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 aр производится в момент достижения мгновенного значения пилообразного напряжения U пл уровня сигнала регулирования фазы U р. Характеристика фазорегулятора aр = f (U р) линейна. Диапазон изменения фазового угла aр находится в пределах от 20 до 90 электрических градусов. Импульсные сигналы фазорегулятора U фр передаются в БФИ с фазовыми углами aр.
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 D U оя и D U 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 D U оя, D U ов увеличивают фазовый угол aр, 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 U 1 высокого уровня передаётся в блок БПР и из него в блок БУТ в виде разрешающего сигнала U 5 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 D U оя или сигнала рассогласования регулятора скорости движения D U 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 D U с при снижении сигнала фактической скорости движения U с относительно сигнала U зс заданной скорости. Сигнал рассогласования D U 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 U 2 и U 10 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 (D U 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 D U с. Этот сигнал передаётся в блок переключения резисторов БПР, где формируется низкий уровень логического сигнала 
возникновения группового юза. Сигнал рассогласования скорости D U 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 D U 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 × i я × k в. | (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 С Ф = 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 D U 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.
