Пояснительная записка (1222534), страница 3
Текст из файла (страница 3)
- отношение dv/dt в звене постоянного тока слишком высоко;
- избыточный ток на фазах электродвигателя.
В цепи каждого тягового преобразователя установлен сетевой фильтр, который создает помехоподавляющий контур для защиты от гармоник тока тягового преобразователя. Сетевой фильтр состоит из дросселя сетевого фильтра L3 (L4) и конденсатора СNF. Каждый дроссель сетевого фильтра состоит двух реакторов 39 мГн и 3,15 мГн, соединенных последовательно со средней точкой и представляет собой отдельное устройство. Конденсатор СNF емкостью 7.56 мФ включен в среднюю ветвь сетевого фильтра и расположен внутри соответствующего тягового преобразователя.
Для защиты от коммутационных перенапряжений в тяговых преобразователях служит ограничитель перенапряжений FV2.
Тормозной резистор R1, R2 служит для рассеивания электрической энергии в режиме реостатного торможения тягового электродвигателя, а также для снижения напряжения на входе ТП выше заданного уровня при рекуперативном торможении. Значение сопротивления каждого тормозного резистора составляет 5 Ом. Тормозные резисторы располагаются в съемных модулях крышевого оборудования секции.
Преобразователи постоянного напряжения в код (ПНКВ) UZ5, UZ6 предназначены для измерения значений тока в цепи каждого тягового преобразователя. Значения тока контролируются микропроцессорной системой управления и диагностики. Каждый преобразователь подключен к измерительному шунту RS1, RS2.
Тяговый электродвигатель М1…М4 является трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, с принудительной вентиляцией и рассчитан на использование в тяговом приводе с опорно-рамным подвешиванием. Тяговые электродвигатели служат для преобразования электрической энергии, получаемой с контактной сети, в механическую.
Для подготовки электровоза к работе необходимо включить аккумуляторные батареи всех секций, закрыть двери шкафов высоковольтных аппаратов, шкафов быстродействующего выключателя, тяговых преобразователей и крышевые люки. При отсутствии воздуха в питающей системе электровоза, необходимо включить вспомогательные компрессоры.
После достижения необходимого давления сжатого воздуха поднимают токоприемники.
После поднятия токоприемников включают быстродействующие выключатели QF1 на всех секциях и запускают вспомогательные машины.
После включения быстродействующего выключателя QF1 при поднятых токоприемниках кратковременно замыкается контактор К6. Создается цепь зарядки конденсаторов постоянного тока преобразователя СDC.
По завершению зарядки конденсаторов цепи постоянного тока замыкается контактор линии питания Q4. По команде контроллера машиниста инверторы тяговых преобразователей (APRWA, APRWB) начинают работать в режиме, который обеспечивает необходимую частоту и напряжение для вращения тяговых электродвигателей.
На электровозе 2ЭС10 применяется рекуперативное и реостатное торможение. Переход в режим электрического торможения осуществляется по команде с контроллера машиниста.
В режиме рекуперативного торможения тяговые электродвигатели переходят в генераторный режим, а тяговые преобразователи преобразуют переменный ток в постоянный. При этом начинается рекуперация электроэнергии в контактную сеть.
Переход из режима рекуперативного торможения в режим реостатного торможения производится системой МПСУ и Д без разбора силовой схемы. При увеличении напряжения в контактной сети свыше 3,8 кВ путем управления тормозным прерывателем ABST в тяговых преобразователях в цепь тяговых электродвигателей М1…М4 вводятся тормозные резисторы R1…R4. При снижении напряжения контактной сети до 3,4 кВ тормозные резисторы выводятся из цепи тяговых электродвигателей.
2 СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОВОЗА
2.1 Компьютерное моделирование в Matlab Simulink
Развитие методов и средств компьютерного моделирования всегда происходило в направлении упрощения диалога человека с вычислительной (моделирующей) системой, приближения языка программирования задачи к инженерному. В последнее время широкое распространение получил визуальный или графический подход к программированию. В некоторой степени этот подход напоминает программирование для аналоговых вычислительных машин, которые были широко распространены в 60–х годах прошлого столетия. Аналоговые решающие элементы, выполняющие определенные математические операции над переменными, соединялись между собой в соответствии со структурой уравнения или другого способа определения задачи, вводились сигналы, определяющие внешние воздействия на исследуемую систему и необходимые начальные условия для переменных. После этого регистрировался переходный процесс, происходящий в полученной электронной системе после ее включения, который являлся решением поставленной задачи. В современных программных комплексах моделирования, использующих визуальный (графический) подход к программированию, виртуальная модель решаемой задачи формируется на экране дисплея в виде структурной схемы из виртуальных решаемых элементов, имеющихся в библиотеке программной системы, или создаваемых пользователем, последующего соединения элементов между собой виртуальными проводниками. Виртуальные решающие элементы представляют собой фрагменты программ выполнения соответствующих математических операций, написанные на языке высокого уровня с использованием методов автоматизации программирования. Процедуре создания на экране дисплея структурной схемы решаемой задачи соответствует формирование полной программы решения задачи, которая в зависимости от сложности проблемы может насчитывать десятки и сотни тысяч команд. Пользователь освобождается от необходимости составления и отладки сложной программы и даже может не владеть в совершенстве методами программирования на языках высокого уровня. Средства графического (визуального) программирования позволяют вводить описание моделируемой системы в естественной для пользователя, преимущественно графической форме, автоматически переводить это описание на язык компьютера и 5 представлять результаты моделирования опять же в графической форме, например в виде временных или фазовых диаграмм и анимированных картинок. Трудоемкость и время разработки модели и проведения вычислительных экспериментов в таких средах сокращаются в десятки раз по сравнению с традиционным способом, когда для каждой новой разработки создается индивидуальная программа. Относительная дешевизна графических сред визуального моделирования и простота их эксплуатации делают компьютерное моделирование доступным для каждого инженера, технолога и менеджера. В настоящее время существует несколько десятков графических сред визуального моделирования, среди них можно выделить следующие:
- Приложение SIMULINK, работающее на базе программного комплекса MATLAB фирмы The MathWorks Inc. Используется для проектирования систем управления, цифровой обработки сигналов, коммуникационных систем.
- Комплекс LabVIEW фирмы National Instruments. Используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами.
- Программный комплекс Electronics Workbench (Multisim) фирмы Interactive Image Technologies Ltd. Используется для моделирования электронных схем и решения задач автоматизации проектирования.
- Программный комплекс FEMLAB(COMSOL MULTIPHYSICS). Используется для моделирования систем с распределенными параметрами, которые описываются интегро-дифференциальными уравнениями в частных производных, с использованием метода конечных элементов. Может работать совместно с комплексом MATLAB или автономно.
Программа SIMULINK является приложением к пакету MATLAB. В определенном смысле SIMULINK можно рассматривать как самостоятельный продукт фирмы MathWorks, однако он работает только при наличии ядра MATLAB и использует многие функции, входящие в его состав. Следует отметить, что пакет MATLAB ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц, векторов и т.п.). Это позволяет существенно повысить эффективность процедур, работающих с указанными типами данных, по сравнению с языками программирования «общего назначения» (Pascal, С и т.п.), и существенно отличает MATLAB от других систем, таких, как MAPLE, MathCAD, Mathematica. Векторная обработка данных обеспечивает высокую скорость вычислений, в большинстве случаев избавляет пользователя от написания циклов и гарантирует необходимую точность. Приложение SIMULINK является инструментом, с помощью которого можно объединять блоки, соответствующие отдельным элементам динамической системы в единое целое и изучать их поведение во времени. Разработка моделей средствами SIMULINK (S-модели) основана на технологии drag-and-drop («перетащи и оставь»). Для построения S-модели используются модули (или блоки), хранящиеся в библиотеке SIMULINK. Библиотека SIMULINK хороша тем, что, с одной стороны, обеспечивает пользователю доступ ко всем основным возможностям пакета MATLAB, а с другой – является достаточно самостоятельной его компонентой, в том смысле, что при работе с ней не обязательно иметь навыки в использовании других инструментов, входящих в состав пакета. Блоки, включаемые в создаваемую модель, могут быть связаны друг с другом как по информации, так и по управлению. Вид связи зависит от типа блока и логики работы модели. Данные, которыми обмениваются блоки, могут быть скалярными величинами, векторами или матрицами произвольной размерности. Любая S-модель может иметь иерархическую структуру, т.е. состоять из моделей более низкого уровня, причем число уровней иерархии практически не ограничено. Наряду с другими параметрами моделирования пользователь может задавать способ изменения модельного времени (с постоянным или переменным шагом), а также условия окончания моделирования. В ходе моделирования имеется возможность наблюдать за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные «смотровые окна», входящие в состав библиотеки SIMULINK. Интересующие пользователя характеристики могут быть представлены как в числовой, так и в графической форме. Применение принципов структурного и модульного программирования позволяет представлять различные алгоритмы в виде набора унифицированных программных модулей, что улучшает обозримость программы, облегчает ее отладку и в конечном счете уменьшает общий объем программного обеспечения, подлежащего разработке. Кроме этого состав библиотеки SIMULINK может быть пополнен пользователем за счет разработки собственных блоков. В последующих разделах будут рассмотрены типовые решающие элементы, приведены структурные схемы распространенных систем базисных функций, основные блоки, реализующие методы аппроксимации сигналов и моделирования динамических систем. Следует отметить, что в составе MATLAB имеется множество других приложений, основанных на методах графического (визуального) программирования, допускающих совместную работу с приложением SIMULINK.
Программа Simulink запускается с помощью кнопки (Simulink) на
панели инструментов командного окна Matlab (рисунок 1.1). Библиотека компонентов содержит большое количество элементов (блоков), необходимых для создания модели.
Из программы Simulink библиотека вызывается с помощью кнопки (Library Browser), расположенной на панели инструментов. Внешний вид обозревателя окна библиотеки представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Рабочее окно библиотеки Simulink: 1 – Команды быстрого доступа;
2 – Строка состояния; 3 – Подсистемы библиотеки; 4 – Компоненты библиотеки;
5 – Командная строка
2.2 Проектирование асинхронного двигателя в программе Matlab
. Математическая модель двигателя состоит из двух частей: электромагнитной и электромеханической. Электромагнитная часть модели описывается системой дифференциальных уравнений во вращающейся системе координат, которые обозначены через d и q:
, 
, 
, 
;
(2.1)
, 
, 
, 
.
Этому математическому описанию соответствуют схемы замещения асинхронной машины в осях d и q, показанные на рисунке 2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
