Пояснительная записка (1222534), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Система управления контролирует сразу 2 параметра:

- стабилизирует ток намагничивания на постоянном значении, обеспечивая необходимый уровень магнитного поля в двигателе.

- регулирует при этом I_qs , для обеспечения необходимого момента на валу.

Благодаря такому подходу асинхронная машина по характеристикам управления становится похожей на способ управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением. Так как система контролирует одновременно два тока то такая система управления называется векторной.

В системе управления находится два ПИД-регулятора, которые регулируют соответствующий ток статора, изменяя напряжения и пересчитываются обратно с помощью преобразования Парка и Кларка (инверсных) в переменные значения напряжений трехфазной сети (которые делаются алгоритмом ШИМ).

Преобразования Парка вращает систему координат, а инверсное преобразование Парка использует скорость вращения системы координат. Этой скоростью является синхронная скоростью вращения – скорость вращения синхронного двигателя, включенного в ту же электрическую сеть питания, что и асинхронный. Скорость равна скорости вращения ротора асинхронного двигателя с добавлением скорости скольжения.

Для этого требуется:

- точное измерение скорости вала,

- вычисление скорости скольжения.

Скорость ротора измеряется с помощью датчика инкрементального энкодера. Величина скольжения – определяется по модели двигателя.

Так как подать напряжение на двигатель, не зная частоты, которая в свою очередь определяется скольжением невозможно, то нельзя просто измерить скорость скольжения. Поэтому модель двигателя предсказывает какое скольжение должно быть в данный момент т.е. модель работает на опережение.

Скорость регулируется другим ПИД-регулятором, который вычисляет рассогласование между уставкой (заданное значение) скорости и ее текущим значением по датчику скорости и изменяет при этом ток Iqs, влияющий на момент. Системой используется зависимость: что скорость является интегралом момента.

Поэтому система управления называется векторное управление с ориентированием по полю ротора (indirect field oriented control). Этот алгоритм векторного управления в настоящее время наиболее популярен. Алгоритм управления показан на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Алгоритм векторного управления с ориентированием по полю ротора

Модель построена с использование библиотечной модели асинхронного двигателя из дополнения Toolbox Simulink к пакету прикладных программ MATLAB.

Проведение компьютерных экспериментов электромеханических процессов, протекающих в частотно-регулируемых электроприводах с ПИ‑контроллером скорости и алгоритмом векторного управления, является допустимым и оправданным при внедрении дополнительных корректирующих блоков для реализации управления по вектору главного потокосцепления Ψ₀ и стабилизации модуля |Ψ₀|. Эта модель дискретизируется с использованием интервала времени 2 мкс (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Модель системы управления с ПИ-контроллером скорости

Регулятор тока в векторном блоке управления состоит из трех контроллеров гистерезиса и построен с Simulink блоками (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Регулятор тока

Блок преобразования координат по полученным значениям входных синусоидальных токов трёхфазной системы и угла поворота ротора вычисляет величины координат в систему direct axis и нулевой последовательности в двухосной вращающейся системе отсчета для трехфазного синусоидального сигнала, при этом используется следующее выражения:

(3.5)

где = скорость вращения (рад/с) вращающейся системы координат.

Блок обратного преобразования в Matlab представлен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Обратное преобразование Парка

Блок выполняет обратное преобразование Парка. Он преобразует три величины: прямой оси, квадратичной оси и компоненты нулевой последовательности, выраженные в двухосной системе координат обратно в фазовые значения.

Преобразование является одинаковым для тока и напряжения просто необходимо заменить значения V_a, V_b, V_c, V_d, V_o на переменные I_a, I_b, I_c, I_d, I_q и I₀. Токи I_d и I_q представляют являются токами протекающими в двух эквивалентных обмотках ротора (D обмотки на той же оси, что и поле обмотки, а Q обмотки в квадратичной оси), производящих один и тот же поток, что и токи статора I_a, I_b, I_c.

Вычисление потока производится с помощью функции дискретного фильтра нижних частот первого порядка (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7– Вычисление потока

Скорость двигателя обеспечивается выходом измерительного блока асинхронной электрической машины (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Регулятор скорости двигателя

Окно настройки параметров дискретного интегратора времени представлен на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Параметры дискретного интегратора времени

Блок контроллера скорости представлен на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Блок контроллера скорости

Регулятор скорости пропорционально-интегрального типа реализуется с использованием Simulink блоков и производит вычисление значения величины рассогласования заданной и текущей измеренной скорости полученной на входе блока от асинхронной машины. Настройка параметров ПИ регулятора производится в диалоговом окне по следующим коэффициентам. Окно настройки параметров ПИ регулятора представлен на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 – Окно настройки параметров ПИ регулятора

4 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЯХ

4.1 Теоретические основы процессов, происходящих при движении подвижного состава

Тяговые расчёты используются при: проектировании железных дорог, проектировании подвижного состава, организации эксплуатации локомотивов, организации движения поездов. При расчётах используются упрощения: поезд принимается за материальную точку, масса поезда считается равномерно распределённой по его длине, железнодорожный путь в плане считается состоящим из прямых участков и дуг окружностей постоянного радиуса, длина переходных кривых включается в общую длину криволинейного участка, продольный профиль железнодорожного пути считается состоящим из прямолинейных отрезков и наличие между ними сопряжений не учитывается.

Сила тяги локомотива зависит от скорости и определяется по тяговым характеристикам, которые строятся в соответствии с характеристиками тяговых двигателей. Сила тяги локомотива не превосходит силы сцепления ведущих колёс локомотива с рельсами.

Коэффициент сцепления на стоянке максимален и убывает при возрастании скорости движения. Коэффициент сцепления зависит от многих случайных факторов: состояние пути, атмосферные условия Его заменяют расчётным коэффициентом сцепления ψ_K, определяемым по эмпирическим формулам, основанным на результатах экспериментов в реальной эксплуатации.

Сопротивление движению – это сила, приложенная в точках касания колёс с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как на преодоление всех неуправляемых сил, препятствующих движению.

Основное сопротивление – это силы, препятствующие движению локомотива по прямому горизонтальному пути на открытой местности при нормальных метеоусловиях с любой скоростью. Виды сопротивления:

- сопротивления от трения в буксовых подшипниках;

- сопротивление от трения качения колёс по рельсам;

- сопротивление от трения скольжения колёс по рельсам;

- рассеяния энергии при взаимодействии колёс с рельсами (потеря энергии на стыках и неровностях пути, упругая деформация рельсов и шпал);

- сопротивления воздушной среды;

- рассеяния энергии в окружающую среду при вертикальных колебаниях подрессоренных частей подвижного состава и рывках по длине поезда.

Из-за влияния различных факторов, установить аналитические зависимости для основного удельного сопротивления невозможно, значение получают экспериментальным путём. В результате обработки опытных данных получают эмпирические формулы и графики.

Дополнительное сопротивление это временно действующие силы, возникающие в конкретных условиях эксплуатации подвижного состава:

- от уклона профиля пути;

- от кривизны пути;

- от ветра;

- от низкой температуры;

- от тоннелей;

- от подвагонных генераторов пассажирских вагонов.

Дополнительное удельное сопротивление движению в кривых участках пути возникает по следующим причинам:

- колёса одной колёсной пары проходят разный путь по наружному и внутреннему рельсу (конусность бандажей уменьшает эту разницу), что приводит к увеличению проскальзывания колёс;

- за счёт действия центробежной силы гребни колёс прижимаются к внутренней боковой грани наружного рельса, что увеличивает силу трения скольжения;

- тележки подвижного состава поворачиваются относительно оси кузова, в результате чего в опорах, шкворневых устройствах и буксах возникают силы трения скольжения.

Уравнением движения поезда называется - дифференциальное уравнение, описывающее зависимость между ускорением и равнодействующей приложенных к поезду сил

На поезд действует много различных постоянных и переменных сил, отличающихся по направлению и величине: сила тяжести локомотива и вагонов, сила тяги электровоза, а также силы сопротивления, инерции и др. Под действием этих сил одновременно с качением колес по рельсам имеет место виляние, галопирование, скольжение, наклон отдельных единиц подвижного состава в поезде.

Для упрощения уравнения движения учитывают только поступательное и вращательное. Таких как, якорей тяговых электродвигателей, зубчатых передач и колесных пар. Этими факторами определяется характер движения.

Алгебраическая сумма этих сил определяет равнодействующую силу:

, (2.1)

где – сила тяги, кН;

– сила сопротивления движению, кН;

– тормозная сила, кН.

При проведении расчётов, требующих повышенной точности учитывается также скорость движения поезда.

Процесс трогания с места подвижного состава после длительных стоянок (20 минут и более) происходит в условиях полусухого и сухого трения. За время стоянки разрушается масляный клин между трущимися деталями буксового подшипника, снижается температура и повышается вязкость смазки. Стоянка сопровождается значительным смятием металла в зоне контактной площадки, что увеличивает потери от трения качения по рельсам. Добавочное сопротивление при трогании с места для подвижного состава на подшипниках качения.

Тормозная сила определяется как сумма произведений действительных сил нажатия тормозных колодок на действительные коэффициенты трения колодок. Для предотвращения юза тормозная сила, не должна превышать силу сцепления колёсной пары с рельсами.

Тормозными задачами являются задачи определения тормозных средств и задачи определения расстояния, на котором поезд может остановиться или снизить скорость до заданного значения. Из-за инерционности тормозной системы увеличение тормозной силы в разных вагонах происходит не одновременно. Для упрощения расчётов принимается, что тормозная сила нарастает мгновенно до установившегося значения через некоторый отрезок времени t_п, который называют временем подготовки тормозов к действию.

Тормозной путь равен сумме подготовительного тормозного пути (расстояния, пройденного за время подготовки тормозов) и действительного пути торможения. Величина действительного пути торможения обычно определяется численным интегрированием уравнения движения по интервалам скоростей.

Характеристики

Список файлов ВКР