Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 13

Причем,к экспоненциальному моменту ротора АТД1 первой оси, начиная с t=10 сек.,была добавлена гармоническая составляющая амплитудой 2000 Нм с линейно изменяющейся частотой от 0 до 100 Гц за 10 сек. (рис. 3.11).Рис. 3.11. Крутящие моменты, приложенные к роторам АТД90Исследование выполнено при ψ0 = 0,35 (рис. 3.12, без срыва сцепления) и ψ0 = 0,25 (рис. 3.13, со срывом сцепления). Там, где частота вынужденных колебаний с линейно нарастающей частотой совпадает с собственнойчастотой системы, наблюдаются резонансы.абаРис. 3.12.

Резонансы в механической части ТЭП ТЭМ9H без срыва сцепления:а) вертикальные нагрузки колёс 1-й и 2-й осей; б) крутящие моменты 1-й и 2-й осей;в) усилия в зубчатом зацеплении редукторов1-й и 2-й осей91абвРис. 3.13. Резонансы в механической части ТЭП ТЭМ9H без срыва сцепления:а) вертикальные нагрузки колёс 1-й и 2-й осей; б) крутящие моменты 1-й и 2-й осей;в) усилия в зубчатом зацеплении редукторов1-й и 2-й осейНа графиках видно, что при потере сцепления появляются колебания82 Гц (рис.

3.13б) с узлом на оси. Частота 82Гц соответствует первой собст92венной81,94 Гц рассчитанной методом конечных элементов. При срывесцепления гармонический состав резонансных частот несколько меняется,что согласуется с работами [59;61;62]. В режиме без срыва сцепления наиболее существенно выражены резонансы на частотах 4, 6, 21 и 42 Гц.

При срыве сцепления наибольшие резонансы наблюдаются при частотах 4, 11, 21 и 82Гц.3.3. Выводы по разделу 31. Разработаны математические и компьютерные модели механическойподсистемы ТЭП гибридного тепловоза ТЭМ9H с опорно-осевой подвескойАТД и упругим зубчатым колесом.2. Определённые при моделировании средние статические вертикальные нагрузки колёс в начале движения составляют 10,98 тонн и соответствуют аналитическим расчетам.3.

Выявлена существенная неравномерность распределения вертикальных нагрузок осей в тормозных и тяговых режимах, причём при увеличениимоментов АД она возрастает: в режиме тяги первые оси тележек разгружаются, вторые – нагружаются. В режиме торможения – наоборот. Такое распределение нагрузок при работе АД определяется конструктивными особенностями локомотива и соответствует аналитическим прогнозам.4.

Различие вертикальных нагрузок между первой и второй осью тележки может доходить до 10,8 тонн при номинальных вращающих моментахна валу двигателей.5. На основе моделирования определены резонансные частоты механической части привода: без срыва сцепления наиболее ярко выражены резонансы на частотах 4, 6, 21 и 42 Гц. При срыве сцепления - 4, 11, 21 и 82 Гц.93РАЗДЕЛ 4. КОМПЛЕКСНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИТЭП С СОВМЕСТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ АТД И ИССЛЕДОВАНИЕРЕЖИМОВ РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕДЕЛЬНЫХ УСИЛИЙКомплексные электромеханические модели предполагают соединениемоделей электрической (силовой и управляющей) и механической подсистемТЭП в единую модель, учитывающие динамику электрической и механической части ТЭП в их взаимодействии и взаимовлиянии.

Комплексные модели выполнены, как с упрощенной механической подсистемой, - вMatLab/Simulink, так и с детализированным представлением механическойчасти, - на основе совмещения ПК MatLab/Simulink и UM при помощи специального интерфейса CoSimulation [102,103,114].4.1. Создание комплексных моделей ТЭП с совместным регулированиемАТДНа первом этапе логичной и методически правильной является разработка модели ТЭП с упрощённой механической частью. При создании такоймодели по уравнениям (3.1-3.11) с учётом табл.

3.1, 3.2 в MatLab/Simulink издинамических звеньев составляется блок-диаграмма механической подсистемы ТЭП для одной оси локомотива и оформляется в виде подсистемы. Навыходе подсистемы имеются рассчитываемые угловые скорости и моментывсех учитываемых элементов расчётной схемы (3.1), а также силы тяги колес.Разработанная модель МЧ ТЭП оси дублируется для второй оси тележки. Навход моделей механической части первой и второй осей подаются электромагнитные моменты первого и второго АТД соответственно (АТД1 и АТД2,рис. 2.3) из модели электрической подсистемы ТЭП тележки, составленнойна основе уравнений (2.1-2.14; 2.17-2.19; 2.22-2.27 с учётом табл. 2.1, 2.2,2.4).

Далее суммируются силы тяги всех четырех колес тележки и прикладываются к инерционной массе локомотива и состава. В качестве примера нарис. 4.1 приведена комплексная электромеханическая модель ТЭП тележки.94Аналогично составляется модель ТЭП четырёхосного локомотива, включающая модели ТЭП двух тележек (рис. 4.2).31.531/skpdIntegrator5Integrator2M12-ZIntegrator31s1/sIntegrator81s-K-Ua UalfaUbUc Ubeta-K-P 3/1IaIalfaIbIcIbetaP 3/2IS_A_R_MClock10Constant1-K-IS_AD126Ias4.412.53.1390000PZ5Step11Clock32s+1PTransfer _PZPZH_phiH PhiH_TeH TeSwitchC_1FluxGatesTerminator15Vck+0.025Switch5a2Switch1Switch6BokLdM12-Z1Terminator31Integrator1 Satur_MZ3Switch34000000Ibr40000Cd0.000972Satur_MZ111|u|Flux sector seeker1sectorIn8Rr1-1ImBdTerminator11Reu-K-Flux angleJdIarLs1Lr1IS_MAGIcr0.026027Jk1I1alJd98000Terminator8Mk2Reu-K-1.05ImCripdWd/dtScope6Jk1Product9Wr_dJk2MdPkTerminator12DkMrTerminator13Dk-1Product8Terminator6BdPk|u|Faz_PsScope1Vk2Mk1CdI1betMod_PsVk1Terminator7Ld110Jk2WScope2Bok110Terminator140.001sTransfer _PZ2MokCok288F1betIn7Terminator10.92Terminator16In6Lm10.001083>=ScopeMcdCr602.3333333F1al0.0264Switching table1ZAD_M_USK-K-300000CokMIn5R1US_APZ4PZ3Terminator2wdBr8000000F2alf aIn4F2betSectorLookup_OSLAB1PZ12PZ21s30.029260a6IS_Ccred1p1emFlux_estRegulators1PZ1MCr10a5-0.025a1Br1UCTorque_est10.3s+1SwitchC_3 Transfer _PZ3TerminatorMcrM750.5In3Terminator3wrMuMu1Terminator9Ics-CTorqueProduct1Vr1_2_lokIS_AcredIbsIn2SwitchB_11Constant4JrJr10.5In1Switch_A11ProductConstant3VpFt1Mechanical PartF1-F11/sIntegrator7 S2Derivative2-K-1/sdu/dtIntegrator63.6-K26IS_A1In1Jr4.41Terminator23wrJr2IasTerminator42000MuMcrMu2IbsIn2wd75Br2BrCr2IS_C1M1In5F2bet0.0264Ld1ReJd1Cd1Terminator21In8-1ImIar0.026027Jk3Terminator10IcrWD2Faz_Ps1uVk2Scope5Mk1Terminator26CdMk2Product12Terminator24BdCrip1dWd/dtReImScope9Product13Jk2Md122000PkTerminator17Pk11.05-1Jk1Wr_d110Jk4Terminator19|u|Jd40000Bd1IbrRr2Mod_Ps1-K-Terminator25Ld4000000F1bet110u-K-Lr2Vk1288F1alIn70.000972|u|Scope7Bok0.92In6Lm2Ls2Terminator5MokCok60Bok1R20.001083Cr8000000Cok1F2alf aScope3Mcd300000MIn40.02926Terminator22MTerminator27IcsIn33p2DkMrTerminator18Dk1VpFt1Mechanical Part1Scope8Рис.

4.1. Комплексная электромеханическая модель ТЭП тележки при упрощённоммоделировании мехнической частиМодель выполнена по методу подсистем. На рис. 4.1 справа в центрерасположены элементы блок-диаграммы, моделирующие суммарную массулокомотива и поезда, к которой прикладываются силы тяги четырех колес отдвух подсистем механической части ТЭП осей тележки (расположены левее).И далее, ещё левее, расположены две подсистемы параллельно подключённых к инвертору (моделируемому коммутационными функциями) асинхронных двигателей с совместным регулированием (общей системой управления).Разумеется, такая упрощённая модель отражает только крутильные колебания основных элементов ТЭП и не учитывает вертикальные колебания, атакже динамику перераспределение нагрузок, что важно при регулированиина пределе по сцеплению.

Однако она отражает и позволяет понять суть происходящих явлений. Перераспределение вертикальных нагрузок при такоммоделировании можно приближённо задать на основе опытов, проведенных вUM [102].9531.5Rs10.02926Integrator2M12-Z0.51sIntegrator3Rs20.0336491sUaVck4UalfaVck5UbUc UbetaP 3/1-K-IaIalfaIbIbetaIc-K-P 3/2Clock10Constant1JrIS_A26Clock6Switch61390000H_phiH PhiH_TeH TeSwitchC_1Gates3Vr1_2_lokProduct1PZ12PZ3>=500Integrator1Satur_MZ31Switch1|u|Switch3sector0.000030.025Jd-10.026027Rr1Terminator11Lookup_OSLAB3IcrWCrip2Terminator14|u|Pk2MdPkTerminator331/3.6Terminator12Pk4ImProduct9Jk2Jk2Dk76000ReuCripScope6Wr_d110980001/3.6Product8dWd/dtD1Faz_Ps-K-Scope1Terminator6Jk1Jk1Clock4Terminator8Mk2BdBdIbrP3Vk2Mk1CdCd40000Terminator16Iar110ImFlux sector seeker1Mod_PsTransfer _Reg_V1Terminator7LdJd4000000Terminator36In8Lr1Reu-K-Flux angleM12-Z1Terminator35F1bet0.0009721Satur_MZ1Vk1Ld288F1alIn7Ls11sBok0.92In6Lm10.001083ZAD_M_USKPZ2Scope260Bok2.3333333F2bet0.0264Switching table1Terminator15P2MIn5R1US_APZ4-0.025ScopeMokCokCokF2alf a0.02926SectorTerminator18000000In4p1emuRegulators1McdCrCr1Flux_estLookup_OSLAB1Terminator2wdBrBr1MFluxPZTransfer _PZSwitch5wrMcrM750.5IcsIn3UCTorque_est2s+1PClock3Mu1300000Terminator9SwitchB_11-CTorqueVckIS_AcredIS_Ccred1IbsIn21ProductMu4.41-K-Vck2TerminatorJr10.5IasIn1Switch_A1-K-MrCrip31.05Terminator34Terminator13Dk-1VpFt1Mechanical Part-KS1F1-F_21/sIntegrator7 S2Derivative21/s-K-du/dtIntegrator63.6Jr26IS_A1IasIn1Jr2McrMu2MIbsIn275BrScope3Br2Mcd300000IS_C1M1288F1alLm24000000F1betIm-1Iar0.026027Flux sector seeker2Mod_Ps1Rr2dWd/dtCrip1Scope91/3.6Product13Wr_dJk3Lookup_OSLAB4Crip5Jk2110122000Pk3MdJk4PkTerminator31Terminator17134300Pk5ImProduct12Terminator24Jk1Terminator10Terminator19D2ReuCrip4Terminator26Mk2110IcrW|u|Scope5Mk1BdBd1Clock5IbrFaz_Ps1-K-Vk2CdCd140000Terminator21In8Lr2ReuJdJd1In7Ls2|u|1/3.6LdLd10.000972-K-Vk1Terminator250.92In60.001083Flux angleBokBok1F2betsectorScope760In5Rs3PZ1Terminator5CokCok10.0336490.0264Mok8000000F2alf aTerminator3R3CrCr2MIn4p2Terminator22wdTerminator27IcsIn330.02926Terminator23Terminator4Mu4.41-K-wrTerminator32DkMr1.05Terminator18Dk1-1VpFt1Mechanical Part1Scope831.5Rs40.02926Integrator5M12-Z2Integrator80.51sRs50.0336491sUaVck6Vck7UalfaUbUc UbetaP 3/3-K-IaIalfaIbIbetaIc-K-P 3/4Clock20Constant2JrIS_A226Clock10Switch8In1Switch_A2Jr30.5Ias-K-Torque1390000Vck1Transfer _PZ1H_phiH PhiH_TeH TeUC1Gates3Sector-0.025PZ7PZ9Integrator4Switch20.025>=5001288F1al1|u|Switch4sector0.00003Im-140000Terminator41In8Iar0.026027IbrVk1Lookup_OSLAB5IcrPk11101/3.6Crip8Terminator64Mk2Product24BdTerminator62dWd/dtMd1/3.6Terminator37Pk7ImProduct25Wr_dJk2PkTerminator56Dk76000ReuCrip6Scope14Jk1Jk698000Terminator39|u|-K-Scope10Mk1D3Faz_Ps2Terminator63Vk2CdJk5Clock8Terminator30WJdBd2Rr3P5LdCd2Terminator59110Flux sector seeker3Mod_Ps2Transfer _Reg_V2Scope11BokJd24000000F1betLr3Reu-K-Flux angleM12-Z3Terminator58In70.000972Satur_MZ2Satur_MZ4Scope4Terminator28MokCokLd2Ls31s0.92In6Lm30.001083ZAD_M_USK1PZ860Bok22.3333333F2bet0.0264Terminator40P4M2In5R2US_A1Switching table2McdCrCok2F2alf a0.02926Regulators2PZ10Terminator20Terminator45BrCr38000000In4p3emFlux_estLookup_OSLAB2Product3wrMcrMwd75Br3MSwitchC_2FluxPZ5Switch73000000.5IcsIn3Torque_est2s+1P1Clock7Mu3IS_Ccred2Terminator65SwitchB_21-C-Vr1_2_lok1IS_Acred1IbsIn21Product2Vck3Mu4.41-K-MrCrip91.05Terminator57-1Dk2Terminator38VpFt1Mechanical Part2Jr26IS_A3IasIn1Jr4Mu4IbsIn275IS_C2In48000000M3600.02640.92In6288F1alsectoru-K-Flux angleIm-1Flux sector seeker4Mod_Ps34000000F1betIar0.026027Crip10Terminator51Mk2Product5Terminator49dWd/dtCrip7110Lookup_OSLAB6Jk7Scope17Product10Wr_dJk2122000Pk6Jk8Terminator54MdPkTerminator42134300Pk8-11/3.6Crip11110Terminator44ReImScope13Mk1BdJk1Clock9Terminator29IcrD4uVk2CdBd3IbrW|u|-K-1/3.6JdCd340000Terminator46In8Rr4Faz_Ps3Vk1Terminator50LdJd3In7Ls40.000972Lr4Scope15BokLd3Lm40.001083ReTerminator61MokCokBok3F2betRs6|u|CrCok3F2alf aIn50.033649PZ6Scope12McdCr4M3p4Terminator53Terminator47BrBr4300000R4Terminator48Terminator60McrMwdTerminator52IcsIn30.02926wrMu4.41-K-Terminator55DkMr1.05Dk3Terminator43VpFt1Mechanical Part3Scope16Рис.