Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 10

2 (рис. П2.2, П2.3).Для настройки релейного регулятора потокосцепления необходимо определить границы гистерезисного допуска (ширину петли). Для настройкирелейного регулятора момента, кроме гистерезисного допуска нужно такжезнать зону нечувствительности при её наличии. Наряду с этим необходимыкоэффициенты усиления датчиков цепей обратных связей. На выходе релейных регуляторов возникает сигнал в виде следующих поочерёдно прямоугольных импульсов, имеющих единичную амплитуду.

Частота, с которойследуют импульсы, зависит преимущественно от внутренних параметроввходящих в контур динамических звеньев.Если в контуре используется двухпозиционный релейный регулятор беззоны нечувствительности (рис. 2.12 а), а регулируемый объект является апериодическим звеном первого порядка, то для контура релейного регулирования структурная схема имеет следующий вид (рис. 2.13) [65; 85].64Рис. 2.13.

Схема структурная контура для контура с релейным регулятором,представленным на рис. 2.12аДля релейного регулятора частота импульсов на выходе fрег может бытьопределена по формуле:f рег =kop ⋅ koc2π ⋅ ( 2b ) ⋅ Top,(2.20)где kор - коэффициент усиления для объекта регулирования (ОР); Тор - постоянная времени ОР; kос - коэффициент усиления линейного датчика в цепи обратной связи.Определение для установившегося значения выходного параметра Yустамплитуды отклонений ∆Y от данного значения при работе релейного регулятора вычисляется по формуле:∆Y =2b⋅ Y устk oc(2.21)Оптимальную настройку для контура с релейным регулятором можно найти,решив совместно уравнения (2.20) и (2.21) [65;85].Когда объект регулирования можно представить апериодическим звеном второго порядка, а релейный регулятор является двухпозиционным релес гистерезисным допуском и зоной нечувствительности (рис.2.12б), то протекающие процессы и настройки более сложны, и структурную схему объекта65можно представить в следующем виде (рис.

2.14).Рис. 2.14. Схема структурная контура для контура с релейным регулятором,представленным на рис. 2.12бДля обеспечения устойчивости функционирования контура с любым релейным регулятором необходимо поддерживать автоколебательный режимработы релейного регулятора [85;112]. В противном случае происходит потеря работоспособности системы.В функциональной схеме (рис.2.3) имеется также релейный регуляторпроскальзывания колёс РСК (рис. 2.15)Рис. 2.15.

Двухпозиционный релейный регулятор проскальзывания колёсФункционирование РСК описывается следующими уравнениями:(2.22)66Кроме нелинейных релейных регуляторов СУ ТЭП (рис. 2.3) имеет регулятор скорости во внешнем по отношению к моменту контуре скорости.Этот регулятор является линейным, обычно это пропорциональный (П) илипропорционально-интегральный (ПИ) регулятор [85; 86; 65]. Но возможнотакже применение пропорционально – интегрально - дифференциального(ПИД) регулятора. В целом это замкнутый контур с обратной связью по угловой скорости АД.

Для получения сигнала целесообразно использовать датчик скорости (частоты ращения) например, импульсный. Возможна и бездатчиковая система, где частота вращения ротора вычисляется по модели АД сиспользованием измеренных значений фазных напряжений и токов. Однакоприменение такой системы снижает точность и диапазон регулирования, поэтому в системах с реализацией предельного сцепления её применять не стоит, предпочтительно использовать датчик.В ряде работ произведена приближённая аналитическая оценка параметров СУ ТЭП, необходимых для использования потенциальных условий сцепления на 90 %.

Для этих целей система ТЭП представлена как источникмомента апериодическим звеном (обобщенным преобразователем) с постоянной времени Тэмп [36;72;65]Wм ( s ) =1(2.23)Tэмп + 1И с использованием такого представления получены формулы для приближённой оценки коэффициента усиления пропорционального регулятора скорости (частоты вращения) АД и максимально допустимой постоянной времени обобщённого преобразователя (источника момента) (2.23). Согласно выведенным соотношениям коэффициент усиления для регулятора kрс долженбыть больше следующей величины [36]k рс > 5 ,4ψ 0 N оRк2µk эмп k ос,(2.24)67Одновременно постоянная времени источника момента не должна превышать вычисляемого с учётом параметров ТЭП значенияТ эмп < 0 ,09JΣ,ψ 0 max Rк2 N о(2.25)где ψ0max = 0,4 – принятый условно за максимальный коэффициент сцепления; No – вертикальная нагрузка оси; μ – передаточное число для редуктора;Rк – радиус колёс оси; kэмп – коэффициент усиления обобщённого преобразователя, получаемый путём деления максимального момента АТД на заданиемомента; kос – коэффициент обратной связи для контура скорости; J∑ – приведенный к оси колес общий момент инерции привода [65]J Σ = J бш + J к + ( J мш + J р ) × µ 2 ,(2.26)где Jбш, Jк, Jмш, Jр, − моменты инерции большой шестерни, колесной пары,малой шестерни, ротора соответственно.Минимальное значение коэффициента усиления пропорциональногорегулятора скорости АТД для магистральных тепловозов 2ТЭ25А и маневровых тепловозов ТЭМ21, ТЭМ9H находится в диапазоне 110 – 180 (приблизительно, как и у электровозов).

В то же время постоянная времени обобщённого преобразователя тепловозов должна быть меньше, чем у электровозов, - в диапазоне 0,0025 – 0,003 с из-за меньшего момента инерции ТЭП длятепловозов [65]. Тогда как у электровозов она составляет (0,004 –0,005 с)[36;72]. Система разрывного управления обеспечивает наибольшее быстродействие, что обуславливает целесообразность её применения в тяговомэлектроприводе.Так как во внутреннем контуре ТЭП с DTC используется гистерезисныйрелейный регулятор, то можно настраивать линейный регулятор частотывращения АД по приближённым формулам, в частности, для пропорционально-интегрального регулятора [65;85]:68k рс ≈J Σ ⋅ kом ⋅ f рмT рс ≈4 kос ⋅ψ sm;(2.27)32 kосψ sm,2J Σ kом f рмгде Трс - постоянная времени ПИ-регулятора; kрс - коэффициент усиления ПИрегулятора; ψsm- амплитуда номинального потокосцепления статора АД; fрм частота автоколебаний регулятора момента; kом - коэффициент обратной связи по моменту АД.Для обеспечения требуемого качества переходных процессов, а такжедостижения допустимого значения статической ошибки по скорости при использовании пропорционального регулятора скорости настройки данного регулятора могут варьироваться в системах разрывного управления в весьмашироких пределах.

Однако в целом быстродействие СУ определяющим образом зависит от частоты автоколебаний релейного гистерезисного регулятораконтура момента АД.На основе вышеизложенного составлена модель электрической подсистемыприводатепловозаТЭМ9HсредствамиосновнойбиблиотекиMatLab/Simulink, выполнены пробные расчёты. На рис. 2.15 в качестве примера представлены результаты моделирования динамических процессов припереходе с многократной коммутации на однократную коммутацию вентилейАИН на периоде выходного напряжения. Моделирование выполнено дляТЭП тележки (рис.

2.3), причём модель, составленная для электрической части совмещена с упрощённой моделью для механической подсистемы привода, математическое описание которой приведено в следующем разделе (разделе 3).При переходе во второй зоне на однократную коммутацию, мы продолжаем, переключая вентили инвертора, вращать вектор напряжения (а значит, и потокосцепления) статора (вектора показаны на диаграмме рис. 2.10), с69требуемой частотой, которая определяется по частоте вращения ротора (fвр) иабсолютному скольжению f2 по формуле (1.5).а)б)в)Рис. 2.15.

Результаты моделирования динамических процессов при переходе с многократной на однократную коммутацию вентилей АИН: а - вращающий момент АТД1 (МД1); б) скорость локомотива (Vл) и колес первой оси (Vк1,2_1); в) напряжение на двигателях первой тележки (UД1-Д2) и фазный ток АТД1 (IД1) (увеличено)Из графиков видно, что качественно картина ожидаема, происходитпереход на однократную коммутацию АИН, сопровождаемый переходнымпроцессом, который быстро затухает, локомотив продолжает разгоняться.70Количественная оценка достоверности результатов моделированияпроизводилась путем сравнения расчетных осциллограмм (рис. 2.16) с экспериментальными данными, полученными при испытаниях тепловоза ТЭМ9H(рис. 2.17).Рис.

2.16. Результаты моделирования ТЭП ТЭМ9H: I - ток статора по оси ;М – электромагнитный момент; ᴪ - потокосцепление статора по оси В модель были подставлены параметры асинхронного двигателяАД917УХЛ1, установленного на ТЭМ9H, моделирование производилось притех же значениях напряжения в промежуточном контуре, скорости локомотива и задания на момент, что и в эксперименте (рис. 2.17). Ширина релейного коридора для электромагнитного момента АТД была подобрана такой же,как на экспериментальных осциллограммах, чтобы обеспечить примерноодинаковую частоту коммутаций в эксперименте и расчете.71Рис. 2.17.