Система УСТА на тепловозе ТЭМ2

Системой УСТА тепловозы ТЭМ2 начали оснащать в 2002 г. при проведении капитального ремонта на Уссурийском ЛРЗ. В настоящее время на сети дорог России в эксплуатации находится более 100 секций тепловозов ТЭМ2К, оборудованных этой системой.

Назначение системы УСТА . Унифицированная система управления электропередачей и электроприводом тепловоза осуществляет регулирование и управление электропередачей тепловоза в режимах тяги и электрического тормоза. На тепловозах ТЭМ2К система УСТА выполняет следующие функции: регулирование мощности тягового генератора (ТГ) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля в соответствии с установленной нагрузочной характеристикой ди-зел ь- генератора;

Обеспечение гиперболических внешних характеристик ТГ при фиксированной частоте вращения коленчатого вала дизеля (заданной позиции контроллера машиниста);

Регулирование и обеспечение расчетных характеристик электрического тормоза;

Автоматическое снижение и ограничение мощности ТГ при отключении части тяговых двигателей;

Управление работой контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей (Ш) в режиме тяги по заданным параметрам прямого и обратного переходов. Напряжение включения контакторов ослабления возбуждения - 7/8U0tc-Минимальное время между включениями контакторов LU1, ШЗ и LU2, LU4- 10 с;

Защита тягового генератора от внешних токов короткого замыкания, заброса его тока свыше 1900 А или напряжения более 860 В;

Защита тепловоза от боксования и юза; ограничение по току и напряжению ТГ для каждой позиции; поддержание бортового напряжения 75 ± 1 В.

В случае выхода из строя системы УСТА при переключении тумблера ТАР на режим «Аварийный» вступает в работу штатная схема возбуждения вспомогательного и тягового генераторов. Блок регулирования обеспечивает:

Прием от схемы тепловоза дискретных сигналов (от блокировок, органов управления) по 16 каналам с уровнем напряжения 75 В при входном сопротивлении каждого канала не менее 10 кОм;

Прием от измерительных преобразователей (ЭП2716) аналоговых токовых сигналов по 15 каналам с уровнем от 0 до плюс 5 мА при входном сопротивлении каждого канала 402 Ом;

Прием и обработку сигнала о положении индуктивного датчика (в схеме ТЭМ2К не используется);

Формирование питания индуктивного датчика гидромеханического регулятора дизеля (в схеме ТЭМ2К не используется);

Прием частотных сигналов по двум независимым каналам (от датчиков частоты вращения, скорости и др.);

Выдачу сигналов управления по 10 каналам (от контакторов, реле, электропневматических вентилей) с параметрами: напряжение 75 В, ток до 1 А по каждому каналу, нагрузка - активно-индуктивная;

Программное регулирование тока в активно-индуктивной нагрузке в пределах от 0 до 20 А по двум каналам (управление возбуждением тягового и вспомогательного генераторов);

Связь с отладочным оборудованием и другими устройствами по последовательному каналу RS-232 через разъем ХРЗ на плате процессора;
формирование напряжения постоянного тока 15 ± 0,5 В током до 2 А для питания датчиков ЭП2716.

Питание блок регулирования получает от бортовой сети тепловоза напряжением 75 В постоянного тока. Блок обрабатывает поступающие в него входные сигналы из схемы тепловоза и выдает управляющие воздействия в электрическую схему тепловоза согласно алгоритму управления.

Дискретные сигналы (сигналы от органов управления: тумблеров, электрических аппаратов, контроллера машиниста и др.), частотный сигнал с датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля поступают в блок регулирования через разъем ХР1. Внешние дискретные сигналы гальванически развязаны от внутренних цепей блока регулирования. Опрос дискретных каналов осуществляется программно через каждые 0,1 с.

Датчики тока и напряжения. Замеряют электрические параметры электропередачи (аналоговые сигналы) преобразователями напряжения типа ЭП2716. Они предназначены для преобразования входного напряжения в пропорциональный токовый сигнал. Значение тока на выходе ЭП2716 (UBb,xl. иВых2) при номинальном входном напряжении на нагрузочном сопротивлении 1000 Ом составляет 5 мА.

Преобразователь имеет четыре гальванически связанные между собой входа. Номинальные значения входных напряжений по первому входу - 75 мВ (измерение тока с тепловозных шунтов), по второму - 150 В, по третьему - 1000 В и по четвертому входу - 1500 В.

Преобразователь осуществляет гальваническое разделение входного и выходного сигналов, имеет линейную зависимость выходного тока от входного напряжения. Питание преобразователи получают от блока УСТА. Опрос аналоговых каналов ведется программно через каждые 0,01 с.

Состав системы УСТА. Она содержит электронный блок регулирования УСТА (1 шт.), измерительный преобразователь тока и напряжения типа ЭП2716 (6 шт.), датчик частоты вращения коленчатого вала дизеля ДЧВ типа ВКАС21 -31-Р-2-250-ИНД-3B-S4-BT (1 шт.). Для функционирования системы в электрической схеме тепловоза дополнительно устанавливаются: электроизмерительные шунты ША5 и ША6 типа 75ШСМ-1000-0,5 (2 шт.), резистор СШВ шунтировки ключей ШИМ типа ПС-50124 (1 шт.), реле аварийной работы РАР типа РПУ-ЗМ-116Т (1 шт.).

Схема подключения системы УСТА к электрическим цепям тепловоза ТЭМ2К. Схема приведена на рис. 1. После окончания пуска (появления питания +75 В на зажиме 1/6) подается питание +75 В на внешний разъем ХР1: ВО блока регулирования. При этом -75 В поступает на контакт АО того же разъема. Дискретные сигналы КМ и КВ, П1 и П2, ТЭТ и КЭТ, ОМ1 и ОМ2, а также сигнал с датчика ДЧВ приходят на разъем ХР1.

С этого разъема питание подается на преобразователи напряжения ДТ1... ДТ4, ДН1, ДН2 и на ДЧВ (+15 В, -15 В). Аналоговые сигналы с датчиков ДТ1... ДТ4, ДН1 и ДН2 приходят на разъем XS1.

Для включения контакторов LU1, ШЗ и LU2, LU4 используются первый и второй выходные ключи, реле тормоза РТ - шестой выходной ключ и замещения тормоза ВЗТ - четвертый. «Минус» 75 В подается на контакт В5 разъема XS2.

С выходных ключей (истоков транзисторов) напряжение +75 В подается: на катушки контакторов LU1, ШЗ и LU2,

LU4 - с контактов С1 и С2 разъема XS2, на катушку реле тормоза РТ - с контакта С6 разъема XS2 и на катушку ВЗТ - с контакта С4 разъема XS2.

Когда контактор В В срабатывает, напряжение +75 В подается на контакты С1, С2, СЗ и С4 разъема ХР2, а также на сток силового транзистора канала регулирования ШИМ1. Обмотка возбуждения возбудителя подключается к истоку силового транзистора ШИМ1 через контакты В1, В2, В6 и С6 разъема ХР2. После пуска дизеля напряжение +75 В подается на контакты А4, А5, А6 и А7 разъема ХР2 и на сток силового транзистора канала регулирования ШИМ2. Обмотка возбуждения вспомогательного генератора подключается к истоку силового транзистора ШИМ2 через контакты В1, В4, В7 и С7 разъема ХР2.

Работа и размещение системы УСТА. Питание измерительных преобразователей напряжением 15 В осуществляется УСТА через разъем ХР1: В6, В7. При этом все преобразователи подключаются параллельно источнику питания. Сигналы, полученные преобразователями тока и напряжения ДТ1... ДТ4, ДН1 и ДН2 из электрической схемы, преобразовываются в аналоговые с токовым сигналом от 0 до 5 мА и подаются на разъем XS1 блока УСТА.

Для разряда э.д.с. самоиндукции активно-индуктивной нагрузки в каждом канале платы выходных ключей введены разрядные диоды. Регулируется тяговая электропередача и поддерживается напряжение бортовой сети изменением величины тока возбуждения возбудителя тягового и вспомогательного генераторов.

В блоке имеются два канала регулирования ШИМ1 и ШИМ2. Обмотки возбуждения электрических машин объединяются по минусовой шине. Плюсовые выводы обмоток возбуждения подключаются к внешнему разъему ХР2 блока регулирования. Схема подключения обмотки возбуждения управляемых электрических машин также показана на рис. 1. Резистор СШВ включается в цепь диодов, предназначенных для разряда э.д.с. самоиндукции обмоток возбуждения (активно-индуктивной нагрузки), в плате управления ШИМ. Для каждого канала регулирования предусмотрен отдельный плюсовый вход.

Регулирование тока в обмотках возбуждения электрических машин осуществляется подачей на обмотки сигнала с широтно-импульсной модуляцией. Частота импульсной последовательности составляет 100 Гц и задается программно. УСТА управляет шириной импульсов, тем самым регулируя ток, протекающий через обмотки возбуждения.

Блок регулирования системы УСТА, преобразователи напряжения и тока размещены на левой стенке ВВК. Реле РАР установлено на стенке ВВК со стороны дизельного помещения. Резистор СШВ расположен рядом со штатной панелью СВВ и СВГ. Шунты ША5 и ША6 контроля тока в параллельных ветвях
тяговых двигателей размещены на минусовой шине поездных контакторов П1 и П2.

Переход на аварийный режим. При выходе из строя блока УСТА переходят на аварийный режим работы электрической схемы. Для этого на нулевой позиции контроллера машиниста переводят тумблер ТАР в положение «Аварийная работа», а также выключают питание блока УСТА отключением тумблера на ее плате «Питание». При этом получает питание катушка реле аварийной работы РАР.

Возбуждение вспомогательного генератора и подзарядка аккумуляторной батареи. В основном режиме напряжение бортовой сети в пределах (75 ± 1 В) поддерживает система УСТА. Обмотка возбуждения ВГ подключена к выходу транзисторного силового ключа системы (ХР2: ВЗ, В4, В7, С7). Вход транзисторного ключа УСТА (ХР2: А4, А5, А6, А7) получает питание после запуска дизеля от зажима 1/6 через размыкающий контакт РАР.5. Сигнал обратной связи по напряжению вырабатывает измерительный преобразователь ДН2, на вход которого подается напряжение вспомогательного генератора ВГ.

Сигнал обратной связи по току заряда батареи вырабатывает измерительный преобразователь ДТ4, подключенный к шунту ША1. В аварийном режиме регулирование напряжения вспомогательного генератора и заряд аккумуляторной батареи осуществляются регулятором напряжения БРН-ЗВ. Переключение цепей при переходе на аварийную работу выполняется контактами РАР.1, РАР.2, РАР.4 и РАР.5.

Возбуждение возбудителя тягового генератора. Возбуждение возбудителя в основном режиме регулируется УСТА. Контактор ВВ своим силовым контактом ВВ.1 подает питание через размыкающий контакт РАР.6 на транзисторный силовой ключ ШИМ1 (ХР2: С1, С2, СЗ, С4). Независимая (в основном режиме) обмотка возбуждения возбудителя получает питание от транзисторного силового ключа ШИМ1 через шунт LUA3, минуя резисторы СВВ и СВГ.

Для возможности работы тепловоза в аварийном режиме подключение противокомпаундной обмотки возбудителя выполнено по штатной схеме ТЭМ2.

Сигналы обратной связи по току и напряжению главного генератора формируют измерительные преобразователи ДН1 (измерение напряжения главного генератора), ДТ1 (измерение тока 1 -й группы тяговых двигателей), ДТ2 (измерение тока 2-й группы тяговых двигателей) и ДТЗ (измерение суммы токов 1 -й и 2-й групп тяговых двигателей в тяговом режиме или суммарного тока обмоток возбуждения ТЭД в режиме электрического тормоза ЭТ).

Управление скоростью движения тепловоза, мощностью на валу тягового генератора и частотой вращения коленчатого вала дизеля. Увеличение скорости движения тепловоза осуществляется перемещением штурвала контроллера машиниста с 1-й позиции на последующие. Частота вращения вала дизеля измеряется датчиком ДЧВ и передается в блок УСТА (ХР1: А6, А8) для сравнения фактической и заданной частот. Когда фактическая частота вращения коленчатого вала дизеля по сравнению с заданной (дизель «давится») уменьшается, УСТА автоматически снижает нагрузку на тяговом генераторе.

В случае выхода из строя или отсутствия в схеме тепловоза датчика ДЧВ система сохраняет работоспособность, но при неисправном дизеле возможно снижение частоты вращения коленчатого вала по сравнению с заданной для каждой позиции. Для определения системой УСТА позиции контроллера и формирования заданных тяговых характеристик сигналы с контроллера машиниста поступают в блок на контакты разъема ХР1: А5, В1, В2, А4 и А1.

Управление ослаблением поля тяговых двигателей. Система УСТА включает и выключает контакторы ослабления поля LU1, LU2, ШЗ и LU4 в зависимости от позиции контроллера машиниста и напряжения тягового генератора. При этом управление указанными контакторами начинается с 3-й позиции контроллера машиниста (установлено программой управления УСТА).

Отключение тяговых двигателей. От отключателя ОМ на дискретные входы УСТА ХР1: С2, С1 поступает сигнал об отключении группы тяговых двигателей. Через вспомогательные замыкающие контакты П1 и П2 на дискретные входы системы ХР1: А2, СЗ поступает сигнал о включенном состоянии поездных контакторов. Сигнал с замыкающих контактов П1 и П2 обрабатывается УСТА только в режиме электрического торможения.

Защита от боксования осуществляется системой УСТА путем сравнения скорости нарастания или убывания токов двух групп двигателей через преобразователи тока ДТ1 и ДТ2. Программой работы системы УСТА предусмотрены три ступени защиты от боксования:

При рассогласовании темпа изменения токов двух групп в пределах 96... 116 А/с включается первая ступень. Напряжение тягового генератора снижается с темпом 1,5 В/с;

При рассогласовании темпа изменения токов двух групп в пределах 116... 156 А/с включается вторая ступень. Напряжение тягового генератора снижается с темпом 12,5 В/с;

При рассогласовании темпа изменения токов двух групп более 156 А/с включается третья ступень. Напряжение тягового генератора снижается с темпом 25 В/с.
Защита тягового генератора по максимальным величинам тока и напряжения осуществляется системой УСТА согласно заданной ей программе работы.

Аварийный режим возбуждения возбудителя и тягового генератора. Аварийный режим используется для кратковременной работы тепловоза или при движении его к месту ремонта. В аварийном режиме отсутствуют: управление ослаблением поля тяговых двигателей, управление электрическим тормозом, защиты по максимальным току и напряжению, а также от боксования.

Повышение мощности тягового генератора с увеличением позиций контроллера машиниста достигается путем уменьшения сопротивления (при этом используются штатные резисторы СВВ) в цепи обмотки возбуждения возбудителя и увеличения частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Назначение электрического реостатного тормоза . Он является дополнительным средством для остановочного торможения. Используется для торможения составов массой до 2000 т при выполнении всех видов маневровых работ на станционных путях с нулевым профилем и в подгорочном парке, а также для кратковременного регулирования торможения составов при вывозной работе без применения автотормозов на
уклонах до 5 %о в течение не более 90 с.

Основные технические характеристики электрического реостатного тормоза

Максимальная реализуемая мощность на валах ТЭД, кВт...............720

Количество тормозных позиций........................................... ...............4

Максимальное расчетное тормозное усилие, тс.............................26,7

Скоростной диапазон применения, км/ч..................................1,5 - 40

Максимальная длительность

Непрерывного торможения, мин............................................... .....................................1,5 - 2

Охлаждение блока тормозных резисторов.. естественная вентиляция

Длительный ток нагрузки на тормозной резистор, А.......................300

Ограничение тока якорей ТЭД, А................................................. .....800

Ограничение тока возбуждения ТЭД (одной группы), А...................750

Минимальный тормозной ток (переход на пневматику), А...............150

Давление в тормозных цилиндрах при замещении реостатного тормоза пневматическим, кгс/см2............................................... ...............1,6 - 1,8

Состав электрического реостатного тормоза. Он содержит следующее оборудование: блок тормозных резисторов БТР-2 (1 шт.), тормозные контакторы КТ1 и КТ2 типа МК6-10 УХЛЗ (2 шт.), контакторы возбуждения КВТ1 и КВТ2 типа МК6-10 УХЛЗ (2 шт.), реле тормоза РТ типа РПУ-3-114Т УХЛЗА (1 шт.), тумблер включения электрического тормоза ТЭТ тип ТВ1 -1 (1 шт.), кнопки электрического тормоза КЭТ1 и КЭТ2 типа КЕ-021 (2 шт.), амперметры тормозного тока АЗ и А4 типа М42300, 1кА-0-1кА-1,5 (2 шт.). Кроме того, в состав реостатного тормоза входят: вентиль замещения электрического тормоза ВЗТ типа ВВ-32 (1 шт.), тормозной датчик-реле давления РДТ типа ДЕМ-102-1-02-2 (1 шт.), редуктор давления № 348 (1 шт.), переключающий клапан ЗПК (1 шт.).

Работа электрической схемы тепловоза в режиме электрического тормоза. Внимание: из условия ограничения по предельному тормозному току БТР-2 использование электрического тормоза недопустимо при скоростях локомотива свыше 40 км/ч.

Для разрешения работы тепловоза в режиме электрического торможения необходимо включить тумблер ТЭТ «Электрический тормоз». При этом тумблер ТАР «Аварийная работа» должен находиться в положении, соответствующем основному режиму работы тепловоза. Для начала электрического торможения переводят контроллер машиниста в нулевую позицию. Затем на пульте машиниста нажимают кнопку КЭТ1 или кнопку КЭТ2 на пульте его помощника.

При установленном в положении «Вперед» или «Назад» контроллере машиниста подготавливается цепь питания контакторов КВ и ВВ. Блок УСТА, получив сигнал о нажатии кнопки КЭТ1 или КЭТ2 на разъем ХР1: В4, подает питание на катушку реле РТ. После срабатывания данного реле его замыкающие контакты собирают цепь катушек контакторов КТ1 и КТ2. Через замыкающие вспомогательные контакты КТ1 и КТ2, включенные последовательно, питание поступает на катушки контакторов КВТ1 и КВТ2.

В электрической схеме предусмотрены замыкающие вспомогательные контакты КВТ1.2 и КВТ2.2, КТ1.2 и КТ2.2 в цепях питания электромагнитов ВТ1, ВТ2, ВТЗ и ВТ4 (они на рис. 1 не показаны), которые блокируют их включение и обеспечивают работу дизеля на холостом ходу в любом положении рукоятки контроллера машиниста. Если, удерживая кнопку КЭТ1 или КЭТ2, повернуть контроллер машиниста в любую из восьми позиций, то кнопку можно отпустить - тормозная схема не разберется.

Силовая схема электрического тормоза работает следующим образом. Тяговые двигатели переводятся в режим генераторов с независимым возбуждением. Электрическая мощность, вырабатываемая их якорями, гасится на тормозных резисторах. Силовые контакты тормозных контакторов КТ1 и КТ2 подключают якори тяговых двигателей к блоку тормозных резисторов, в результате чего создается цепь для протекания тормозного тока.

Так как в тормозном режиме силовые контакты поездных контакторов П1 и П2 разомкнуты, протекание тормозного тока в цепи тягового генератора невозможно. Тяговый генератор в тормозном режиме через силовые контакты контакторов КВТ 1 и КВТ2 подключен на параллельно соединенные группы обмоток возбуждения электродвигателей.

Дополнительно в каждую группу обмоток возбуждения тяговых двигателей последовательно включены резисторы СШ1 и СШЗ первой ступени шунтировки их поля. Данные резисторы в тормозном режиме введены для ограничения тока возбуждения электродвигателей и повышения напряжения тягового генератора в тормозном режиме. Противокомпаунд-ная обмотка возбудителя в тормозном режиме также оказывается включенной в цепь обмоток возбуждения тяговых двигателей, ее размагничивающее действие учтено в программе работы блока УСТА.

Для возможности работы электрического тормоза в обоих направлениях движения тепловоза изменено подключение проводов от резисторов и контакторов шунтировки поля к выводам реверсора. (На рис.1 схема реверсирования не приведена, контакты реверсора показаны условно.)

Для регулирования тормозного тока, а, следовательно, тормозного усилия, системой УСТА предусмотрены четыре тормозные позиции (табл. 1). Регулирование тока в обмотках возбуждения, а, следовательно, и тормозного тока тяговых двигателей осуществляется УСТА с учетом позиции контроллера машиниста изменением тока в независимой обмотке возбуждения возбудителя транзисторным силовым ключом ШИМ1.

Величина тормозного тока при установке контроллера машиниста на пятую - восьмую позиции соответствует четвертой. Сигналы обратной связи по тормозному току и току возбуждения тяговых двигателей формируют измерительные преобразователи ДТ1 (измерение тока первой группы ТЭД), ДТ2 (измерение тока второй группы ТЭД) и ДТЗ (измерение суммарного тока обмоток возбуждения ТЭД).

По мере снижения скорости тепловоза и, соответственно, токов якорей первой и второй групп до значений, меньших 150 А, а также при достижении суммарного тока возбуждения тяговых двигателей величины 1500 А, система УСТА подает питание на вентиль замещения тормоза ВЗТ. После срабатывания этого вентиля в тормозные цилиндры начинает поступать воздух. При его давлении более 0,8 кгс/см2 контакт датчика-реле давления тормоза РДТ размыкается.

Давление воздуха в тормозных цилиндрах регулируется редуктором давления № 348 и настраивается на величину 1,6 - 1,8 кгс/см2. Размыкание контакта РДТ приводит к отключению контакторов КВ и ВВ. Это вызывает снятие возбуждения с тягового генератора. В результате снижаются тормозные токи обеих групп тяговых двигателей, что исключает одновременную работу электрического и пневматического тормозов тепловоза.

Полная разборка схемы электрического тормоза, т.е. выключение реле РТ, происходит при отпуске кнопок электрического тормоза или установке контроллера в нулевую позицию. При этом тормозные токи и суммарный ток возбуждения обеих групп тяговых двигателей снижаются до значений, меньших 220 А. Отпуск пневматических тормозов (выключение вентиля ВЗТ) осуществляется сразу при отпуске кнопок электрического тормоза или установке контроллера в нулевую позицию без выполнения условий по минимальным тормозным токам и суммарного тока возбуждения.

Системой УСТА и электрической схемой тепловоза предусмотрено включение вентиля замещения электрического тормоза ВЗТ и переход на пневматическое торможение при следующих условиях:

Через 3 с после нажатия кнопки электрического тормоза, если по какой-либо причине не включились контакторы возбуждения КВ и ВВ;

Когда нажимают кнопку электрического тормоза, а при этом в выключенном положении находится тумблер ТЭТ;

После нажатия кнопки электрического тормоза, если от-ключатель моторов ОМ находится в положении, соответствующем работе только одной из двух групп тяговых двигателей;

Если нажимают кнопку электрического тормоза, но по какой-либо причине хотя бы один из поездных контакторов остался во включенном состоянии;

Когда кнопка электрического тормоза была нажата при работе тепловоза в тяговом режиме;

Если продолжительность непрерывной работы электрического тормоза составила более 90 с, после чего для остывания тормозных резисторов принудительно запрещается его работа на 150 с;

Когда кнопку электрического тормоза нажимают ранее окончания времени (150 с), установленного программой УСТА на остывание тормозных резисторов;

Если по какой-либо причине в течение 1 с тормозной ток в любой из групп тяговых двигателей превысил 1000 А;

Когда по какой-либо причине в течение 1 с ток обмоток возбуждения двух групп ТЭД превысил 1800 А.

Защита от юза в режиме электрического тормоза осуществляется системой УСТА путем сравнения скорости нарастания или убывания токов двух групп двигателей через преобразователи тока ДТ 1 и ДТ2. При входе в режим юза система УСТА автоматически снижает ток возбуждения тягового генератора. Программой работы системы УСТА предусмотрены три ступени защиты от юза.

В случае рассогласования темпа изменения токов двух групп в пределах 96 - 116 А/с включается первая ступень. При этом ток возбуждения двух групп ТЭД снижается с темпом 1,5 А/с. Когда рассогласование темпа изменения токов двух групп составляет 116 - 156 А/с, включается вторая ступень, и ток возбуждения двух групп ТЭД снижается с темпом 12,5 А/с. Если рассогласование темпа изменения токов двух групп более 156 А/с, то включается третья ступень. При этом ток возбуждения двух групп ТЭД снижается с темпом 25 А/с.

(Окончание следует)

Инженеры Д.С. СПИРИДОНОВ, М.А. ЕГОРОВ, ОАО «ВНИКТИ», г. Коломна

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМЫ УСТА НА ТЕПЛОВОЗЕ

УСТА.предназначена для:

· регулирования тяговой электропередачи тепловозов в режиме тяги и электрического торможения с обеспечением параметров и защит, оговоренных техническими условиями на их поставку и другими нормативными документами;

· упрощения схемы тепловоза с электрической передачей, сокращения номенклатуры электрических аппаратов и унификации электрических схем всех серий тепловозов.

УСТА представляет собой микропроцессорную систему управления с устройством связи с объектом в виде датчиков и измерительных преобразователей.

УСТА состоит из следующих основных узлов:

· блока регулирования УСТА;

· преобразователей напряжения измерительных ПН-1 для измерения напряжения и тока главного генератора, напряжения блока диодов сравнения (БДС), тока независимой обмотки тягового генератора;

· программного обеспечения 643.0021.2251.00001.

Блок регулирования УСТА и преобразователи напряжения измерительные установлены в правой высоковольтной камере. Принятые сокращения, условные обозначения, термины соответствуют схеме электрической принципиальной 27.Т.146.00.ОООЭО тепловоза 2ТЭ10М.

Ядром УСТА является блок регулирования, осуществляющий сбор информации от измерительных преобразователей и контактных аппаратов, ее обработку, анализ и выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства (обмотки возбуждения возбудителя, катушки контакторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей ВШ1, ВШ2 и реле управления РУ19) в соответствии с алгоритмами программного обеспечения.

Блок регулирования получает питание +75 В от бортовой сети тепловоза только после запуска последнего через замыкающий контакт РУ15 и вырабатывает напряжение питания для измерительных датчиков (ДТг, ДНг, ДТвг, ДМС) ЭП2716, которое выведено на внешний разъем ХР1 блока регулирования - контакты В6 (+15В), В7 (ОБЩ1).Блок регулирования УСТА также вырабатывает напряжение питания индуктивного датчика. Частота напряжения питания индуктивного датчика задается программно. Индуктивный датчик подключается к внешнему разъему ХР1 блока регулирования на контакты С8 (И ИД) и С7 (О ИД).

Для определения состояния схемы тепловоза в блок регулирования УСТА вводятся дискретные сигналы:

• признак включения контакторов ослабления возбуждения ВШ1, ВШ2;
• признак включения контакторов КВ, ВВ;
• признак включения блок- магнитов МР1, МР2, МРЗ, МР4;
• признак включения тумблеров отключателей моторов ОМ1-ОМ6.

Дискретные сигналы приходят на контакты А1-А5, В1-В4 внешнего разъема ХР1 блока регулирования. Внешние дискретные сигналы гальванически развязаны от внутренних цепей блока регулирования.

Измерение напряжения и тока главного генератора, напряжения блока диодов сравнения (БДС) тока независимой обмотки тягового генератора осуществляется с помощью преобразователей напряжения измерительных ПН-1, которые гальванически развязывают и преобразуют входное напряжение в пропорциональный стандартный токовый сигнал. Пропорциональные токовые сигналы с выходов ПН-1 подаются на контакты внешнего разъема ХS1.

Блок регулирования УСТА управляет включением катушек контакторов ВШ1, ВШ2 и реле управления РУ19. Реле выполняет защитные функции, его размыкающие контакты разрывают цепь питания катушек контакторов КВ, ВВ (т.е. происходит сброс нагрузки). РУ19 включается при увеличении напряжения генератора выше 850 В или при увеличении тока генератора выше 7200 А.

Управление электрическими аппаратами осуществляется с помощью транзисторных ключей путем подачи на катушку напряжения +75 В от бортовой сети тепловоза.

Все каналы (10 каналов) по цепям управления и внутренним цепям блока регулирования гальванически развязаны друг от друга.

Регулирование тяговой электрической передачи осуществляется путем изменения тока возбуждения возбудителя. Канал регулирования развязан по цепям управления и от внутренних цепей блока регулирования. Вывод «Н2» обмотки возбуждения возбудителя подключен к минусовой шине на рейку 8/20 через аварийный переключатель АР(3), а вывод «Н1» - к внешнему разъему ХР2 на контакты В1, В2 и В6, С6. Таким образом, обмотка возбуждения возбудителя стоит в цепи истока силового ключа ШИМ1. Сток этого ключа подключен (контакты С1-С4 внешнего разъема ХР2) через аварийный переключатель и силовой контакт контактора ВВ на плюсовую шину бортовой сети тепловоза (рейка 1/1…4).

Основные принципы работы универсальной системы тепловозной автоматики УСТА

СИСТЕМА УСТА НА ТЕПЛОВОЗЕ ЧМЭ3

На Куйбышевской ж.д. эксплуатируют 42 тепловоза серии ЧМЭ3, оборудованных системой УСТА (данные 2007 г.) на Оренбургском локомотиворемонтном заводе. Дополнительно локомотивы на заводе оборудуют реостатным тормозом, регулирование характеристик которого осуществляется системой УСТА. Реализуемый микропроцессорной системой алгоритм регулирования электрической передачи позволяет значительно улучшить тяговые и противобоксовочные свойства маневрового локомотива.

Функционально система УСТА на тепловозах ЧМЭ3 предназначена для регулирования тяговой передачи локомотива в режимах тяги, электрического торможения и регулирования напряжения вспомогательного генератора с обеспечением параметров и защит, оговоренных техническими условиями. Система управляет контакторами ослабления возбуждения ТЭД, реле сборки схемы электрического тормоза, вентилем замещения электрического тормоза пневматическим. Кроме этого она обеспечивает эффективную защиту от боксования и юза, нагружение дизель-генератора по оптимальным экономичным характеристикам.

УСТА представляет собой микропроцессорную систему управления, имеющую средства обратных связей с электрической схемой тепловоза в виде дискретных сигналов от блокировочных контактов исполнительных аппаратов, органов управления, аналоговых сигналов измерительных преобразователей, а также частотного сигнала частоты вращения коленчатого вала дизеля. Блок регулирования – ядро системы – осуществляет в соответствии с заложенными программными алгоритмами сбор информации о состоянии электрической схемы локомотива, её обработку и выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства и электрические машины.

Микропроцессорная система тепловоза ЧМЭ3 (с дизелем К6S310DR) состоит из следующих основных частей:

1. Блока регулирования УСТА

2. Двух измерительных преобразователей ПН1 для измерения напряжения ТГ и тока якорей третьей группы ТЭД

3. Программного обеспечения, установленного в блоке регулирования

Блок регулирования и преобразователи ПН1 размещены в аппаратной камере. Принципиальная схема подключения системы УСТА к электрической схеме ЧМЭ3 в упрощенном виде представлена на рис.2. Блок регулирования получает питание от аккумуляторной батареи через з.к. РУ4 Напряжение питания подается на внешний разъем ХР1 через контакты А0 (-115 В) и С0 (+ 115 В). Питание преобразователей напряжения ПН1 осуществляет блок регулирования напряжением 15 В, которое выведено на внешний разъем ХР1.

Чтобы определить режим работы тепловоза, в блок регулирования поступают дискретные сигналы: признака включения контактора возбуждения КВ; с контроллера машиниста КМ2,7, КМ3, КМ4 и КМ5; с тумблеров отключателей моторов ОМ1-ОМ3, признака включения РБ. Дискретные сигналы подключены к контактам А3-А5, В1, В2, С1, С3 внешнего разъема ХР1. Аналоговые сигналы напряжения ТГ и тока 3-й группы ТЭД поступают на выводы преобразователей ПН1 (ЭП2716), которые гальванически развязывают и преобразуют входное напряжение в пропорциональный стандартный токовый сигнал. Токовые сигналы с выходов ПН1 подаются на контакты XS1 – А3, А4 (ДТ1), В3, В4 (ДН1).

Приведены основные типовые неисправности, которые могут встречаться на тепловозе с системой УСТА, а также возможные причины появления неисправностей и методы их устранения. Перечень типовых неисправностей тепловоза с системой УСТА приведен в таблице 3.

Принятые сокращения, условные обозначения, термины соответствуют схеме электрической принципиальной 27.Т. 146.00.00.000 ЭЗ тепловоза 2ТЭ10М.

При выходе из строя системы УСТА переход на аварийную схему выполняется в следующей последовательности:

2.3.1 Контроллер машиниста поставить на нулевую позицию.

2.3.2 Выключить тумблер на модуле БП блока УСТА.

2.3.3 Перевести аварийный переключатель «АР» в положение «Аварийное».

Таблица 3.

Неисправность, внешнее проявление	Вероятная причина	Метод устранения
После запуска дизеля на рабочей схеме нет возбуждения, тяговая схема собирается, зарядка аккумуляторной батареи есть. Тумблер на модуле питания УСТА включен. Светодиоды на АЦП и модуле БП не светятся. Реле РУ16 сработало.	Блок питания УСТА не запускается.	Тумблер на модуле БП УСТА выключить и с выдержкой времени не менее 20 с. включить, контролируя зажигание светодиодов на модулях БП, АЦП, если светодиоды не светятся, то операцию повторить несколько раз.
То же	Вышел из строя модуль БП	Заменить предохранитель на модуле БП; если он исправен, то заменить модуль БП.
То же	Загрязнен замыкающий контакт реле РУ 16.	На реле РУ16 зачистить замы­кающий контакт между прово­дами 5025, 5027.
То же	Нет цепи питания от аккумуляторной батареи к разъему ХР1:ВО блока УСТА.	Проверить наличие питания на рейках: 1/4, Пр. 5027, з.к. РУ 16, Пр 5025
То же, но при этом реле РУ16не сработало	Сгорела катушка релеРУ16	Заменить реле РУ 16
Тяговая схема не собирается на рабочей и аварийной схеме. Ток зарядки есть.	Неисправность цепей сборки тяговой схемы.	Поиск неисправности выполнять, как в серийной схеме. Прозвонка цепей включения контакторов поездных, KB, BB, реле времени РВЗ и т.д.
Тяговая схема собирается. На аварийной схеме под нагрузкой возбуждение есть. На рабочей схеме нет. Ток зарядки есть.	Обрыв плюсовой цепи питания модуля ШИМ1	Прозвонить омметром цепь между рейкой 1/4 (Пр. 404) и разъемом ХР2: C1-J-C4 блока УСТА. См. схему электрическую принципиальную 27.Т.146.00.00.000ЭЗ, листЗ
Тяговая схема собирается. На	Обрыв	Прозвонить омметром цепь

	Вероятная причина	Метод устранения
аварийной схеме под нагрузкой возбуждение есть. На рабочей схеме нет. Ток зарядки есть.	минусовой цепи питания модуля ШИМ1	между разъемом ХР2:В1, В2, В6, С6 и рейкой 8/20 (Пр. 5046) см. схему электрическую принципиальную 27.Т.146.00.00.000ЭЗ, лист З
Тяговая схема собирается. На аварийной схеме возбуждение есть. На рабочей схеме при переводе контроллера на первую позицию наблюдается бросок тока до 3000 А, напряжение генератора при этом около 100ч-200В. Дизель «давится».	Неисправен модуль ШИМ1 блока УСТА	Неисправны силовые транзисторы VT1, VT2. Заменить неисправные транзисторы VT1.VT2. Схема электрическая принципиальная ОЭП597.09.00.000-01ЭЗ блока УСТА
Тяговая схема собирается на рабочей и аварийной схеме. Ток зарядки есть. На аварийной схеме возбуждение есть. На рабочей схеме нет. Напряжение генератора равно нулю на всех позициях контроллера.	Цепь признака включения KB, ВВ.	Прозвонить омметром цепь между рейкой 1/4, контактом разъема ХР1: A3 блока УСТА. Если цепь не звонится, то проверить замыкающие контакты контакторов KB, BB (Пр. 5018,5029).
То же, но при этом цепь между рейкой 1/4, разъемом ХР1:АЗ прозванивается.		Не работает канал признака включения KB, ВВ. Неисправный канал определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается режим просмотра дискретных входов. При неисправном канале на индикаторе постоянно отображается информация КВ=0. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП.597.04.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
Тяговая схема собирается. На рабочей схеме при	Цепь признака отключателей	Прозвонить омметром цепь между рейками 5/13 и 1/4. Если

Неисправность, внешее проявление	Вероятная причина	Метод устранения
отключении одного из отключателей моторов ОМ1-ЮМ6 нет ограничения мощности генератора выше 10 позиции контроллера.	моторов 0М1-0М6	цепь звонится, то неисправен один из тумблеров отключателей моторов ОМ1-ЮМ6. Заменить неисправный тумблер.
То же, но при этом цепь между рейками 5/13 и 1/4 прозванивается.	Модуль гальванических развязок блока УСТА.	Не работает канал признака отключения отключателя моторов 0М1-ЮМ6. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП 597.04.00.000-01 ЭЗ блока УСТА. Неисправный канал определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается режим просмотра дискретных входов. Постоянно отображается информация ОМ=0.
Тяговая схема собирается. Под нагрузкой при увеличении позиции контроллера наблюдается понижение мощности генератора относительно заданной по ТУ для данной позиции. Частота вращения вала дизеля увеличивается в соответствии с ТУ.	Модуль гальва­нических развя­зок блока УСТА.	Не работает один из каналов признака включения электромагнитов МР1-МР4. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствия с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП 597.04.00.000-01ЭЗ блока УСТА. Неисправный канал определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается режим просмотра дискретных входов. При неисправном канале на индикаторе постоянно отобра­жается информация: КМ 1-0, КМ2=0, КМЗ=0, КМ4=0.

Неисправность, внешее проявление	Вероятная причина	Метод устранения
Тяговая схема собирается. Тумблер ТУП включен. Под нагрузкой при установке позиции контроллера на четвертую и выше с уменьшением тока генератора контакторы ВШ1, ВШ2 не включаются даже при достижении напряжения ограничения.	Модуль гальванических развязок блока УСТА.	Не работает канал признака включения ТУП. Неисправность определяется с помощью переносного пульта, который устанавливается в режим просмотра дискретных входов. Постоянно отображается информация ТУП=0. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП 597.04.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
Тяговая схема собирается. Тумблер ТУП включен. Под нагрузкой при установке позиции контроллера на четвертую и выше с уменьшением тока генератора контактор ВШ1 не включается.	Модуль гальванических развязок блока УСТА.	Не работает канал признака включения ВШ1. Неисправность определяется с помощью переносного пульта, который устанавливается в режим просмотра дискретных входов. На индикаторе постоянно отображается информация ВШ1 = 1. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП597.04.00.000-0133 блока УСТА.
То же		Не работает канал выходных ключей ВШ1. Неисправность определяется с помощью переносного пульта, который устанавливается в режим просмотра дискретных выходов. На индикаторе

Неисправность, внешее проявление	Вероятная причина	Метод устранения
		постоянно отображается информация ОП1=0. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в уеловивиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП 597.03.00.000-0133 блока УСТА.
Тяговая схема собирается. Тумблер ТУП включен. Под нагрузкой при установке позиции контроллера на четвертую позицию и выше с уменьшением тока генератора контактор ВШ1 включается, а ВШ2 не включается.	Модуль гальванических развязок блока УСТА.	Не работает канал признака включения ВШ2. Неисправность определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается режим просмотра дискретных входов. На индикаторе постоянно отображается информация ВШ2=1. Неисправный канал переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП597.04.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
То же	Модуль выходных ключей блока УСТА	Не работает канал выходных ключей ВШ2. Неисправность определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается режим просмотра дискретных выходов. На индикаторе постоянно отображается информация ОП2=0. Неисправный канал

Неисправность, внешее проявление	Вероятная причина	Метод устранения
		переключить на резервный. Выполняется в условиях депо высококвалифицированными специалистами в соответствии с ТО и схемой электрической принципиальной ОЭП597.03.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
Тяговая схема собирается. Под нагрузкой при установке позиции контроллера на четветрую и выше при включении тумблера ТУП сразу включается контактор ВШ1, независимо от величины тока генератора.		Неисправен силовой транзистор VT1 канала ВШ1. Неисправный транзистор VT1 канала ВШ1 заменить. См. схему электрическую принципиальную ОЭП597.03.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
Тяговая схема собирается. Под нагрузкой при установке позиции контроллера на четветрую и выше при включении тумблера ТУП сразу включается контактор ВШ2, независимо от величины тока генератора.	Модуль выходных ключей блока УСТА.	Неисправен силовой транзистор VT1 канала ВШ2. Неисправный транзистор VT1 канала ВШ2 заменить. См. схему электрическую принципиальную ОЭП597.03.00.000-01ЭЗ блока УСТА.
Тяговая схема собирается. На рабочей и аварийной схеме под нагрузкой возбуждение есть. Ток зарядки есть. На аварийной схеме ток генератора соответствует инструкции на реостатную настройку. На рабочей схеме мощность генератора завышена. Дизель «давится».	Обрыв цепей подключения датчиков тока или напряжения ДТг, ДНг к блоку УСТА.	Прозвонить цепи подключения датчиков тока и напряжения см. схему электрическую принципиальную 27.Т.146.00.00.000ЭЗ, лист 3.
То же	Датчики тока или напряжения генератора ДТг, ДНг	Неисправен датчик тока или напряжения генератора ДТг, ДНг. Неисправный датчик определяется с помощью переносного пульта, на котором устанавливается

В этом дополнении не приводятся неисправности по дизелю, топливной, масляной, водяной системам тепловоза. Они указаны в документации на дизель-генератор и инструкции по техническому обслуживанию и ремонту тепловоза ТЭ10М2139.00.00.000ИО.