Исследование работы устройств систем автоматического управления. Часть 1

Министерство транспорта Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Российский университет транспорта (МИИТ)» 

__________________________________________________________________ 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Электропоезда и локомотивы» 

 

 

 

О.Е. Пудовиков, А.А. Чучин 

 

 

Исследование работы устройств систем автоматического управления 

Часть 1 

 

 

 

Учебно-методическое пособие 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2018 

Министерство транспорта Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Российский университет транспорта (МИИТ)» 

__________________________________________________________________ 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Электропоезда и локомотивы» 

 

 

О.Е. Пудовиков, А.А. Чучин 

 

 

Исследование работы устройств систем автоматического управления 

Часть 1 

 

 

 

 

Учебно-методическое пособие 

для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог»  

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2018 

УДК 629.4 

П88 

 

Пудовиков О.Е., Чучин А.А. Исследование работы устройств систем 

автоматического управления. Часть 1: Учебно-методическое пособие по под-

готовке к лабораторным работам по дисциплине «Теория систем автоматиче-

ского управления». – М.: РУТ (МИИТ), 2018. – 21 с. 

 

 

В учебно-методическом пособии даны рекомендации к подготовке и 

выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория систем автомати-

ческого управления». В процессе выполнения лабораторных работ студенты 

получают знания по работе устройств систем автоматического управления 

электроподвижным составом. 

Для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных 

дорог». 

 

Рецензент: Гречишников В.А., д.т.н., профессор кафедры «Электроэнергети-

ка транспорта» РУТ (МИИТ) 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

                                        © РУТ (МИИТ), 2018 

 

Содержание 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ 

АВТОМАТИЧЕСКОГО ПУСКА ЭЛЕКТРОПОЕЗДА………………. 
4 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 

УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА.…………….. 
10 

Литература ……………………………………………………………… 
20 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ 

АВТОМАТИЧЕСКОГО ПУСКА ЭЛЕКТРОПОЕЗДА 

 

1. Цель работы 

Получение навыков испытания и регулирования параметров устройств 

системы автоматического пуска электропоездов. 

 

2. Краткие теоретические сведения 

 

На электроподвижном составе со ступенчатым регулированием функ-

цию исполнительного устройства системы автоматического пуска выполняет 

силовой контроллер, при помощи которого осуществляется переключение 

позиций силовой схемы. В настоящее время на электропоездах, поездах мет-

рополитена и пассажирских электровозах при ступенчатом регулировании 

используют автоматизацию по принципу стабилизации пускового тока при 

одностороннем вращении силового контроллера. Рассмотрим работу системы 

автоматического пуска электропоезда. 

В каждом моторном вагоне электропоезда установлен односторонний 

силовой контроллер с пневматическим электроприводом, с помощью которо-

го происходят переключения отводов пускового реостата. Вывод секций пус-

кового при пуске осуществляется по принципу стабилизации пускового тока 

тяговых двигателей моторного вагона. Управление силовыми контроллерами 

отдельных моторных вагонов электропоезда осуществляется независимо. Это 

позволяет развести во времени переключение отводов пусковых реостатов 

моторных вагонов и сделать разгон электропоезда более плавным. 

Для управления силовым контроллером электропоезда используется 

реле ускорения и торможения типа Р-40. Упрощенная схема системы автома-

тического управления (САУ) электропоезда представлена на рис. 1.1.  

Рисунок 1.1. Упрощенная схема САУ  электропоезда 

 
На электропоезде она работает в режиме ускорения, обеспечивая раз-

гон электропоезда. Реле имеет магнитопровод М (рис. 1.2) с большим воз-

душным зазором, мало изменяющимся при включении реле и якорь Я, уста-

новленный на призматическом упоре У. На якоре установлен блок-контакт 

1РУ. На сердечнике магнитопровода размещены две согласно действующие 

катушки: силовая С, включенная последовательно в цепь тяговых двигате-

лей, и подъемная П, включенная в цепь регулирования. Изоляция между ка-

тушками рассчитана на полное напряжение сети. Вдоль якоря размещена от-

ключающая пружина ВП, прикрепленная одним концом к кронштейну приз-

матического упора, а другим к якорю.  

При отсутствии магнитного потока, а также, когда магнитный поток 

силовой С и подъемный П катушек не в состоянии удержать якорь Я в при-

тянутом состоянии (силовой ток тяговых двигателей мал), последний под 

действием пружины ВП отпадает и замыкает свой блок-контакт 1РУ. При 

этом подается напряжение на электропневматический клапан силового кон-

троллера РК моторного вагона и происходит автоматический набор позиции, 

а, следовательно, уменьшение величины сопротивления пускового реостата 

Rп и рост силового тока тяговых двигателей ТД. 

Рисунок 1.2. Реле ускорения типа Р-40

 

При достижении тока тяговых двигателей порогового значения Iприт 

(рис. 1.3), действие магнитного потока силовой и подъемной катушек станет 

сильнее, чем пружины, и якорь реле притянется, размыкая блок-контакт. Пи-

тание электропневматического клапана прекращается и силовой контроллер 

останавливается на фиксированной позиции. 

 

Рисунок 1.3. Релейная характеристика реле ускорения

 

После окончания перехода на очередную позицию ток силовой катуш-

ки, по мере увеличения скорости моторного вагона, уменьшается, и когда он 

упадет до значения Iотп, якорь реле ускорения отпадает и замыкает контакты 

цепи питания электропневматического клапана силового контроллера, про-

исходит набор очередной позиции. В процессе пуска обеспечивается пуско-

вая диаграмма. 

Ток отпускания Iотп и притяжения Iприт якоря реле |Iприт - Iотп|=ΔI опреде-

ляется коэффициентом KнI неравномерности пуска по току регулируют изме-

нением величины магнитного зазора между якорем и магнитопроводом 

упорным винтом В (грубая регулировка) или натяжением отключающей 

пружины ВП (точная регулировка). Кроме того, машинист может изменять 

ток Iотп, меняя ток подъемной катушки с помощью кнопочного выключателя 

ПУ – пониженное ускорение электропоезда (рис. 1.1). Изменение уставки ре-

ле также происходит при боксовании, когда реле боксования РБ замыкает 

свой контакт в цепи подъемной катушки. 

Функциональная схема системы автоматического пуска электропоезда 

с принятыми обозначениями представлена на рис. 1.4, а характеристика эле-

мента ПУ2 - на рис. 1.3. Дополнительно введены обозначения: FВП и FЭ – со-

ответственно сила возвратной пружины и электромагнитная сила; FМC и 

FМП – магнитодвижущая сила силовой и подъемной катушек.   

 

Рисунок 1.4. Функциональная схема САУ пуска электропоезда

На электропоезде  реле Р-40 используют также в качестве реле моторного 
тока РМТ. РМТ служит для защиты тяговых двигателей от перехода в двигательный 
режим при рекуперативном торможении (когда скорость движения 
электропоезда мала). 

При рекуперативном торможении ток двигателей имеет противоположное 
тяговому режиму направление и магнитный поток силовой катушки 

направлен встречно магнитному потоку подъемной катушки и якорь реле 

находится в отпущенном состоянии. Как только направление тока в силовой 

катушке изменится, магнитные потоки обеих катушек складываются и якорь 

реле притягивается, в результате чего происходит замещение рекуперативного 
торможения реостатным с независимым возбуждением., 

 

3. Описание лабораторного стенда 

 

При выполнении лабораторной работы испытание и регулирование реле 
Р-40 производится на специальном стенде (рис.5). Установленное на стенде 
реле электропоезда (силовая катушка С) запитывается силовым током от 

мощного низковольтного генератора Г. Подъемная катушка П реле и обмотка 

возбуждения ОВГ генератора подключаются к сети постоянного напряжения 

50В последовательно с переменными резисторами Rpп, Rpc которыми осу-

ществляется регулирование силового тока и тока подъемной катушки. Для 

снятия характеристик реле на стенде установлен амперметр А для измерения 

силового тока и миллиамперметр А для измерения тока подъемной  катушки. 

Рисунок 1.5. Принципиальная схема испытательного стенда

 

4. Рабочее задание 

 

4.1. 
Изучить конструкцию реле ускорения. 

4.2. 
Собрать схему питания только для силовой катушки от генерато-

ра Г и измерить токи Iотп и Iприт. Построить релейную характеристику реле 

ускорения. 

4.3. 
Собрать схему питания подъемной катушки и измерить Iотп и Iприт 

при согласном и встречном включении катушек. Построить характеристику 

реле U(I). Определить направление включения катушек. 

4.4. 
Изучить способы регулирования токов Iотп и Iприт реле. Настроить 

реле ускорения на заданные значения тока отпускания Iотп тока притяжения 

Iприт якоря реле. 

4.5. 
При выключенной подъемной катушке определить чувствитель-

ность реле к изменению настройки. Для этого по отдельности повернуть на 1-

2 оборота винты регулировки натяжения отпускающей пружины и винта за-

зора. Вычислить коэффициенты чувствительности для токов отпускания и 

притяжения: 

 
 
отп
отп

отп

dI
dI
К
d



 , 

 
 
прит
прит

прит

dI
dI
К
d



 , 

где  – угол поворота винтов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 

УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА 

 

1. Цель работы 

Изучение устройства и принципа действия электромагнитного и элек-

тронного датчиков тока; исследование работы и снятие экспериментальных 

характеристик датчиков тока. 

 

2. Краткие теоретические сведения 

 

Датчики тока (ДТ) в системах автоматического управления электропо-

движного состава (э.п.с.) являются измерительными устройствами и генери-

руют на выходе электрический сигнал (напряжение), пропорциональный 

фактическому значению регулируемой величины – току тяговых двигателей. 

Датчики тока, устанавливаемые в силовых цепях э.п.с., помимо изме-

рения регулируемой величины, должны обеспечивать гальваническое разде-

ление входных (силовых) и выходных (системы управления) цепей, отлича-

ющихся по напряжению. 

 

2.1 Электромагнитный датчик тока 

 

Датчики тока выполняют на основе трансформаторов постоянного тока 

(ТПТ), которые обычно используют принцип магнитного усилителя. Такие 

датчики тока называют электромагнитными. Магнитный усилитель – это 

электромагнитный аппарат, в котором для плавного регулирования перемен-

ного тока используют изменение индуктивного сопротивления катушки с 

сердечником при подмагничивании ее постоянным током. 

На электровозах ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р в датчике ДТ-020 использован 

ТПТ (рис. 2.1), выполненный на одном магнитном сердечнике.