Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 8

Система РУ содержиттрёхпозиционные релейные регуляторы момента (РРм) и двухпозиционныерелейные регуляторы потокосцепления (РРп), блок вычисления состояниядвигателя (БВСД), блок логического автомата (БЛА) и блок частоты коммутаций (БЧК). При полном поле БЛА осуществляет выбор сигналов на переключение транзисторов АИН в зависимости от состояния релейных регуляторов и сектора плоскости координат, где в данное время находится векторпотокосцепления статора (таблица 2.1). (В таблице U1 – U7 – базовые вектора двухуровневого АИН) [85;65].Таблица 2.1Таблица переключений АИН при многократной коммутацииключейΨпо сигналам РРМ, РРП и сектору sБЧК контролирует частоту коммутаций транзисторов АИН и подает48сигналы на изменение ширины гистерезисных допусков релейных регуляторов или переход к однократной коммутации транзисторов на периоде (полноблочному режиму) при ослаблении поля [102;103].

В режиме ослабленияполя БЛА вырабатывает сигналы переключения транзисторов в зависимостиот положения вектора потокосцепления и требуемой частоты напряжениястатора f1 (рис. 2.3, табл. 2.2).Таблица 2.2Таблица переключений АИН при однократной коммутацииключейпо сектору вектора потокосцепления статора Ψsи углу поворотавектора напряжения статора U sВ полноблочном режиме частота тока статора определяется по формуле(1.5) или (1.7). Угол поворота вектора напряжения статора φ1 вычисляется повыражениюϕ 1 = ∫ ω 1dt(2.4)где угловая частота тока статора ω1 определяется как ω1=2πf1.Величина электромагнитного момента АТД в полноблочном режиме определяется величиной абсолютного скольжения f2 в формулах (1.5; 1.7), и для того, чтобы воздействовать на электромагнитный момент двигателя необходимо изменять абсолютное скольжение.Таким образом, во всех режимах регулирования, кроме полноблочного,момент АТД находится внутри релейного гистерезисного коридора; решениеоб уменьшении момента принимается по достижении верхней границы коридора; об увеличении - по достижении нижней.

Это позволяет СУ АТД в зонеполного, поля, для которой характерны наиболее высокие усилия тяги и49торможения, отрабатывать задание момена АТД, как с высоким быстродействием, так и с высокой точностью, необходимой для регулирования ТЭП напределе по сцеплению в соответствии с требуемыми алгоритмами (2.1-2.3).Ширина коридора определяет частоту переключений транзисторов, моменточередной коммутации заранее неизвестен. Для минимизации потерь в двигателе и поддержания комфортной температуры кристаллов частота (некаясредняя) переключения вентилей АИН изменяется в зависимости от скоростилокомотива. Характер изменения частоты можно представить в виде ломанойлинии (рис. 2.4), где условно показано 5 режимов управления, причем, в начале разгона, на низкой скорости, частота коммутаций фиксированная.Рис.

2.4. График, поясняющий принцип изменения частоты переключений транзисторовАИН при изменении скорости локомотива:fк – частота коммутаций; Vл – скорость локомотиваКонтроль состояния АТД и определение текущих вычисляемых переменных машины по модели осуществляется в блоке, условно названномБВСД.

Для этого на вход данного блока подается текущее напряжение промежуточного контура (dc-link) и матица состояния ключей АИН для определения мгновенного значения фазных напряжений; токи двух фаз АИН, потребляемые двумя двигателями тележки (АТД1, АТД2 для первой тележки),скорости роторов АТД тележки (ω1 и ω2), по которым определяется средняяскорость ротора (ω) для модели АТД. Модель АТД, общая для двух двигателей тележки (усредненная) [102], построена в неподвижных осях α-β по уравнениям [66]:50R s Lµdψ sαRψ rα + U α ,= − s ψ sα +σLsσLs Lrdtdψ sβdt=−R s LµRsψ sβ +ψ rβ + U β ,σLsσLs LrRr Lµdψ rαR=ψ sα − r ψ rα − p n ωψ rβ ,σLs LrσLrdtdψ rβdtM ==Rr LµσLs Lrψ sβ −(2.5)Rrψ rβ + p nωψ rα ,σLrLµ3pn(ψ sβψ rα − ψ sαψ rβ ),2 σLs Lrгде Uα, Uβ - напряжения статора по осям α,β соответственно; σ = 1 −L2µLs L r- ко-эффициент рассеяния двигателя усреднённой модели; Lµ- взаимоиндуктивность усреднённой модели АД между обмотками статора и ротора; Ls – собственная индуктивность для обмотки статора; Lr –собственная индуктивностьусреднённой модели АД для обмотки ротора, приведённая к обмотке статора;Rs, Rr – активное сопротивление фазы статора и приведенное сопротивлениеротора усреднённой модели; ψsα, ψsβ - потокосцепления обмоток статора усредненной модели; ψrα, ψrβ - потокосцепления обмоток ротора усредненноймодели; ω - средняя скорость роторов двигателей тележки; pn – число парполюсов двигателя; М - электромагнитный момент усредненной модели двигателя.Например, параметры усреднённой модели АТД для первой тележки:Rs =RsATD1 + RsATD 22;Rr =+ ω ATD 2ωRrATD1 + RrATD 2; ω = ATD122Ls =Ls ATD1 + Ls ATD 22;Lr =Lµ ATD1 + Lµ ATD 2Lr ATD1 + Lr ATD 2; Lµ =;22;(2.6)где RsАТД1, RsАТД2, RrАТД1,RrАТД2, LsАТД1, LsАТД2, LrАТД1, LrАТД2, LμАТД1, LμАТД2 - соответствующие параметры АТД1 и АТД2; ωАТД1, ωАТД2 – частоты вращенияроторов АТД1 и АТД2 соответственно.Трёхфазные напряжения преобразуются к двухфазной системе α,β по51уравнениямUα = U aUβ =,1(U b − U c )3(2.7)где Ua, Ub, Uc, - фазные напряжения АТД.Токи усредненной двухфазной модели двигателя тележки по осям α и βопределяются через потокосцепления, найденные при решении (2.5) из системы алгебраических уравнений [66]isα =irα =ψ sα Lr − ψ r α LµLs Lr − L2µψ rα Ls − ψ sα LµLs Lr − L2µisβ =irβ =ψ s β Lr − ψ r β LµLs Lr − L2µψ r β Ls − ψ s β Lµ(2.8)Ls Lr − L2µгде isɑ, isβ, - токи обмоток статора АТД по осям α, β соответственно; irɑ, irβ - токи обмоток ротора АТД по осям α, β соответственно.По ним вычисляется модуль и положение вектора модельного тока статора(рис.

2.5).iiI s = is2α + is2β ; cos γ Is = sα ; sin γ Is = sβIsIs(2.9)Рис. 2.5. Векторная диаграмма потокосцеплений статора и ротора и тока статора52Аналогично для модельного потокосцепления статора (рис. 2.5)Ψs = ψ s2α + ψ s2β;ψcosθ s = sαΨs;ψsin θ s = sβΨs(2.10)Как уже указывалось, в предлагаемом способе управления ТЭП локомотива при реализации предельных усилий выводится на предел по сцеплениюось тележки с меньшей вертикальной нагрузкой: в тяговом режиме – это первая ось и в тормозном режиме - вторая ось. Передача управления и соответственно переключение в блоке вычисления скорости (БВС) СУ (рис. 2.3) сигнала частоты вращения с ω1 на ω2 (и наоборот) происходит при изменениирежима движения (тяга/торможение) по изменению знака задания на моментМз на противоположный (отрицательный в при переходе от тяги к торможению и положительный при переходе от торможения к тяге).

Применение приэтом в СУ общей усреднённой модели (2.5 – 2.10) для двух двигателей тележки исключает колебания электромагнитных (и механических) переменных состояния при передаче управления с одного АТД на другой, которыемогут возникать в системах с применением отдельных моделей для каждогоАТД [28-30;100;101].Момент двигателя, определяемый посредством решения дифференциальных уравнений (2.5), пропорционален произведению модулей вектора потокосцепления статора и потокосцепления ротора на синус угла между этимивекторами [85;65].M=Lm  3pψ S ψ R sin( θψ ) ,2 σLS LR(2.11)где М – электромагнитный момент; p – число пар полюсов; LS, LR и Lm - индуктивности фазы статора, ротора и взаимная индуктивность соответственно;σ – коэффициент рассеяния; ψ R ,ψ S – векторы потокосцеплений ротора истатора; θψ – угол между вектором потокосцепления статора и вектором потокосцепления ротора.53Для ротора постоянная времени весьма велика, поэтому модуль потокосцепления у него меняется медленно.

Если взять маленький промежутоквремени, то и для статора модуль потокосцепления тоже можно условносчитать постоянным. В силу этого можно осуществлять управление моментом АТД, изменяя текущий угол между потокосцеплениями. Достичь этогоможно, выбирая нужный вектор напряжения (табл. 2.1).

Этот вектор обеспечит нужное взаимоположение векторов потокосцеплений и требуемое изменение момента и потокосцепления статора АД. При этом координатная плоскость разделяется на 6 секторов, в каждом из которых в определённый момент времени можно выбрать требуемый вектор, который вызовет нужноеизменение момента и потокосцепления статора [83;85].

В системе используются лишь релейные регуляторы, а векторные преобразования, пересчёт систем координат, как в СУ с векторным управлением, не производятся. Но витоге обеспечивается максимально быстрое регулирование электромагнитного момента, поддержание требуемого значения потокосцепления статора ивращение вектора потокосцепления с нужной частотой. [65;103].Контроль состояния машины производится с использованием фактических значений тока, скорости роторов и фазных напряжений, датчиков температуры обмоток АТД. Датчики тока (2 на пару параллельных моторов, рис.2.3) используются для того, чтобы видеть отличие основной наблюдаемойкоординаты, - вектора среднего тока двигателей тележки, - от модельного тока.

Фактический ток фазы С: isCf = −isAf − isBf , где isAf, isBf, - фактические токифаз А и В, измеренные датчиками.Средние токи АТД тележки по осям α, βisαf = isAf / 2 ;isβf =1(isBf − isCf ) / 23(2.12)Положение и модуль фактического вектора среднего тока двигателейтележки определяется по формулам54I sf = is2αf + is2βf;icos γ Isf = sαf ;I sfisin γ Isf = sβfI sf(2.13)Фактический вектор среднего тока, определенный по (2.12; 2.13) сравнивается с модельным.