对具有电阻制动功能的调车机车需求不断增加,GKD3B型机车在GKD3型内燃机车S7-200PLC控制系统原有控制功能(包括机车逻辑控制、恒功率控制、过渡控制、机车保护、故障自诊断及异步串行通信等)的基础上,增加电阻制动控制功能。

制动控制系统结构
当机车处于电阻制动工况时,牵引电动机作为直流他励发电机工作。制动控制框图如图所示。 

PLC根据机车速度,分别按照恒制动励磁电流区和恒制动电流区控制,在以上两个区域时,通过控制主发电机的励磁,实现牵引电动机的恒励磁电流和恒制动电流控制。

制动特性计算
根据ZD109C牵引电动机的制动特性曲线可知,制动力的大小与机车速度、电动机的制动电流和励磁电流有关。由于这些参数都有一定的限制,同时考虑到在高速运行时,牵引电动机还受到换向火花及机车结构强度的限制,因此制动力的大小有一定的限制范围。在设计制动装置中,须先计算预期的制动特性范围。

制动回路总电阻值ΣRΣR=RZ+RH+RS=1.0+0.009339+0.017388=1.026727(Ω)  式中:RH为牵引电动机换向极绕组115℃时的电阻值,RS为牵引电动机电枢绕组115℃时的电阻值。

机车最大轮周制动力Bmax

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高速制动的限流特性
受牵引电动机换向火花的限制,机车高速运行时施行电阻制动,制动电流将受到限制。当机车速度从75km/h上升到100km/h时,制动电流将相应地从550A下隆到350A。以上计算结果见图。

电阻制动粘着制动力

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电阻制动力的确定
当机车速度小于30.73 km/h时,励磁电流恒定为650 A;当机车速度大于30.73 km/h且小于75km/h时,制动电流恒定为550 A;当机车速度从75km/h上升到100 km/h时,制动电流将相应地从550A线性下降到350 A。为保证牵引电动机通风,电阻制动时柴油机转速应提到840 r/min。

电阻制动控制系统硬件部分

(1)工况转换开关HKG将6台牵引电动机换接成他励发电机,每台电机向对应的制动电阻1RZ~6RZ供电。6台牵引电动机的串励绕组串联起来,由牵引发电机通过硅整流装置提供励磁电流。主发的励磁由PLC通过对110 V控制电源的斩波调节进行控制,以调节制动力。

(2)柴油机转速传感器1TZS作为制动电流和制动励磁电流的给定信号源;以机车速度传感器JSG作为电阻制动应用范围的速度信号源;以霍尔元件1LH~7LH电流传动感器检测电阻制动工况下的制动电流和制动励磁电流。

(3)电阻制动会产生大量的热能,为了保证散热,故在制动电阻柜中设有轴流式通风机,通风机上的直流电机ZTD由制动电阻带2R:抽头处供电。为了判断通风机是否正常工作,在电阻制动装置的通风机电机上安装了一个FSJ风压继电器,用来判断通风机是否正常工作,当柴油机转速达到560 r/min时,PLC检测风压继电器FSJ的触点信号,如果FSJ还未动作,PLC控制主发电励磁控制器LLC线圈失电,对电阻制动装置进行保护。

(4)在制动电阻5R:的抽头上接入制动过流继电器线圈ZDJ。当发生制动过流时,ZDJ动作,使主发励磁电路中的电阻R2投入,降低主发励磁。如果制动电流仍然超限,PLC控制主发励磁接触器LLC线圈失电,对电阻制动主电路进行保护。

(5)机车施行电阻制动时,PLC接通制动联锁电空阀ZLF线圈得电,切除了机车空气制动系统制动作用,使机车不能空气制动,而列车的空气制动正常,以防止擦伤机车动轮和道轨。机车处于电阻制动工况时,若施行紧急制动,机车制动管压力上升,压力继电器1FYJ的常开触头闭合,PLC控制电阻制动接触器ZC和主发励磁接触器LLC线圈失电,ZC主触头切除1D~6D的励磁电流,切除电阻制动,同时ZLF线圈失电,恢复机车的空气制动性能,保证施行紧急制动时有足够的制动力。同时PLC接通前向撒砂电空阀QSF或后向撒砂电空阀HSF线圈失电,机车撒砂,增加制动粘着。

电阻制动控制软件设计
根据机车不同的运行速度对电阻制动力的要求而进行的恒制动电流及恒励磁电流的控制。软件设计框图见图。

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GKB3B型机车微机控制系统软件流程图

(1)通过司控器上的工况开关触点信号,判断机车是否是处于电阻制动工况。

(2)与柴油机转速成正比的脉冲信号送进PLC的高速计数端口,经过PLC计算后作为励磁电流和制动电流的基准信号,即随着司机手柄位的提升,柴油机转速升高,相应的励磁和制动电流基准信号也增加。

(3)与机车速度成正比的脉冲信号经PLC计算后,一路作为电阻制动恒制动励磁电流区和恒制动电流区控制的分界信号;一路作为机车高速限流的控制信号。  
(4)制动电流和励磁电流的反馈信号由霍尔元件组成的电流传感器1LH。7LH组成。1LH~6LH分别检测6个独立的电阻制动主回路中的制动电流,并将其中绝对值最大的一个作为制动电流反馈信号与基准信号进行比较。7LH检测由主发电机提供的励磁电流,并将其与基准信号进行比较。

(5)PLC根据机车速度,确定恒制动励磁电流区和恒制动电流区控制,在恒制动励磁电流区域时,将励磁电流偏差信号作为其输出信号;在恒制动电流区域时,将制动电流偏差信号作为其输出信号。通过PLC的高速脉冲输出端口,采用定频调宽斩波器对主发励磁电流的控制来实现恒制动电流或恒励磁电流的控制,调节制动力。

结束语

具有电阻制动功能的GKD3B型0003号机车已在河南平顶山矿务局投入运用。运用表明:采用电阻制动可以提高列车在下坡道上的运行速度;大大降低机车车辆轮箍的磨耗;大量节省制动闸瓦;最小限度地使用空气制动,使闸瓦、轮箍的发热减小,提高了使用闸瓦时的制动效果。由于列车上配备了两套制动系统,因而更能保证列车安全运行。

信息来源:中国铁道网

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该日志于2009-11-27 13:46由 Zac 发表在机车技术分类下, 留言已关闭,但你可以将这个日志引用到你的网站或博客。

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