Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 5

д. с.Рис. 1.10. Схема функциональная ТЭП тепловоза ТЭМ21с совместным регулированием АТД тележкиЗаданное значение э. д. с., индуцируемой полем ротора в статоре (которое будем называть э. д. с. ротора) определяется блоком задания э. д. с. (БЗЕ)по позиции КМ и величине Мз. Определенное в БЗЕ задание э. д. с. сравнивается с Фактическое значение э. д. с., определяемое в БВЕ по результатам измерения токов и напряжений, сравнивается с заданным, вычисленным в БЭЕ.Имеющееся рассогласование поступает к регулятору э.

д. с. (РЕ), с которого27снимается требуемое абсолютное скольжение f2, складываемое с частотойвращения ротора, определяемой ДЧВ и предварительно приводимой к частоте тока, т.о., по выражению (1.5) определяем заданную частоту f1 [65;93].Для режима тяги в СУ используется минимальная частота вращенияАД, для режима торможения – максимальная, там самым улучшаются противоюзовые и противобуксовочные свойства. Для защиты от буксования в случае снижения коэффициента сцепления уменьшается абсолютное скольжениеf2. Подобные СУ использовались на электропоезде ЭН3 (Россия), электровозе182001 (ФРГ).

Схемы с АИТ при совместном регулировании АТД успешноприменялись за рубежом и фирмой Siemens [6;65;93].Глубокий анализ особенностей параллельной работы АТД и автономных инверторов на локомотивах выполнен в работе [6]. В частности, показано влияние различия диаметров колесных пар на распределение токовых нагрузок АТД и тяговые усилия. На рис. 11 показаны АТД1, АТД2 тележкичерез зубчатую передачу соединенные через редукторы с колесными парами,диаметры колес которых равны Dк1 и Dк2.По нормативам для колёсных пар диаметры бандажей могут различаться максимально на 10 мм. Отмечается [6], что при вычислении частоты f1 поформулам (1.5), лучше в СУ использовать частоту вращения АД той колёсной пары, которая имеет меньший диаметр, так как в этом случае распределение нагрузки между АТД тележки будет более равномерным, чем при сигнале от АД колёсной пары, имеющей больший диаметр. Сила тяги при этом,которая реализуется колёсами с меньшим диаметром, будет меньше, чем развиваемая колесной парой с большим диаметром.

Это улучшает противобуксовочные свойства локомотива, так как снижает вероятность буксования колёсной пары с большим диаметром.В работе [6] отмечается также, что в условиях эксплуатации расхождение нагрузок параллельно работающих тяговых двигателей может быть вызвано не только различием диаметров колёс, но и перераспределением при28работе АТД вертикальных нагрузок на колёсные пары локомотива.Рис. 1.11. Функциональная схема совместного регулирования АТД тележкиВыравнивание диаметров колёсных пар будет постепенно происходитьв эксплуатации, так как колёсная пара большего диаметра реализует большиетяговые усилия, и поэтому она имеет повышенный износ [6].

Интересно также то, что с увеличением нагрузки ТЭП (и проскальзывания колёс) влияниеразности диаметров бандажей колёсных пар снижается, а влияние неравномерности вертикальных нагрузок повышается, так как увеличиваются электромагнитные моменты двигателей, которыми сама эта неравномерность ивызвана.В ряде работ рассмотрены системы векторного управления ТЭП с АДпри питании от АИН [28-30;94], в качестве примера можно привести векторную систему управления с совместным регулированием двух АТД (рис. 1.12)при постояном потокосцеплении ротора [28].В данной схеме имеется характерное для векторных систем раздельноерегулирование потокосцепления ротора и электромагнитного момента АТД,29что обеспечивает высокодинамичное управление моментом двигателя в нестационарных режимах [65;86].Рис.

1.12. Схема функциональная векторной СУ ТЭП тележкилокомотива при совместном регулировании АТД, питаемых от АИНВ системе с использованием датчиков и анализатора состояния определяются переменные состояния каждого двигателя и далее с учётом частотывращения роторов выбирается, частоту вращения какого АД использовать вСУ. После этого на вход соответствующих блоков системы автоматическогорегулирования поступают сигналы тока статора, потокосцепления, частотывращения этого двигателя.Автором предложен способ регулирования нескольких АТД, подключённых параллельно к одному АИН, при котором в режиме тяги в СУ ТЭПпредлагается вести управление по двигателю с наименьшей частотой вращения, как и в работах [6;13;16;18;93], чтобы двигатели с большей частотой30вращения при достижении предела сцепления начинали работать по естественной характеристике.

Но, вместе с тем, автор в работах [28;29] указывает,что в механической части электровозов скорость вращения роторов АТД может иметь колебания с частотой нескольких Герц, и это требует с той же частотой передавать управление от одного двигателя к другому, что при передаче управления при равенстве частот вращения АТД приводит к колебаниям вэлектромагнитной системе, в связи с чем в этом способе предлагается передавать управление при равенстве электромагнитных моментов двигателей.За основной признак начала буксования в [28;29] принимается увеличившееся значение проскальзывания колёсной пары, а за дополнительныйкритерий - её угловое ускорение. Указывается, что в качестве опорного сигнала можно использовать наименьшую частоту вращения АД, но в этом случае, если буксуют все колесные пары, буксование подавить не удаётся.Предпочтительнее использовать сигнал линейной скорости локомотива, который можно получить, применив системы космического позиционирования (GPS, ГЛОНАС) либо подойдут способы, основанные на измерениинеравномерности структуры пути [28;95].

С целью подавления буксованияпредлагается снижение задания на момент в СУ ТЭП (рис. 1.12) с определённой интенсивностью, пока не замедлится до нужного уровня вращение колёсной пары (КП), о чём будет свидетельствовать изменение знака ускоренияКП. Далее электромагнитный момент можно повышать с заданной интенсивностью.Помимо рассмотренных алгоритмов защиты от буксования существуюти применяются на зарубежных локомотивах алгоритмы, специально выводящие ТЭП на предел по сцеплению, называемые также алгоритмами реализации реального (или потенциального) коэффициента сцепления.1.2.

Алгоритмы реализации потенциального коэффициента сцепленияАлгоритмы, относящиеся к данной группе, предполагают специальное31регулирование тяги и торможения с высоким (максимально возможным) использованием сил сцепления. Это важно для ведения тяжеловесных составов,обеспечения движения с требуемым ускорением и замедлением. Кроме того,это позволяет осуществить трогание с места в тяжелых погодных условияхили с неполным количеством тяговых двигателей при возникновении отказовв ТЭП.Так на опытном отечественном тепловозе 2ЭВ120 с индивидуальнымрегулированием АТД осей, состоящим из двух четырёхосных секций длякомпенсации снижения тяги при отказе АД одной из осей введён бустерныйрежим трогания с места, а также разгона, который электровозу позволяет, какпреодолеть участки со сложными подъемами при семи тяговых осях, так истронуть поезд с места после вынужденной остановки на сложном подъеме[96].

Максимальная сила тяги при трогании для электровоза ЭП10 — 375 кН(в бустерном режиме — 425 кН) [97]. Тяговое электрооборудование для этихлокомотивов поставляется компанией Bombardier Transportation.Зарубежный опыт [19;37-42] говорит о том, что наилучшие тяговые итормозные качества позволяют получить СУ, предусматривающие регулирование и контроль скольжения колёс в контакте колесо-рельс.

Такие системыизменяют электромагнитный момент двигателей, согласуя вращающие моменты регулируемых АТД с реальными условиями сцепления колес осей, покоторым ведётся управление. Они используются и при совместном, и прииндивидуальном регулировании АД ТЭП.В настоящее время можно условно выделить несколько основных алгоритмов, используемых в таких системах:1) непосредственное регулирование проскальзывания колёс в заданномдиапазоне;2) самонастройка на максимум характеристики сцепления (экстремальное регулирование);3) регулирование проскальзывания или экстремальное регулирование с32подавлением фрикционных автоколебаний;4) периодическое приближение к максимуму характеристики сцепления(приближённое «нащупывание» максимума).Необходимо отметить, что для реализации всех четырёх перечисленных вариантов необходимо высокодинамичное регулирование электромагнитного момента АТД по отклонению, которое не могут обеспечить скалярные СУ.

Для этого требуются СУ АТД с наиболее точные и высокодинамичные, в работах [36;43;44;72] обосновано, что для использования ТЭП потенциальных условий сцепления не менее, чем на 90 % постоянная времениэлектромеханического преобразователя (в который входят статический преобразователь с СУ и питаемый от него АТД), в зависимости от параметровмеханической части ТЭП должна быть менее 4 – 5 мсНапомним, что СУ АТД обычно разделяют на три большие группы[65;79;80;98] (рис. 1.13), которые расположены на рисунке в порядке создания (появления) соответствующих систем.Рис.