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).

Широкое применение микроЭВМ в качестве бортовых управляющих комплексов повышает эффективность локомотивных автоматических систем, расширяет их функциональные возможности, снижает массо-габаритные показатели, а за счет реализации более эффективных алгоритмов снижается расход топлива, электроэнергии и улучшатся тяговые свойства локомотивов. При этом переносить известные относительно простые алгоритмы регулирования, реализованные аппаратным способом, на микропроцессорную элементную базу нецелесообразно.

Аппаратура микропроцессорных систем автоматического регулирования осуществляет ввод информации от датчиков или командных устройств, логическую обработку этой информации в заданной последовательности и вывод полученных результатов для управления исполнительными устройствами. Задачи, решаемые каждым конкретным устройством, определяются алгоритмом его работы – упорядоченной последовательностью действий с конечным числом операций, приводящей к получению определенного результата. Последовательность выполнения операций – программа работы – закладывается в структуру электрической схемы и связи между программными и аппаратными средствами – электронными и электромеханическими элементами, входящими в состав системы.

Система УСТА объединяет два независимых друг от друга регулятора напряжения - регулятор напряжения тягового генератора и регулятор напряжения стартер-генератора, которые кроме собственно регулирования напряжения, выполняют еще несколько дополнительных функций.

Конструктивно система выполнена в виде имеющего модульную конструкцию блока регулирования и набора датчиков, количество которых зависит от варианта исполнения системы, и соединительных проводов.

Вычислительная часть системы УСТА представлена модулем процессора (ПР), в котором располагается однокристальная микроЭВМ – это интегральная микросхема, которая содержит все логические элементы необходимые для образования полноценной вычислительной системы. Она предназначена для обработки числовой информации о состоянии объекта регулирования и определения необходимых управляющих воздействий на объект.

Интерфейсная часть системы включает средства ввода аналоговых сигналов, дискретных сигналов, частотных сигналов, средства вывода дискретных управляющих сигналов и средства вывода аналоговых управляющих сигналов. Она представлена пятью модулями: модулем аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модулем ввода дискретных сигналов (ГР), модулем выходных ключей (ВЫХ КЛЮЧИ), модулем управления широтно-импульсным модулятором (УПР ШИМ) и модулем силовых ключей ШИМ (КЛЮЧИ ШИМ) и предназначена для обеспечения связи вычислительной части системы с объектом регулирования. К интерфейсной части системы относятся также датчики, обеспечивающие первичное преобразование аналоговых сигналов, характеризующих режим работы дизель – генераторной установки тепловоза.

Она выполняет следующие основные функции:
- ввод в вычислительную часть аналоговых (непрерывных) гальванически развязанных сигналов (z , UТГ, IТГ), характеризующих значения параметров состояния объекта регулирования (таких, например, как выход реек топливных насосов высокого давления, напряжение и ток тягового генератора);
- ввод в вычислительную часть частотных сигналов, т. е. сигналов, характеризующих частоту вращения коленчатого вала дизеля n ;
- ввод в вычислительную часть дискретных (релейных) гальванически развязанных сигналов (КВ, МР1 … МР4, РУ5, ОМ1 … ОМ6 и др), характеризующих состояние объекта регулирования; дискретные сигналы формируются по принципу «есть – нет» и используются для определения признака включения или не включения какого-либо устройства или аппарата;
- передача от вычислительного устройства к объекту регулирования гальванические развязанных импульсных управляющих сигналов (ШИМ1, ШИМ2), используемых для плавного регулирования тока возбуждения тягового генератора и стартер-генератора;
- передача от вычислительного устройства к объекту регулирования дискретных (релейных) управляющих сигналов (ВШ1, ВШ2, РМ1), используемых для включения или отключения контакторов и реле электрической схемы тепловоза.

При работе с высоковольтными аналоговыми электрическими сигналами (например, напряжение и ток тягового генератора тепловоза) их гальваническая развязка, а также, при необходимости, первичное масштабирование (пропорциональное понижение уровня) сигнала осуществляется специальными датчиками (ДН, ДТ). При измерении неэлектрических величин (например, выход реек топливных насосов высокого давления z ) датчик осуществляет преобразование физической природы сигнала.

Логика работы системы УСТА, т. е. порядок ее взаимодействия с объектом регулирования, полностью определяется управляющей программой вычислительной части системы, в основу которой положены закономерности ПИД-регулятора. Управляющей программой называется циклически замкнутая, непрерывно выполняемая вычислительной частью системы последовательность операций, обеспечивающая определенный порядок взаимодействия микропроцессорной системы регулирования с объектом регулирования.

Основная программа состоит из бесконечного цикла. Перед входом в цикл проходит блок инициализации. В этом блоке производится начальная установка режимов работы самого микроконтроллера и настройка периферийных устройств на плате процессора. Основная часть алгоритма, представляющая собой собственно регулятор напряжения тягового генератора и регулированию напряжения стартер – генератора, выполняется каждые 10 мс.

По истечении этого времени выполнение алгоритма работы происходит по другому пути, где определяется позиция контроллера машиниста, состояние электрической схемы тепловоза и, в зависимости от состояния электрической схемы и уровня напряжения тягового генератора, выполняется управление электропневматическими вентилями контакторов ослабления возбуждения ВШ1 и ВШ2 тяговых электродвигателей. Следующим шагом в выполнении алгоритма управления производится оценка свободной мощности дизеля на основании данных о положении реек топливных насосов высокого давления и фактической частоты вращения коленчатого вала. Уровень свободной мощности дизеля определяет заданное значение мощности тягового генератора. Прежде чем вычислить заданное значение напряжения тягового генератора и темп его изменения в вычислительном устройстве определяется наличие или отсутствие боксования. Здесь же вычисляются максимально допустимые значения напряжения и тока тягового генератора. Заданные значения напряжения тягового генератора и темпа его изменения, а также максимальные значения тока и напряжения передаются в регулятор напряжения тягового генератора. Эта часть алгоритма управления повторяется каждые 100 мс.

Регулятор напряжения тягового генератора (для тепловоза 2ТЭ116 – напряжения Ud на выходе ВУ), образован блоками 1 … 5. В блоке 1 осуществляется ввод информации о значениях сигналов, характеризующих состояние дизель-генераторной установки. В блоке 2 проверяется, не является ли текущий режим аварийным, т. е. не превышены ли предельные значения тока Id и напряжения Ud на выходе ВУ (соответственно 7100 А и 850 В). Если такое превышение обнаруживается, дискретный выход РМ1 устанавливается равным 1 и получает питание катушка реле РМ1. Последнее, включившись, осуществляет сброс нагрузки тягового генератора с отключением контакторов П1 … П6, ВВ, КВ и последующей сборкой схемы возбуждения тягового генератора в режиме холостого хода. Если допустимые значения тока и напряжения на выходе ВУ не превышены, определяются величина и знак рассогласования ΔU между заданным (Udзад) и измеренным фактическим (Ud) напряжениями на выходе выпрямительной установки, в зависимости от которых далее выбирается направление и вычисляется темп изменения ширины импульсов открытия транзисторов канала 1 модуля «ШИМ», управляющего током возбуждения синхронного возбудителя. В блоке 6 выполняются операции по регулированию напряжения стартер - генератора, которые подробнее будут рассмотрены ниже.

Описанная последовательность операций обеспечивает увеличение тока возбуждения возбудителя при Ud < Udзад и уменьшение его при Ud > Udзад темпом, зависящим от абсолютного значения разности (Udзад - Ud), что позволяет поддерживать напряжение Ud равным Udзад. Поскольку электрические машины (стартер-генератор, синхронный возбудитель, тяговый синхронный генератор) сравнительно быстро реагируют на изменение тока возбуждения, для достижения требуемой точности регулирования напряжения и обеспечения эффективной защиты электрической передачи от аварийных режимов работы эти операции необходимо выполнять достаточно часто. Алгоритм работы УСТА предусматривает выполнение их через каждые 10 мс, т. е. 100 раз в секунду. При наличии такого регулятора управление генератором сводится к изменению величины заданного напряжения Udзад, которая нигде внутри описанного регулятора не определяется и является для него внешней величиной. Если она будет оставаться постоянной во всех режимах работы, регулятор будет поддерживать постоянное напряжение на выходе ВУ во всех режимах работы дизель – генератора. Однако для тепловозного дизель – генератора такое регулирование является неприемлемым.

Как известно, система регулирования напряжения тягового генератора вне зависимости от ее исполнения должна решать следующие основные задачи: формирование гиперболической внешней характеристики генератора, которая, кроме собственно гиперболического участка ограничения мощности, включает также прямолинейные участки ограничения напряжения и тока; использование всей свободной мощности дизеля на тягу; управление контакторами ослабления тока возбуждения тяговых электродвигателей; ликвидация боксования; ограничение мощности генератора при отключении одного из тяговых электродвигателей.

В системе УСТА большинство этих задач решаются изменением величины заданного напряжения Udзад, которая рассчитывается в оставшейся части алгоритма и передается в рассмотренный выше регулятор напряжения тягового генератора. Прежде чем продолжить подробное рассмотрение алгоритма, кратко остановимся на основных принципах решения каждой из перечисленной выше задач.

Формирование внешней характеристики тягового генератора является наиболее сложной задачей, решаемой системой УСТА. На участке ограничения напряжения заданное напряжение остается постоянным и равным максимально допустимому для данной позиции Nкм контроллера, т. е. Udзад = Udmax(Nкм). На участке ограничения тока оно снижается по мере уменьшения сопротивления нагрузки тягового генератора с целью исключения увеличения тока нагрузки тягового генератора выше максимально допустимого Idmax(Nкм) для данной позиции контроллера. На участке ограничения мощности система решает задачу поддержания постоянной мощности генератора, т. е. Рг = Id∙Ud = const. С этой целью в ее алгоритме организован специальный регулятор мощности, входами которого являются величина заданной мощности генератора Ргзад, измеренные фактические значения тока Id и напряжения Ud на выходе выпрямительной установки, а выходом – величина заданного напряжения Udзад. Если фактическая мощность, равная произведению тока Id и напряжения Ud, превосходит заданную (т. е. имеет место перегрузка дизеля), величина Udзад уменьшается, что приводит к уменьшению на-пряжения Ud, а, следовательно, тока Id и мощности Рг.

В противном случае Udзад увеличивается, что приводит к увеличению Рг. Величина заданной мощности определяется различными способами в зависимости результатов измерения или частоты вращения коленчатого вала, или выхода реек топливных насосов высокого давления, или перемещения индуктивного датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля. В этом случае заданная мощность вычисляется как сумма двух составляющих, т. е. Ргзад = Ргсел + DР. Первая из них представляет собой аналог селективной мощности в серийных системах объединенного регулирования дизель-генераторной установки и определяется в зависимости от частоты вращенияn коленчатого вала дизеля или в зависимости от позиции контроллера машиниста. Вторая составляющая представляет собой добавку к селективной мощности, обеспечивающую соответствие фактического выхода реек топливных насосов высокого давления дизеля заданному для данной позиции контроллера или же соответствие фактического положения индуктивного датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля (напряжения Uид) его среднему положению.

Поскольку управление силовой установкой тепловоза осуществляется посредством релейной электрической схемы, информация о состоянии реле и контакторов этой схемы, получаемая вычислительной частью системы УСТА с помощью средств ввода дискретных сигналов, чрезвычайно важна для ее корректной работы.

Для измерения частоты вращения коленчатого вала дизеля задействован высоковольтный вход частотного канала. В качестве источника переменного напряжения используется выходное напряжение синхронного возбудителя, которое с помощью трансформатора ТР понижается до 15 … 20 В (при напряжении на выходе возбудиВ). Входной сигнал поступает в модуль Упр. ШИМ, где он преобразуется в гальванически развязанный от внешних цепей сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных однополярных импульсов с амплитудой 5 В. Этот сигнал поступает в модуль ПР, где и определяется частота следования импульсов, пропорциональная частоте вращения ротора синхронного возбудителя, а, следовательно, и частоте вращения коленчатого вала дизеля.

Дискретные управляющие сигналы используются в системе УСТА для управления работой электрических аппаратов схемы тепловоза. Средства вывода этих сигналов представлены в системе модулем ВЫХ выходных ключей. Они используются для управления следующими аппаратами электрической схемы: групповой контактор ВШ1; групповой контактор ВШ2; реле РМ1 - включение реле защиты РУ2 с последующим отключение нагрузки тягового генератора; реле РУ16, обеспечивающее автоматическое переключение возбуждения стартер - генератора с резервного на основное.

Логическим продолжением микропроцессорных систем управления и регулирования электрической передачей тепловозов (МСКУ-1, АСУ «Локомотив», УСТА), разработанных специалистами ВНИКТИ, система МСУ-Т отличается более совершенной элементной базой. Использование современных научно-технических разработок обеспечивает высокие потребительские качества системы МСУ-Т.

Применение системы МСУ-Т на тепловозе позволило исключить из схемы его управления все промежуточные реле управления и также реле времени. Установка в кабине машиниста дисплейных модулей (ДМ) предоставила возможность отказаться от использования пультовых приборов, за исключением приборов контроля тормозного оборудования.

Теперь, находясь в кабине, локомотивная бригада имеет возможность контролировать на ДМ практически все параметры основных и вспомогательных систем тепловоза. В случае возникновения какой-либо неисправности, а также при несанкционированной работе исполнительного аппарата и выходе за предельно допустимое значение любого из опрашиваемых параметров, на ДМ индицируется аварийно-предупредительное сообщение с указанием неисправности.

Следует отметить, что принятые технические решения позволили максимально автоматизировать процесс управления тепловозом, но, тем не менее, первоначальное задающее управляющее воздействие по изменению режима его работы всегда инициируется машинистом.

На тепловозе ТЭП70БС система МСУ-Т выполняет большой перечень функций. В частности, она бесконтактно управляет электрической схемой тепловоза во всех режимах его работы (т. е. действием исполнительных аппаратов система управляет непосредственно с помощью электронных транзисторных ключей, а все промежуточные реле исключены из электрической схемы). Пуск и остановка дизеля осуществляются по команде машиниста.

Система отслеживает все временные интервалы, которые требуются для пуска дизеля. Его пуск блокируется при включенном валоповоротном механизме, отсутствии давления масла и топлива до окончания времени предпусковой прокачки маслом, при установке контроллера машиниста на позицию, отличную от нулевой, а также наличии сигнала «Пожар». Дизель автоматически останавливается тогда, когда появляется сигнал «Пожар», отсутствуют сигналы с блокировок газового пожаротушения и реле РДМ4, возникают сигналы о давлении газов в картере и «Аварийный останов дизеля».

Частота вращения коленчатого вала задается в зависимости от позиции контроллера машиниста. Автоматически снимается нагрузка с дизеля при превышении предельно допустимой температуры воды и масла, пропорционально количеству отключенных тяговых двигателей снижается мощность, снимаемая с зажимов тяговой выпрямительной установки. Турбокомпрессор защищается от помпажа при резком сбросе позиций. Это достигается за счет опережающего снижения напряжения на тяговом генераторе по сравнению с уменьшением частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Обеспечиваются управление электроснабжением поезда, выдача сигналов задания напряжений в локальные микропроцессорные управления возбуждением тягового и вспомогательного генераторов. Формируются внешние и нагрузочные характеристики тягового генератора в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Используется вся свободная мощность силовой установки на тягу и электроснабжение поезда за счет включения в контур регулирования мощности координаты положения индуктивного датчика гидромеханического регулятора дизеля.

Автоматически ограничиваются напряжение и ток тягового генератора, тяговых двигателей в режимах тяги и электрического торможения, ведется защита силовых выпрямительных установок от перегрузок. Автоматически выполняются контроль изоляции низковольтных и силовых цепей, сброс нагрузки при нарушении изоляции силовых цепей, управление контакторами ослабления возбуждения тяговых двигателей.

С помощью системы осуществляется управление электрическим торможением тепловоза от контроллера машиниста и от тормозного крана № 000, формирование характеристик электрического тормоза с учетом заданных ограничений, взаимодействие электрического и пневматического тормозов. Автоматически выполняется замещение электрического тормоза пневматическим при неисправностях или низкой эффективности первого. Поддерживается заданная контроллером машиниста скорость движения поезда при электрическом торможении тепловоза. Обеспечивается проверка исправности электрического тормоза на остановленном тепловозе. Также автоматически ведется защита от боксования, юза и срыва шестерни тягового двигателя.

Система регулирует напряжение генератора электроснабжения по заданной характеристике при включенном и выключенном электроснабжении поезда. Она управляет перераспределением мощности между тяговым генератором и генератором электроснабжения поезда на рабочих позициях контроллера машиниста. Автоматически задается режим работы электропривода тормозного компрессора, регулируется напряжение стартер-генератора, работающего в режиме генератора напряжения бортовой сети тепловоза. Обеспечиваются автоматическая защита электрооборудования тепловоза в различных режимах работы, управление автопрогревом дизеля в холодное время года.

Комплект датчиков и преобразователей используется для измерения различных параметров, с помощью которых выполняются управление и регулирование электрической передачи тепловоза, защита дизеля и электрооборудования, диагностика оборудования и отображение информации на экранах ДМ.

Измерительные преобразователи тока и напряжения используются для контроля: токов якорей всех тяговых двигателей, возбуждения тягового генератора, токов на выходе тяговой выпрямительной установки, возбуждения тяговых двигателей в режиме электрического торможения и возбуждения генератора электроснабжения, токов на выходе выпрямительной установки электроснабжения, электродвигателя компрессора, заряда аккумуляторной батареи , прокрутки дизеля; напряжений на выходах тяговой выпрямительной установки и выпрямительной установки электроснабжения, бортовой сети тепловоза, на зажимах аккумуляторной батареи, а также напряжений для определения сопротивления изоляции силовых цепей и цепей управления.

Индуктивные бесконтактные выключатели измеряют частоту вращения коленчатого вала дизеля, ротора турбокомпрессора, вентиляторов 1-го и 2-го контуров охлаждения дизеля. Датчики избыточного давления измеряют давления: масла на входе в дизель и на выходе из него, в системе смазки тормозного компрессора, редуктора гидронасосов и в редукторе вентилятора центрального воздухоснабжения; топлива на входе фильтра тонкой очистки и на входе в топливные насосы высокого давления.

Введение в схему тепловоза ТЭП70БС дополнительной функции обеспечения электроснабжения поезда повлекло за собой существенное изменение силовой схемы по сравнению с серийным тепловозом ТЭП70.

Система УСТА для тепловозов ТЭ10 И М62: диагностика неисправностей в электрической схеме

В настоящее время на сети дорог России находится в эксплуатации более 100 секций тепловозов типа ТЭ10М(У) и М62(У), которые в период с 1996 по 2001 гг. были оснащены системой регулирования электропередачей и электроприводом (УСТА), разработанной специалистами ГУП ВНИТИ МПС РФ (г. Коломна). До 2005 г. данной системой запланировано оборудовать еще не менее 500 секций.

Прошедшие модернизацию машины водят поезда как в двух- и трехсекционных вариантах (грузовая работа), так и по одной секции (пассажирское движение). За время эксплуатации система зарекомендовала себя как современное, высокотехнологичное изделие, которое позволит в перспективе в значительной мере решить проблемы унификации электрооборудования, снижения номенклатуры запасных частей и сокращения затрат на техническое обслуживание тепловозов.

Применение системы существенно упрощает процесс настройки дизель-генератора на реостатной станции, а в некоторых случаях вообще исключает необходимость ее выполнения. Реализуемое системой регулирование силового оборудования позволяет существенно улучшить тяговые свойства тепловоза.

Как показывает практика эксплуатации модернизированных тепловозов, не все локомотивные бригады и ремонтный персонал депо хорошо представляют принципы работы системы, особенности электрической схемы, в которой она используется, а также способы отыскания возможных неисправностей в электрических цепях. Опыт показывает, что чаще отказы происходят в системах дизеля и штатной схеме локомотива, а не в системе УСТА. Поэтому происходят неоправданные отключения системы, перевод локомотива на аварийный режим возбуждения и даже его отставка от эксплуатации. Публикуемая статья призвана помочь работникам депо разобраться в особенностях технического обслуживания системы на тепловозах типа ТЭ10 и М62.

Система представляет собой электронный блок регулирования УСТА и комплект электронных датчиков-преобразователей, позволяющих получать сигналы из схемы тепловоза и адаптировать их для восприятия микропроцессором, входящим в состав электронного блока. На локомотивах типов ТЭ10 и М62 система:

Регулирует ток в рабочей обмотке возбуждения возбудителя (0 - 20 А);

Обеспечивает постоянство мощности для каждой позиции контроллера машиниста с учетом включения и отключения вспомогательных нагрузок;

Выполняет отсечки по току и напряжению главного генератора, а также защиту от боксования колесных пар;

Включает и отключает электрические аппараты: катушки контакторов ослабления возбуждения тяговых двигателей BШ1 и ВШ2 реле защиты;

Автоматически ограничивает мощность ГГ, соответствующую 10-й позиции контроллера машиниста, при отключении одного и более ТЭД;

Поддерживает напряжение бортовой сети 11б = = 75 В ± 1 %;

Согласовывает эффективную мощность дизеля с потребляемой мощностью нагрузок в зависимости от положения индуктивного датчика или датчика линейных перемещений.

Внешний вид блока регулирования УСТА и расположение разъемов показаны на рис. 1, схема подключения системы к электрическим цепям тепловоза - на рис. 2. При описании проверки электрической схемы имеются в виду кабельные части разъемов.

В блок регулирования УСТА на разъем ХР1 поступают следующие сигналы

На контакты А5 В1, В2 и ВЗ - от электромагнитов МР1 - МР4 регулятора дизеля для определения системой позиции контроллера машиниста;

На контакт В4 - от тумблеров отключателей моторов (ОМ) для определения необходимости ограничения мощности ГГ при отключении ТЭД;

На контакт А4 - от тумблера управления переходами ТУП, который разрешает включение контакторов ВШ1 и ВШ2;

На контакты А1 и А2 - от блок контактов соответственно контакторов ВШ1 и ВШ2 для определения системой состояния этих контакторов;

На контакт A3 - от последовательно соединенных блок-контактов контакторов КВ и ВВ для определения системой состояния схемы возбуждения,

На контакты А6 и А8 - с датчика частоты вращения вала дизеля (типа Д49) для корректировки задания мощности в зависимости от оборотов.

Система обеспечивает питанием индуктивный датчик (контакты С7 и С8), а также прием сигналов о положении его сердечника для согласования эффективной мощности дизеля с суммарной мощностью генератора и вспомогательных нагрузок. Кроме того, на контакт ВО разъема ХР1 подается питание «плюс» 75 В через нормально разомкнутые контакты реле окончания пуска дизеля (зависит от типа тепловоза), а на контакт АО - «минус» 75 В.

В блок регулирования УСТА на разъем XS1 поступают сигналы со следующих датчиков:

Напряжения (ДНГ) - с целью обеспечения обратной связи по напряжению ГГ;

Тока (ДТГ) - для осуществления обратной связи по току ГГ;

Напряжения (ДНВГ) - чтобы достигалась обратная связь по напряжению вспомогательного генератора (ВГ);

Моста сравнения (ДМС) - для ввода в систему сигнала рассогласования с блока диодов сравнения (БДС) при боксовании колесных пар тепловоза;

Линейных перемещений (ДЛП) - с целью поддержания равенства эффективной мощности дизеля, а также мощности генератора и вспомогательных нагрузок.

Датчики ДНГ, ДТГ, ДНВГ и ДМС представляют собой измерительные преобразователи, которые служат для адаптации аналоговых сигналов иэ схемы тепловоза (тока и напряжения) в удобную для системы форму. Датчик ДЛП совместно с электронным блоком (БЭ) по своим конструктивным особенностям устанавливается только на тепловозах с дизелем Д49 и измеряет непосредственно перемещение реек ТНВД. А подключение ИД, так как Он входит в состав регулятора частоты вращения, возможно как на этом дизеле (с установкой или без установки ДЛП), так и на дизеле типа 10Д100. В случае одновременного подключения ДЛП и ИД начальное регулирование происходит по сигналу с датчика линейных перемещений, а при выходе его из строя система автоматически переходит в режим регулирования по сигналу с индуктивного датчика.

Система УСТА управляет следующими нагрузками:

Регулирует ток в обмотке возбуждения возбудителя (вход питания: ХР2 - С1, С2, СЗ, С4; выход на обмотку: ХР2 - В1, В2, В6, С6). При этом следует отметить, что в схеме подключения обмоток возбуждения возбудителя и вспомогательного генератора к блоку регулирования есть отличия. Обмотка возбуждения возбудителя включена между регулирующими силовыми транзисторами блока и минусовыми зажимами схемы тепловоза, а обмотка возбуждения вспомогательного генератора - между «плюсом» схемы и регулирующими силовыми транзисторами. В последнем случае упрощается схема переключения обмотки возбуждения ВГ на регулятор БРН при выходе системы из строя, так как один конец этой обмотки в штатной схеме подключен к «плюсу» (см. рис. 2);

Регулирует ток в обмотке возбуждения ВГ (вход с обмотки: ХР2 - А4, А5, А6, А7; выход на «минус» схемы: ХР2 - ВЗ, В4, В7, С7)

Подает питание через разъем XS2 (вход питания А1 и А2, выход на нагрузку С1 и С2) на катушки контакторов ВШ1 и ВШ2 соответственно;

В случае опасных перегрузок по напряжению или току ГГ подает питание с разъема XS2 (вход питания А4, выход на нагрузку С4) на реле защиты (зависит от типа тепловоза), которое разбирает схему возбуждения.

Кроме того, иэ блока регулирования подается напряжение 15 В с разъема ХР1 (В6, В7) для питания датчиков ДНГ, ДТГ, ДНВГ, ДМС и ДПЛ с БЭ.
Система работает в соответствии с управляющей программой, записанной в процессор, который выдает управляющие сигналы на обмотки электромашин и катушки электрических аппаратов.

Учитывая изложенное, а также принимая во внимание опыт эксплуатации тепловозов при использовании системы, можно выделить следующие неисправности в электрической схеме:

Отсутствие возбуждения или бросок тока (недопустимо высокое напряжение) ГГ;

Нет заряда АБ или высокое напряжение бортовой сети с большим током заряда АБ;

Занижена мощность ГГ по позициям КМ при работе системы;

Неправильная работа контактора ВШ1 или ВШ2; ё неустойчивая работа реле защиты; ё блок регулирования не включается после запуска дизеля (не мигает нижний светодиод на модуле «АЦП» и не горит светодиод на модуле «ПИТ»).

Отсутствие возбуждения, бросок тока или заниженная мощность на нормальном режиме возбуждения могут происходить по следующим причинам:

Обрыв цепи обмотки возбуждения возбудителя. На заглушённом тепловозе необходимо отсоединить разъем ХР2 и проверить мультиметром сопротивление между контактами В1, В2, В6, С6 и зажимом «минус». Оно должно составлять 3 - 4 Ом (сопротивление обмотки возбуждения возбудителя). Далее проверить наличие цепи между контактом 1 (АР) и контактами С1 - С4 разъема ХР2, а также качество контакта в переключателе АР;

Отсутствует входная цепь в блок УСТА через блок-контакты контакторов КВ и ВВ. Надо проверить состояние контакторов КВ и ВВ и их контактов. Установить наличие напряжения 75 В относительно «минуса» на контакте A3 разъема ХР1 при включенных контакторах КВ и ВВ;

Неисправны датчики ДНГ и ДТГ. Для проверки датчиков необходимо отключить провода от зажимов 1)ВЫХ1 и ивых2, а также входных зажимов (0, 75 мВ; 150, 1000 и 1500 В), подключить резистор 1 кОм между зажимами UBblxi и ивых2. а затем подать питание на входные зажимы.

При проверке на тепловозе можно использовать напряжение питания датчиков 15 В и бортовой сети 75 В. Также допускается использовать внешние источники с допустимыми пределами выходного сигнала. В случае имитирования сигнала с шунта рекомендуется применять прибор ИРН. Значения напряжений на зажимах UBb,xi и ивых2 в зависимости от напряжений на входных зажимах указаны в таблице;

Отсутствуют сигналы с электромагнитов МР1 - МР4 регулятора дизеля на входе в систему (ошибочно определяются системой позиции контроллера машиниста). Рекомендуется проверить наличие напряжения 75 В относительно «минуса» на контактах А5 (МР1), В1 (МР2), В2 (МРЗ) и ВЗ (МР4) разъема ХР1 в соответствии с таблицей замыкания контактов контроллера при включении соответствующих электромагнитов;

Занижена или неправильно измеряется частота вращения коленчатого вала дизеля. Следует проверить частоту вращения, выставить ее значение в соответствии с ТУ на дизель или инструкцией по реостатной настройке. Выяснить правильность подключения и величину сопротивления мультиметром резистора СШВВ2 (должна составлять порядка 5 Ом) между контактами А1 и А2 разъема ХР2 и минусовым зажимом;

Неисправен датчик частоты вращения, отсутствуют электрические цепи между контактами А6 и А8 разъема ХР1 блока регулирования и контактами датчика;

Обрыв цепей датчиков тока или напряжения. Необходимо установить наличие и исправность резистора 4,7 кОм между зажимами ивых1 и ивых2 датчика ДТГ. Проверить соответствие показаний вольтметра и амперметра на пульте машиниста измеренным напряжениям на датчиках ДНГ (между зажимами 0 и 1000 В) и ДТГ (0 и 75 мВ). При измерении напряжения с шунта 104 следует использовать милливольтметр и при пересчете учитывать, что току 6000 А соответствует напряжение 75 мВ

Надо также убедиться в наличии напряжения 15 В между зажимами +15 и -15 В датчиков. Проверить исправность электрических цепей от датчиков к блоку регулирования (зажимы UBblx1, ивых2 - разъем XS1). Выявить правильность установки и регулировки индуктивного датчика (при его подключении к системе) или датчика линейных перемещений. При отсутствии или выходе иэ строя этих датчиков система автоматически нагружает дизель-генератор по характеристике фиксированной мощности для данной позиции контроллера машиниста;

Отключен один или несколько тумблеров ОМ1 - ОМ6 или отсутствует контакт в цепи входного сигнала в блок УСТА через эти тумблеры Не будет увеличиваться мощность генератора, начиная с 11-й позиции контроллера. Необходимо при включенных ОМ1 - ОМ6 проверить наличие напряжения 75 В относительно «минуса» схемы на контакте В4 разъема ХР1 и его отсутствие при отключении любого ТЭД. Проверку можно выполнить при работающем дизеле.

Если не включаются или включаются неправильно контакторы ВШ1 и ВШ2, то это может быть вызвано следующими причинами:

Не установлен в рабочее положение тумблер ТУП или отсутствует контакт в цепи от него к блоку регулирования. При включенном тумблере ТУП и перемещении рукоятки контроллера машиниста на 4-ю позицию должно появиться напряжение 75 В относительно «минуса» схемы на контактах А4: ХР1 (признак включения ТУП) и А1, А2: XS2 (питание транзисторных ключей управления ВШ1 и ВШ2). Когда контакторы ВШ1 и ВШ2 срабатывают должно присутствовать или отсутствовать (зависит от схемы тепловоза) напряжение 75 В относительно «минуса» схемы на контактах А1, А2: ХР1, а при замыкании или размыкании вручную блок-контактов ВШ1 и ВШ2 напряжение должно соответственно пропасть или появиться;

Отсутствует цепь питания контакторов ВШ1 и B1U2 от блока УСТА. Надо проверить цепь питания катушек контакторов ВШ1 (катушка ВШ1 - С1: XS2) и ВШ2 (катушка ВШ2 - С2: XS2);

Неисправен блок регулирования, в первую оче редь модули ГР и Вых. Кл. Проверять срабатывание контакторов ВШ1 и ВШ2 можно на стоянке без нагрузки. Для этого необходимо отключить отключатели моторов, включить ТУП и, собрав схему возбуждения ГГ, перевести рукоятку контроллера на 4-ю позицию. После этого система начнет увеличивать напряжение генератора до значения отсечки. При напряжении ГГ, равном 0,8 напряжения отсечки для данной позиции, должен включиться контактор ВШ1, а через 10 с - ВШ2 В случае перевода контроллера на 3-ю позицию контакторы должны отключиться.

Если после запуска дизеля не происходит включение блока регулирования, то это может быть вызвано следующими причинами: не включен тумблер «Питание» на блоке регулирования; вышел из строя предохранитель на передней панели модуля «ПИТ»; нет цепи питания блока от схемы тепловоза. Следует проверить наличие напряжения 75 В между контактами АО и ВО разъема ХР1, а также цепь питания и исправность реле включения блока, которое подключается параллельно катушке реле окончания пуска дизеля.

В редких случаях причиной неисправности блока может являться выход из строя модулей ПР и АЦП. Если отсутствуют неисправности в других модулях и схеме тепловоза, рекомендуется заменить модули ПР и АЦП на заведомо исправные.
Существенно упрощается поиск неисправности как в электрической схеме тепловоза, так и в блоке регулирования системы при использовании переносного пульта, сконструированного и изготовленного специалистами ВНИТИ. Удобство состоит в том, что в этом случае можно определить конкретное направление поиска неисправности, а не выполнять все проверки возможных причин, которые могли бы привести к данному отказу. В инструкции по пользованию переносным пультом подробно рассмотрена методика работы с ним. При этом объясняется содержание выводимой на экран информации в зависимости от режима работы тепловоза.

Переносной пульт представляет собой малогабаритное устройство, соединяющееся отключаемым кабелем, по которому считывается информация с блока регулирования. По этому кабелю в пульт с блока также подается напряжение 5 В для питания его от электрической схемы, что позволяет обойтись без посторонних источников питания. На лицевой панели пульта находятся двухстрочный экран для считывания информации и пять клавиш управления режимами.

Используя клавиши управления режимами, можно выводить на экран следующую информацию: напряжение, В (заданное и измеренное) и ток, А главного генератора; напряжение бортовой сети, В; частоту вращения вала дизеля, об/мин; положение реек ТНВД в условных единицах от 0 до 510 (заданное и измеренное); состояние электрических аппаратов МР1 - МР4, ОМ1 - ОМ6, KB ВВ и ТУП а также согласно поступающим дискретным сигналам; состояние контакторов ВШ1 и ВШ2 по поступающим от них дискретным сигналам; напряжение рассогласования при боксовании колесных пар, В; углы открытия транзисторов ШИМ1 и ШИМ2 в условных единицах от 0 до 6000; команды системы на включения ВШ1 и ВШ2, реле защиты; мощность главного генератора (заданная и измеренная), кВт. Кроме того, пульт дает возможность программировать (записывать) положение реек ТНВД на каждой позиции с целью согласования свободной мощности дизеля с изменяющейся суммарной мощностью нагрузок.

Процесс определения неисправных модулей блока регулирования или датчиков системы с помощью переносного пульта. Контроль правильности считывания дискретных сигналов из схемы тепловоза заключается в проверке соответствия потенциала на входе в блок регулирования показаниям переносного пульта. Так, при напряжении 75 В, поступившем с электрического аппарата на соответствующий входной контакт блока, в информации на пульте о состоянии этого аппарата должен отображаться сигнал «1», а при снятии напряжения - «0». Если после подачи напряжения вместо сигнала «1» продолжает отображаться сигнал «0», то неисправен данный канал модуля гальванических развязок «ГР».

При проверке включения контакторов ВШ1, ВШ2 и реле защиты необходимо создать условия для их включения и проконтролировать при наличии сигналов «0» и «1» у символов ОП1, ОП2 и Аи (соответственно) состояние данных аппаратов (система подает питание на их катушки). Если при наличии сигнала «1» напряжение отсутствует, а при сигнале «0» или «1» проверяемый аппарат все время включен, то неисправен соответствующий ему канал модуля выходных ключей «ВЫХ».

Когда при включении 1-й позиции контроллера под нагрузкой число условных единиц ШИМ1 на экране пульта начинает увеличиваться, а нагрузка при исправной цепи обмотки возбуждения отсутствует, неисправность в первую очередь следует искать в модулях управления ШИМ «Упр. ШИМ» или ключей ШИМ. Если отсутствует зарядка аккумуляторной батареи, а число условных единиц ШИМ2 на экране пульта начинает увеличиваться, то при исправной цепи обмотки возбуждения ВГ неисправность следует искать в модулях управления ШИМ «Упр. ШИМ» или ключей ШИМ. Эти же модули при выходе из строя некоторых входящих в их схему элементов являются причиной лавинообразного нарастания напряжения главного или вспомогательного генератора (резкое увеличение нагрузки, недопустимо большой ток зарядки АБ).

Если имеется питание 75 В на контактах АО и ВО кабельной части разъема ХР1, исправен предохранитель на модуле «ПИТ», то вышел из строя сам модуль питания. Могут быть исправными датчик частоты вращения и его цепи, а показания оборотов на пульте отсутствуют (ОВ = 0), значит не работает модуль «Упр. ШИМ» блока регулирования. Когда цепи датчиков ДТГ, ДНГ и ДНВГ исправны, а показания на пульте напряжения (UG) и тока (IG) ГГ и напряжения (UB) ВГ отсутствуют или отличаются более чем на 5 % от показаний проверенных приборов на пульте машиниста и в ВВК, то отказал датчик, который необходимо заменить. При отказе цепей или самого датчика линейных перемещений показание на пульте Lp = 510 и не зависит от позиции контроллера машиниста. В случае исправности цепей датчика необходимо отключить выходной разъем Х2 блока электроники БЭ.

Внимание! Перед началом поиска неисправностей в системе УСТА необходимо убедиться в нормальной работе дизель-генератора и схемы возбуждения в режиме «Аварийное». Переключать схему возбуждения из режима «Нормальное» в режим «Аварийное» следует только на нулевой позиции КМ при отключенных контакторах КВ и ВВ.

Поиск неисправностей в электрической схеме тепловоза и в блоке регулирования системы также можно выполнять при использовании персонального компьютера (ПК) с соответствующей программой, а также комплекта контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) разработки специалистов ВНИТИ.

Персональный компьютер помимо функций переносного пульта имеет возможность регистрации сорока измеряемых системой параметров с последующим их выводом в графическом виде на экран и принтер. Кроме того, ПК позволяет изменять параметры управляющей программы с целью оптимизации работы системы для конкретного тепловоза.

Контрольно-проверочная аппаратура позволяет при подключении к нему блока регулирования диагностировать его с целью выявления неисправных каналов модулей. Ремонтируют блок регулирования заменой вышедших из строя модулей исправными, которые прилагаются на гарантийный срок службы. Восстанавливать неисправные модули должны высококвалифицированные специалисты депо или представители организации-разработчика системы.

Инженеры М.М. ТИХОМИРОВ, А.В. ЧУПОВ,
С.И. ТАРУНТАЕВ, научные сотрудники ГУП ВНИТИ МПС РФ, г. Коломна

УСТА - микропроцессорная система регулирования электропередачей и электроприводом

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 (ИИД) и С7 (ОИД).
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).
Электрическая принципиальная схема тепловоза входит в комплект эксплуатационной документации тепловоза и состоит из отдельных листов. Для лучшего понимания схема тепловоза условно разделена на несколько отдельных схем: управления, электропередачи, вспомогательных устройств, защиты и сигнализации, освещения.
Все электрические цепи изображены в обесточенном и отключенном состоянии.
Монтаж электрооборудования выполнен по двухпроводной схеме; "плюс" подается на элементы электрооборудования, а "минус" - на сборные устройства зажимов.

Пуск дизеля

Система УСТА не участвует в операциях по автоматическому пуску дизеля, поэтому схема подготовки цепей запуска и автоматического пуска дизеля серийная. Работа схемы пуска дизеля описана в техническом описании на тепловоз. Однако, в связи с тем, что на тепловозе установлен дизель-генератор 1 А-9ДГ исп. 3 и система УСТА, то в схему пуска дизеля внесены изменения.
Они заключаются в следующем:
1) Для исключения поворота коленвала дизеля без прокачки масла из штатной схемы исключается цепь: провод 372, размыкающий контакт КТН, провод 329.
2) Цепь питания ЭТ создается: замыкающим контактом РУ9 при работе дизеля, и контактом ДЗ при прокрутке вала дизеля. При плохой аккумуляторной батарее в момент прокрутки вала дизеля напряжение на ней понижается до 30 В, что приводит к задержке включения блок – магнита ЭТ. Для исключения этого недостатка в схему пуска дизеля введена цепь, позволяющая включать ЭТ после нажатия кнопки пуска дизеля "ПД": плюс, кнопка ПД "Запуск", провод 318, рейка 13/6, провод 323, рейка 2/17, провод 5108 с разделительным диодом ДЭТ2, рейка 5/8, провод 248, катушка ЭТ.
3) Для исключения протекания тока к кнопке ПД «Запуск» после включения Д3 и РУ9 на рейке 5\17 установлен разделительный диод ДЭТ1. Диоды ДЭТ1 и ДЭТ2 подключены встречно и соединяются проводом 5107.
4) В цепь пуска дизеля последовательно замыкающему контакту РДМ1 установлен замыкающий контакт реле давления воды (РДВ), который включается при достижении давления воды в системе охлаждения 0,5±0,05 кг\см2
5) Для исключения влияния больших токовых нагрузок на блок регулирования в момент прокрутки дизеля питание блока от бортовой сети тепловоза поступает только после окончания пуска дизеля. Для этого используется замыкающие контакты реле РУ15 по цепи рейка 1\1…4, провод 5035, замыкающий контакт, провод 5027, рейка 5\1, провод 5026, разъем ХР1 (В0). Катушка реле РУ15 получает питание после запуска дизеля через замыкающий контакт РУ9.
6) Введена схема включения автоматической прокачки масла после остановки дизеля продолжительностью 90 с. Катушка КМН получает питание по цепи: плюс, рейка 1/4, провод 5035(1098), размыкающий контакт реле РУ15, провод 5110(1047), замыкающий контакт реле РВ5, провода 5109, 345, катушка КМН. Выдержку времени 90 с на прокачку масла после останова дизеля задает реле времени РВ 1, по цепи: плюс, рейка 1/1 ...4, провод 5101, размыкающие контакты реле времени РВ1 (А4, А3) с выдержкой времени 90 с, провод 5102, замыкающий контакт реле РВ5, провод 5103, катушка реле РВ5. Катушка реле РВ5 получает питание после запуска дизеля через замыкающий контакт РУ9 по цепи: плюс, автомат А5 "Дизель", провод 314, рейка 5\15, провод 223, рейка 7\10, провод 440, замыкающий силовой контакт контактора КТН, провод 239, клемма К2 РДМ1, РДВ, клемма К1 провода 227, рейка 6\10, провод 228, замыкающий контакт РУ9, провод 1328, рейка 2/5, провод 5105, разделительный диод ДПМ, рейка 2\13, провода 5106, 5103, катушка реле РВ5, провод 5104, рейка 8\1,2(-).

Холостой ход дизеля

Частота вращения вала дизеля изменяется путем затяжки всережимной пружины объединенного регулятора дизеля переключением электромагнитов МР1-МР4. Электромагниты получают питание через контакты контроллера в соответствии с таблицей их замыкания по позициям.
1. Отключена цепь режима холостого хода дизеля. Для этого отключено питание от катушки реле РУ13, из цепи питания катушек блок - магнитов МР1 -МР4 исключены размыкающие контакты реле РУ13, с панели управления пульта машиниста сняты тумблеры включения холостого хода «ХД1» и «ХД2».
2. Реле РУ19, размыкающие контакты которого в режиме холостого хода размыкали цепь питания катушек контакторов КВ, ВВ и реле времени РВЗ, используется в системе УСТА и выполняет защитные функции, описанные ниже подразделах.
3. На дизель-генераторе 1А-9ДГ исп. 3 установлен вентиль ВП6 отключения ряда топливных насосов, который отключает с нулевой по седьмую позиции контроллера половину топливных насосов. Катушка вентиля ВП6 получает питание только после запуска дизеля по цепи: плюс, автомат А5 "Дизель", провод 314, рейка 5\15, провод 223, рейка 7\10, провод440, силовой контакт контактора КТН, провод 236, рейка 9\14, провод 918, размыкающие вспомогательные контакты контакторов Д1, ДЗ, провод 917, рейка 10\13, провод 744, размыкающий вспомогательный контакт контактора ВВ, провод 226, размыкающий контакт реле РУ13, провод 231, рейка 3/14, провод 232, клемма Д8 дизельной коробки, катушка ВП6. С восьмой позиции контроллера машиниста включаются все топливные насосы, для чего параллельно МР3 подключается катушка РУ13 по цепи: рейка 1\19, провод 273, катушка РУ13, провод 1184, рейка 8\10(-)

Тяговый режим

Работа схемы управления тяговым режимом и описание цепей включения питания на катушки (В и Н) электропневматического привода реверсора, контакторов КВ, ВВ, П1-П6, реле времени РВЗ изложено в техническом описании на тепловоз 2ТЭ10М.
Для определения состояния схемы управления тепловозом в блок регулирования УСТА вводятся дискретные сигналы. Информация о включении контакторов КВ, ВВ и, следовательно, о режиме тяги поступает на модуль дискретных входов при включении замыкающих вспомогательных контактов КВ, ВВ, через которые подается напряжение питания по цепи: плюс, рейка 1/1...4, провод 5029, замыкающий контакт ВВ, провод 5018, контакт АЗ внешнего разъема ХР1 блока регулирования УСТА.
При перемещении штурвала контроллера по промежуточным позициям информация о включении блок-магнитов МР1 -МР4 подается в блок регулирования УСТА. Электромагниты питаются от автомата А13 "Управление" через контакты блокировки тормоза БУ, контакты реверсивного механизма контроллера "Вперед" или "Назад" и контакты контроллера в соответствии с таблицей их замыкания по позициям:
 8, провод 271, рейка 1/19, (провод 5022) на контакт В2 внешнего разъема ХР1 блока регулирования УСТА, а также (провод 272) на катушку МРЗ;
 9, провод 276, рейка 1/18, (провод 5021) на контакт В1 ХР1 блока регулирования УСТА, а также (провод 277) на катушку МР2;
 10, провод 280, рейка 1/17, (провод 5020) на контакт А5 ХР1 блока УСТА, а также (провод 281) на катушку МР1;
 2, провод 284, рейка 1/20, (провод 5023) на контакт ВЗ ХР1 блока УСТА, а также (провод 285) на катушку МР4.
Комбинационным переключением блок - магнитов МР1 -МР4 увеличивается или уменьшается затяжка всережимной пружины объединенного регулятора дизеля, что приводит к изменению частоты вращения вала дизеля и подачи топлива. Вследствие этого изменяется частота вращения якорей возбудителя и генератора, а, следовательно, изменяется напряжение и ток тягового генератора.
Темп набора мощности на первой позиции КМ не превышает 20 кВт\с, а на последующих позициях – не более 40 кВт\с.
Мощность тягового генератора вычисляется по формуле:
Pg = Pоб + (Uind – Uind*f)*ng
Где: Uind*f – фиксированное (минимальное) значение положение штока индуктивного датчика в кодовых единицах,
ng – позиция КМ
При отключении или выхода из строя индуктивного датчика работает регулятор фиксированной мощности. Мощность тягового генератора вычисляется по формуле:
Pg = Pоб (ng)

Регулирование мощности тяги

Электрическая передача (силовая цепь) тепловоза 2ТЭ10Мк выполнена по серийной схеме и состоит из: тягового генератора постоянного тока ГП-311Б, шести параллельно соединенных тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, возбудителя В-600, который конструктивно входит в состав двухмашинного агрегата А-706Б.
Тяговый генератор имеет независимое возбуждение. Обмотка возбуждения питается от возбудителя, в свою очередь имеющего намагничивающую Н1-Н2 и размагничивающую НЗ-Н4 обмотки. Первая из них подключена к истоку транзисторов УТ1, УТ2 силового ключа ШИМ1 по цепи: контакты В1,2,6, С6 разъема ХР2 блока УСТА, провода 5041, 5042, шунт 116, провод 468, обмотка Н1-Н2, провод 469, рейка 4/16, провод 449, АР(3), провод 434, рейка 8\20, провод439, минус. Питание на сток транзисторов УТ1, УТ2 силового ключа ШИМ1 подается через силовой замыкающий контакт контактора ВВ по цепи: плюс, рейка 1/1...4, провод 404, силовой замыкающий контакт ВВ, провод 405, замкнутый контакт 1 аварийного переключателя АР (нормальный режим), провода 5039, 5040, контакты С1-4 разъема ХР2 блока регулирования УСТА.
Для защиты силового ключа ШИМ1 от перенапряжений намагничивающая обмотка Н1-Н2 зашунтирована К-Д цепью. Конструктивно диод шунтировки размещен в модуле ключа ШИМ1, при этом катод диода подключен к истоку транзисторов УТ1, УТ2, а анод подключен к контактам А1,2 внешнего разъема ХР2 блока регулирования УСТА. Цепь включения К-Д цепи следующая: контакты А1, 2 разъема ХР2, провод 5043, сопротивление Rдоб3, провод 5047, рейка 8/1,2, минус.
Сопротивление Rдоб3 собрано на резисторах СВПВ и СОР и величина его должна составлять 3 – 5 Ома
Вторая, размагничивающая обмотка НЗ-Н4 возбудителя, включена в общую электрическую схему управления тепловозом при аварийном возбуждении, и питается постоянным для каждой позиции контроллера током по цепи: плюс, рейка 1/1 ...4, провод 404, силовой замыкающий контакт ВВ, провод 405, замыкающий контакт 2 аварийного переключателя АР (аварийный режим), провод 1135, сопротивление СВВ, провод 466, размагничивающая обмотка НЗ-Н4, провод 467, шунт 115, провод 460, контакт 4 переключателя АР, провод 434, рейка 8/20, провод 439, минус.
Ток в намагничивающей обмотке возбудителя Н1-Н2 регулируется системой автоматического регулирования возбуждения тягового генератора (нормальный режим), которая поддерживает постоянство мощности тягового генератора, заданной для данной позиции. Кроме того, системой регулирования обеспечивается ограничение максимальных тока и напряжения генератора.
Для осуществления обратной связи системы УСТА по частоте вращения вала дизеля в систему заведены сигналы со штатного датчика частоты вращения, расположенного на дизеле и от датчика ДТвг. Сигнал от датчика частоты вращения поступает по цепи: клемма К17, дизельной коробки «К», провод 5080, рейка 5\3, провод 5093, контакт А8, клемма К18, дизельной коробки «К», провод 5081, рейка 4\5, провод 5094, контакт А6 разъема ХР1 блока УСТА. Датчик ДТвг первичный сигнал получает от шунта 117 провод 5049, вывод 75 мВ ПН-1, вывод ОВ ПН-1, провод 5050, шунт 117.

Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей

По мере увеличения скорости тепловоза тяговый ток уменьшается, а напряжение увеличивается по гиперболической части внешней характеристики генератора так, что поддерживается постоянной мощность тягового генератора. При определенной скорости наступает ограничение по напряжению. Дальнейшее увеличение скорости вызывает уменьшение тока при постоянном напряжении, что приводит к уменьшению отбираемой мощности. Регулятор дизеля при этом уменьшает подачу топлива, мощность дизеля не будет использоваться полностью и дальнейшего возрастания скорости не будет или будет очень незначительным.
Для возврата генератора в зону полной мощности и расширения диапазона скоростей тепловоза применяется двухступенчатое ослабление возбуждения тяговых электродвигателей (параллельное подключение резисторов обмотки возбуждения).
Так как скорость локомотива мгновенно измениться не может, то сразу же после перехода на ослабленное поле неизменному режиму движения соответствует тяговый режим в нижней части внешней характеристики. Это позволяет вновь использовать гиперболическую часть внешней характеристики при увеличении скорости.
Подключение резисторов шунтировки СШ1 - СШ6 первой и второй ступеней ослабления возбуждения происходит автоматически с помощью групповых контакторов ВШ1 и ВШ2. Команда на включение контакторов ВШ1 и ВШ2 вырабатывается управляющей программой блока регулирования УСТА
Формирование управляющего сигнала перехода на ослабленное возбуждение происходит по напряжению тягового генератора. Выдача команды на включение контакторов ВШ1 и ВШ2 осуществляется при напряжении генератора, равному 7/8 напряжения ограничения для данной позиции контроллера.
Катушки электропневматических вентилей контакторов ВШ1 и ВШ2 подключены к истоку транзисторов выходных ключей блока УСТА по цепи:
контакт С1 разъема ХS2, провод 5030, рейка 5/5, провод 264, катушка ВШ1, минус;
контакт С2 разъема ХS2, провод 5031, рейка 5/4, провод 263, катушка ВШ2, минус.
Для защиты от тока самоиндукции при отключении катушек ВШ параллельно каждой катушки установлен разрядный диод КД202Р.
Питание на сток транзисторов выходных ключей подается по цепи: контакт 7 контроллера, замыкающий с четвертой позиции, провод 259, тумблер ТУП, провод 260, рейка 11\5, провод 261, рейка 4/6, провод 5032, контакты А1, А2 разъемаХS2
Уменьшение скорости движения тепловоза с увеличением тока тягового генератора и снижением напряжения до величины 5/8 напряжения ограничения для данной позиции приводит к последовательному отключению контакторов ВШ2, ВШ1 и восстановлению возбуждения тяговых электродвигателей.
Информация о включении групповых контакторов ВШ1, ВШ2 поступает на модуль дискретных входов при включении вспомогательных замыкающих контактов ВШ1, ВШ2, через которые подается питание по цепи: рейка 7\11, провод 1066, замыкающий вспомогательный контакт ВШ1 (19, 20), провод 501, рейка 5\11, провод 5016. контакт А1 разъема ХР1; замыкающий вспомогательный контакт ВШ1 (19,), провод 1070, замыкающий вспомогательный контакт ВШ2 (19, 20), провод 737, рейка 5\7, 5017. контакт А2 разъема ХР1 блока УСТА.
Тумблер ТУП в цепи питания катушек групповых контакторов ВШ1 и ВШ2 служит аварийным отключателем в случае неисправности в цепях управления ослаблением возбуждения, возникшей при движении поезда.
Информация об отключении тумблера ТУП поступает на модуль дискретных входов по цепи: плюс, контакт 7 контроллера, который замыкается с 4 позиции, провод 259, тумблер ТУП, провод 260, рейка 11\5, провод 261, рейка 4\6. провод 5019, контакт А4 разъема ХР1 блока УСТА.
При отключении тумблера ТУП в блоке УСТА, формируется команда "запрет» включения выходных ключей, управляющих контакторами ВШ1 и ВШ2.

Аварийный режим возбуждения тягового генератора

При выходе из строя системы автоматического регулирования возбуждения тягового генератора (блока регулирования УСТА) переключением переключателя АР в положение "Аварийное" собирается аварийная схема возбуждения. При этом производятся следующие подключения:
1) Размыкается контакт 1 переключателя, в результате чего отключается питание на сток транзисторов VТ1, VТ2 силового ключа ШИМ1, и, следовательно, обесточивается намагничивающая обмотка Н1 -Н2 возбудителя.
2) Замыкаются контакты 2 и 4 переключателя, в результате чего подается напряжение питания на размагничивающую обмотку НЗ-Н4 возбудителя по цепи: плюс, рейка 1/4, провод 404, замыкающий силовой контакт контактора ВВ, провод 405, переключатель АР(2), провод 1135, сопротивление СВВ, провод 466, обмотка НЗ-Н4, провод 467, шунт 115, провод 460, переключатель АР(4), провод 434, рейка 8\20, провод 439, минус.
На каждой позиции контроллера в аварийном режиме возбудитель получает постоянное по величине возбуждение, а, следовательно, напряжение тягового генератора будет изменяться пропорционально частоте вращения вала дизеля и достигать максимального значения на пятнадцатой позиции.
Ограничение максимального тока при аварийном возбуждении отсутствует, поэтому машинисту необходимо контролировать величину тока по прибору на пульте. Для плавного трогания ступени резистора СВВ последовательно шунтируются контактами РУ8 (со второй позиции) и РУ10 (с четвертой позиции).
При боксовании колесных пар тепловоза и срабатывании РБ2 включаются РУ5, которое своим замыкающим контактом (провода 1851,1048) включает реле РУ17. РУ17 своим размыкающим контактом вводит часть сопротивления СВВ, уменьшая напряжение тягового генератора на данной позиции контроллера машиниста.

Аварийный режим при отключении тягового электродвигателя.

При отключении неисправного тягового электродвигателя соответствующим отключателем ОМ1-ОМ6 в цепях управления выполняются следующие операции (рассматриваются на примере отключения первого тягового электродвигатель):
1) разрывается цепь питания катушки поездного контактора П1;
2) шунтируется размыкающийся вспомогательный контакт поездного контактора П1 в цепи питания контакторов КВ и ВВ;
3) вводится в блок регулирования УСТА информация об отключении отключателя мотора ОМ1 по цепи: плюс, провод 421, последовательно соединенные размыкающие контакты отключателей моторов ОМ1-ОМ6, провод 427, рейка 5\13, провод 5024, контакт В4 внешнего разъема ХР1 блока УСТА.
При этом в блоке регулирования УСТА формируется сигнал, который устанавливает уровень мощности тягового генератора в зоне 990-1280 кВт при перемещении штурвала контроллера с 10 позиции и выше.
Поездной контактор П1 силовым контактом (провода 538, 01Ш25) отключает неисправный электродвигатель.
Вспомогательным замыкающим контактом (провода 1101.1314) отключает тяговый электродвигатель от блока БДС защиты от буксования.
Переключения в цепях при выходе из строя других тяговых электродвигателей аналогичны.

Сигнализация и защита электрооборудования

Защита тягового генератора от внешнего короткого замыкания, перегрузки и перенапряжения.
Кроме указанных в техническом описании на тепловоз 2ТЭ10М защит и сигнализации, система УСТА дополнительно выполняет защиту тягового генератора от внешнего короткого замыкания, перегрузки и перенапряжения. Для этого в схему управления тяговым режимом включено реле РУ19, которое в серийной схеме использовалось для включения холостого режима.
Катушка реле РУ19 подключена к истоку выходного ключа блока регулирования системы УСТА по цепи: контакт С4 внешнего блока регулирования УСТА, провод 5034, рейка 4/14, провод 1943, катушка реле РУ19, минус. Для защиты от тока самоиндукции при отключении реле параллельно катушки установлен разрядный диод.

При увеличении напряжения генератора свыше 850 В или при увеличении тока генератора свыше 7200 А в блоке регулирования УСТА формируется управляющий сигнал, который включает выходной ключ, подающий питание на реле РУ19, которое срабатывает и своим размыкающим контактом размыкает цепь питания катушки реле РУ2, контакт которого, в свою очередь, размыкает цепь питания катушек КВ и ВВ, а другим размыкающим контактом (провода 1051, 311) размыкает цепь питания катушки реле РВЗ. Таким образом, происходит сброс нагрузки с включением сигнальной лампы ЛН1.

Защита от боксования

Электрическая схема тепловоза предусматривает работу тягового генератора при отсутствии боксования по внешней характеристике, а в случае его возникновения по характеристикам с мало изменяющимся напряжением (жестким динамическим характеристикам по напряжению), препятствующим развитию боксования. Для получения таких характеристик применяется алгоритм корректировки возбуждения тягового генератора по сигналу с блока БДС. Вход блока БДС соединен с каждым тяговым электродвигателем через замыкающие вспомогательные контакты поездных контакторов: П1 (провода 1101,1314); П2 (провода 1112,1315); ПЗ (провода 1107,1316); П4 (провода 1122,1317); П5 (провода 1117,1318); П6 (провода 1127,1319).
В блоке БДС производится сравнение потенциалов, поступающих с обмоток возбуждения тяговых электродвигателей и выделение их максимальной разности.
На выход блока БДС подключен датчик напряжения ДМС (провода 5003, 5004), в котором сигнал максимальной разности преобразуется в нормализованный с уровнем ± 5 В (± 5 мА).
Кроме этого, на выход блока БДС включено реле боксования РБ2. При боксовании РБ2 срабатывает и через его замыкающий контакт подается питание на реле РУ5. Замыкающие контакты РУ5 подают напряжение на сигнальную сирену СБ и лампу ЛН1. Информация о срабатывании реле боксования РБ2 не поступает в блок регулирования УСТА.
При боксовании алгоритм корректировки возбуждения тягового генератора предусматривает два режима работы системы УСТА - статический, более грубый, и динамический, более точный.

Статический режим.

Из-за различий скоростных характеристик тяговых электродвигателей и износа бандажей колёсных пар даже при отсутствии боксования на выходе блока БДС выделяется опорный сигнал. Поэтому в статическом режиме задаются две установки, величина которых превышает опорный сигнал.
В случае возникновения боксования сигнал максимальной разности на выходе БДС увеличивается и, когда его значение становится больше значения первой установки, записанного в управляющей программе, в блоке регулирования УСТА формируется команда на поддержание напряжения генератора постоянным, что способствует прекращению боксования.
Если происходит дальнейшее боксование и величина сигнала максимальной разности становится больше величины второй установки, то в блоке регулирования УСТА формируется команда на медленное уменьшение напряжение генератора, что приводит к прекращению боксования.

Динамический режим.

В этом режиме в блоке регулирования формируются управляющие сигналы по скорости изменения сигнала максимальной разницы. При увеличении скорости изменения сигнала максимальной разницы и при превышении заданной установки в блоке регулирования УСТА формируется команда на поддержание напряжения генератора постоянным, что способствует прекращению боксования.
Если происходит дальнейшее боксование и скорость изменения сигнала максимальной разности продолжает увеличиваться, то в блоке регулирования УСТА формируется команда на медленное уменьшение напряжение генератора, что приводит к прекращению боксования.
После прекращения боксования система регулирования УСТА переходит на регулирование мощности тягового генератора по внешней характеристике.

Схема вентиляторов фильтров очистки воздуха.

Для очистки воздуха, поступающего в турбокомпрессор дизеля,применяются два фильтра циклонного типа. Конструкцией фильтра предусмотрен отвод загрязнений центробежным вентилятором наружу. Приводом вентилятора служит электродвигатель постоянного тока П-11. Вентиляторы должны включаться и работать весь период работы дизеля. Для автоматического включения и отключения вентиляторов на тепловозе смонтирована схема, которая состоит из: контактора КВФ типа МК1-20, двух автоматических выключателей А63, двух электродвигателей П-11.
Катушка контактора получает питания после включения РУ9 по цепи: замыкающий контакт РУ9, провод 1328, рейка 2\5, провод 5200, рейка 4\19, провод 5201, рейка 9\20, провод 5202, катушка КВФ, провод 503, рейка 9\3, минус.
Электродвигатель правого фильтра получает питание по цепи: плюс ВГ, провод 5208, автомат А21, провод 5209, силовой контакт контактора КВФ, провод 5210, рейка 4\20, провод 5211, П-11, провод 5212, рейка 6\20, провод 5213, минус ВБ.
Электродвигатель левого фильтра получает питание по цепи: плюс ВГ, провод 5204, автомат А20, провод 5205, силовой контакт контактора КВФ, провод 5206, П-11, провод 5207, минус ВБ.