Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 6

1.13. Основные типы СУ АТДВ скалярных системах регулируются только модули базовых векторовАТД; в векторных СУ регулируется модуль и точное положение векторов наплоскости координат; в системах разрывного управления регулируется модуль и сектор плоскости координат, в котором находится контролируемыйвектор.Сравнение основных характеристик трех названных типов СУ АТДприведено в таблице 1.1 [99; 86;65].33Технические характеристики СУ АТДТаблица 1.1Сравнение показывает, что наилучшими свойствами по быстродействиюи точности обладают системы DTC при наличии датчика частоты вращения,поэтому они могут быть использованы в ТЭП с АД для высокодинамичногорегулирования момента и скорости АТД в нестационарных режимах.

Крометого, они менее чувствительны к возмущениям и изменению параметров, чемвекторные. Подобные системы, собственно, и были впервые предложены длятягового электропривода М. Депенброком [83] и в настоящее время находятприменение в зарубежном тяговом электроприводе.В качестве примера рассмотрим принципы функционирования нескольких систем реализации предельного коэффициента сцепления. Функциональная схема ТЭП с регулированием проскальзывания и подавлениемколебаний приведена на рис. 1.14 [45;48]. В системе управления имеетсявнешний контур регулирования по отклонению частоты вращения АТД ивнутренний контур управления моментом.

Для определения задания частотывращения АД, приведённой к линейной скорости колеса, выполняется интегрирование задания ускорения. Производится выбор задания ускорениямежду двумя значениями: а0 и а1. Причём а0 в тяговом режиме меньше ускорения локомотива аЛ на величину ∆а, а а1 ‒ больше на ∆а (в тормозном режиме наоборот). Выходной сигнал регулятора частоты является входным для34внутреннего контура управления моментом, при этом в СУ верхнего уровняпредусмотрено ограничение момента в зависимости от позиции контроллерамашиниста.Рис. 1.14. Схема функциональная СУ ТЭПс регулированием проскальзыванияСУ осуществляет выбор между величинами ускорения а1 и а0 по логической таблице переключений (рис. 1.14), на которую передаются сигналырелейного регулятора скольжения колёс и устройства контроля колебаний,также имеющего релейную характеристику и отслеживающего уровень колебаний корпуса АД в заданных частотных диапазонах.

Значение величины ∆а,которое складывается с аЛ или вычитается из величины ускорения локомотива в процессе регулирования проскальзывания, адаптируется к массе составапо методике, принятой на зарубежных локомотивах [38;41], основанной насопоставлении силы тяги и измеренного ускорения. В блоке регулированиямомента АТД, на который поступает задание момента Мз с регулятора скорости (рис. 1.14) должно выполняться наиболее динамичной СУ АТД (табл.351.1). Регуляторы скорости (частоты вращения) при этом предлагается использовать пропорциональные (П), пропорционально-интегральные (ПИ) идаже модальные.Таким образом, скорость колеса периодически возрастает по отношению к скорости локомотива, увеличивая проскальзывание и коэффициентсцепления (рис.

1.1) до максимального (и слегка заходя в нестабильную зону,где снижается коэффициент сцепления и увеличиваются вибрации), послечего скорость колеса снижается, вновь уменьшая проскальзывание, повышаякоэффициент сцепления и подавляя вибрации в ТЭП.Значения проскальзывания (минимального и максимального) устанавливаются предварительно на основе натурных испытаний, а затем СУ можетвыполнить их адаптацию в процессе движения локомотива в зависимости отскорости. В свою очередь необходимое для работы СУ значение линейнойскорости можно определять косвенно, используя так называемую псевдобегунковую ось [38,39;48], либо измерять специальным датчиком. С использованием значений линейной скорости в заданные промежутки времени вычисляетсяускорение локомотива, определять его путём дифференцированияскорости нецелесообразно, так как это может приводить к большим погрешностям.Так как оптимальное проскальзывание зависит от многих факторов, и,кроме того, проскальзывание весьма сложно измерять, применяется такжеэкстремальное регулирование (самонастройка на максимум) [38,40].В самонастраивающихся системах [38;40;41;65] регулирование скольжения осуществляется постепенным увеличением электромагнитного момента АД и по ходу этого увеличения СУ фиксируется переход колесной пары изупругого (при малых проскальзываниях на восходящей ветви) в действительное скольжение (на падающую ветвь характеристики, рис 1.1).

Сам переход фиксируется по отклонению задания момента Мdз от экстремального зна36чения, определяемого при помощи блоков «накопитель экстремальных значений» и «логика поиска» на заданное значение ∆М (рис. 1.15) [40;45]. Приэтом СУ реагирует на произошедший переход снижением электромагнитногомомента, что помогает удержать колеса в области максимума сцепления. Этопроисходит до тех пор, пока сила тяги не станет меньше предельной по сцеплению. Подобные системы экстремального регулирования испытывались зарубежом не только на электровозах (серий 120, 182001), но и на трамвайныхвагонах и успешно применяются [40].Рис. 1.15.

Схема, поясняющая принцип экстремального регулированияПри индивидуальном управлении АД в системах с регулированием проскальзывания или самонастраивающихся на экстремум системах на пределпо сцеплению выводится ТЭП каждой оси. При совместном управлении двигателями, которые подключены к одному инвертору, возможны различныеспособы и алгоритмы управления [28;30;41;100-109]: по двигателю первойоси тележки; по двигателю второй оси тележки; по наиболее быстро вращающемуся двигателю; с учётом энергосберегающего регулирования потокосцепления статора и др., в том числе, разработанные и исследованные принепосредственном участии автора [100-109].В ряде работ [39;42] с целью снижения износа элементов механическойчасти ТЭП авторы предлагают не выходить на максимум сцепления, где k=1(рис.

1.1) и вероятно попадание ТЭП в нестабильную зону автоколебания, а37регулировать ТЭП при k = 0,8-0,9. В данных системах снижается скоростьувеличения момента АТД; в случае непредвиденного увеличения проскальзывания колёс предусмотрено активное подавление колебаний тяговой передачи.Существуют и менее точные алгоритмы периодического приближения кмаксимальному использованию сил сцепления. Их можно пояснить на основе рис.

1.16, где условно изображены максимальный момент, который можнореализовать в данных условиях сцепления (экстремум кривой крипа), и момент АТД, который обеспечивает СУ.Рис. 1.16. Пояснение алгоритмов приближённого «нащупывания» максимумахарактеристики сцепленияСначала момент увеличивается, колесо проходит восходящую частькривой крипа, экстремум и далее попадает на падающую часть кривой, этособытие фиксируется, и момент АТД уменьшается, но уменьшается не до того уровня, с которого начался его рост, а до большего, затем опять всё повторяется.

Получается пилообразная кривая, - «ёлочка» (рис. 1.16), причём сбольшой частотой (около 100 Гц). Всякий раз момент снижается меньше,чем в прошлый. Когда размах этих колебаний уменьшается до некоторой заданной величины, момент снижается в последний раз, и некоторое времялокомотив спокойно едет с тем же заданием момента (это горизонтальныеучастки на рис. 1.16).

Но очень скоро СУ начинает «беспокоиться», - не38улучшились ли условия сцепления? И опять резко поднимается момент, и всёначинается сначала. При этом СУ стремится избегать резонансных частотсистем колесо-колесо, колёсная пара-ротор и др.Подобные алгоритмы были опробованы при испытаниях электровозаЭП10 и гибридного маневрово-вывозного тепловоза ТЭМ9H, но они сопровождаются существенными вибрациями и динамическими нагрузками в механической части, требуют специальной жесткой конструкции механическойпередачи и поэтому внедрены на данных локомотивах не были.1.3. Классификация алгоритмов управления ТЭП в режиме реализациипредельных усилий и постановка задачиПодытоживая вышеизложенный материал, можно классифицироватьалгоритмы управления ТЭП в режиме реализации предельных тяговых усилий, разделив их по принципу функционирования на две большие группы:1) алгоритмы защиты от буксования и юза; 2) алгоритмы реализации потенциального коэффициента сцепления (рис. 1.17).Алгоритмы первой группы начинают функционировать только в случаесмещения рабочей точки на нисходящую ветвь характеристики сцепления взону буксования и всегда включают в себя два этапа: а) обнаружение буксования (или юза); б) подавление избыточного проскальзывания (возвращениерабочей точки на восходящий участок).

Алгоритмы второй группы встраиваются в систему регулирования скорости тяговых двигателей, обеспечиваяпри необходимости реализацию предельного коэффициента сцепления.Реализация ТЭП предельного коэффициента сцепления при индивидуальном регулировании АТД наиболее отработана, выводит каждую осьна предел по сцеплению и позволяет получить максимальные тяговые усилия. Но, в то же время имеющаяся ля АТД возможность параллельноговключения (которое иногда называю электрическим спариванием осей) относится к преимуществам асинхронных двигателей и существенно снижа39ет габариты и стоимость ТЭП.Рис.1.17.

Классификация алгоритмов управления ТЭП в режиме реализации предельныхусилийЦель диссертационной работы − повышение предельных усилий,реализуемых электроприводом локомотивов при совместном управленииасинхронными тяговыми двигателями.Задачи исследования:1. Анализ алгоритмов управления ТЭП в режиме реализации предельных усилий и обоснование применения в тяговом электроприводе системразрывного управления АТД.2. Разработка функциональной схемы СУ, способа и алгоритмов управления ТЭП с совместным регулированием АД на пределе сцепления.403.