3.3 Датчики
В зависимости от выбранных или заданных параметров (контролируемых величин) выбираются датчики: тока, напряжения, скорости, давления, силы и т. п. Необходимо иметь в виду, что подавляющее большинство систем авторегулирования и автоуправления (а на ЭПС – практически все) строится на электрическом принципе. Поэтому независимо от физической природы контролируемой величины выходной сигнал датчика, как правило, один: электрическое напряжение в вольтах. Таким образом, датчики органически включают элемент преобразования сигналов.
В автоматизированных системах управления ЭПС по току и скорости требуются датчики соответствующих величин. Если управление ведется по тяговому (тормозному) усилию, то информацию об этом получают косвенным путем.
3.3.1. Датчики тока. В качестве датчиков переменного тока используют измерительные трансформаторы. Датчики постоянного тока на ЭПС с целью гальванической развязки высоковольтных цепей и управления выполняют в виде трансформаторов постоянного тока (ТПТ) на базе магнитных усилителей. На электровозе ВЛ80р в цепях измерения используются датчики тока (ДТ-039) со следующими техническими данными:
напряжение питания 127 В;
коэффициент трансформации 1240 мА/А;
сопротивление нагрузки 44 Ом;
номинальный первичный ток 1100 А;
режим работы длительный.
3.3.2. Датчики скорости. В системах автоуправления ЭПС используются тахогенераторные датчики скорости, устанавливаемые в буксовом узле и механически соединенные с осью колесной пары.
Внешнюю характеристику тахогенератора можно считать линейной
(13)
датчик в целом – безынерционным, а
передаточный коэффициент
является, по существу, масштабным
коэффициентом, переводящим скорость
(км/ч или м/с) в вольты. При проектировании
можно условно считать, что километру в
час соответствует один В выходного
напряжения.
3.3.3. Датчики силы. Непосредственное измерение силы (тяги и торможения) хотя принципиально и возможно с помощью тензометрических или подобных им устройств, однако в эксплуатационных условиях на ЭПС такие датчики еще не нашли практического применения. Поэтому информацию о силах тяги или торможения получают косвенным путем, для чего используются функциональные преобразователи.
Рис. 4
Так, например, информацию о величине тормозной силы можно получить, выполнив в соответствии с выражением
,
(14)
две операции: функциональное преобразование по нелинейному закону тока возбуждения Iв в магнитный поток Ф; перемножение магнитного потока и тока якоря с учетом масштабных коэффициентов. Функционально датчик силы состоит из нескольких элементов (рис. 6), чаще всего нелинейных, взаимодействующих между собой на принципе вычислительных устройств непрерывного действия. Часто операции функционального преобразования и перемножения совмещаются в одном устройстве.
Поскольку для исполнения функциональных преобразователей используются быстродействующие (часто – электронные) элементы, в динамическом режиме их можно считать безынерционными.