Диссертация (792728), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Это выполняется с использованием сравнения приведённой к частоте напряжения статора частоты вращения ротора fвр с требуемым значением частоты напряжения (тока) статора f1, необходимой дляподдержания заданной величины f2. Если скольжение не соответствует заданному, то генератор чистоты (ГЧС) корректирует f1 в автоматическом режиме. Скорость (угловую частоту) вращения ротора измеряет датчик частоты(ДЧ). Момента АТД регулируется путем изменения амплитуды напряжения20статора АД при помощи УВ по сигналам КМ [17;65]. Сигнал противобуксовочной защиты также воздействует на величину выходного напряжения УВ[7; 71].Схема (рис. 1.7) приведена специально, чтобы проиллюстрировать первую реализацию скалярного управления АТД на локомотиве и отметить еёнедостатки: не контролируется состояние магнитной системы АД, что снижает точность и быстродействие; отсутствует учет изменения параметровдвигателя при изменении температуры и корректировка абсолютного скольжения; в схеме не предусмотрено автоматическое регулирование момента АДпри буксовании, машинист сам выполняет эту функцию, наблюдая величинутока АД по амперметру и изменяя выходное напряжение УВ [36;65].Схемы управления ТЭП с АД совершенствовались, как в нашей стране,так и на зарубежных локомотивах [6;7;15;18;19;20;28-30;35-48;65;72;73].Этому способствовало развитие элементной базы силовой электроники, ‒ появление мощных запираемых тиристоров (GTO), затем силовых биполярныхтранзисторов с изолированным затвором (IGBT) [74;75-77].
Одновременношло развитие теории электропривода, ‒ создание систем векторного управления АТД [66;78-82] и систем разрывного управления, в частности, системпрямого управления моментом (DTC) [83-87]. Вместе с тем, необходимо отметить, что системы скалярного управления успешно применяются в ТЭП и внастоящее время [88;89] в сочетании с различными видами широтноимпульсной модуляции (ШИМ) [90].
Так, например в асинхронном тяговомэлектропривода тепловоза 2ТЭ25А [88;90], где каждый АТД питается от индивидуального АИН на IGBT, в ряде режимов используется скалярноеуправление АТД в сочетании с векторной ШИМ (SWM).Для понимания работы ТЭП с АД при возникновении буксования илиюза необходимо учитывать, что независимо от способа и системы управления, в АТД всегда существует определяемая принципом действия асинхронного двигателя связь [6;66]:21f1= fвр ± f2,(1.5)В формуле (1.5) «+» применяют в режиме тяги; «−» пр меняют в режиме торможения АД.
Частота f2 в зависимости от принятого закона регулирования и условий работы АТД может быть либо постоянной, либо изменяться.Самым простым и часто применяемым, как в тяговых, так и в общепромышленных электроприводах является закон скалярного управленияUS= constf1(1.6)− изсестный закон М. П. Костенко [6;66;71;], используемый в зоне пуска АДпри постоянстве момента (как и формулаUS= const , в зоне постоянстваf1мощности).Когда в ТЭП с АД возникает буксование, то fвр увеличивается, и еслипри этом частота напряжения f1 регулируется по скорости вращения буксующего двигателя, то, даже при постоянстве амплитуды напряжения Us,механическая характеристика АТД (и тяговая характеристика) будет мягкой,как у двигателя последовательного возбуждения (или практически абсолютно мягкой, если Us продолжает увеличиваться, соблюдая закон (1.6)). Приюзе аналогично для тормозной характеристики.Поэтому в системах защиты от буксования (и юза), чтобы обеспечитьработу АТД по естественной жесткой характеристике, которую двигательимеет при Us =const; f1 =const, принято регулирование (ведение) частоты поскорости АД, который вращается медленнее остальных (не буксует) – это врежиме тяги, – и по скорости АД, который вращается быстрее других (у него нет юза), – это в режиме торможения.В ряде работ с этой же целью предлагается ведение частоты по скорости локомотива [13;27]:22f1= fл_вр ± f2(1.7)где fл_вр – скорость локомотива, приведенная к частоте тока статора.Это позволяет иметь устойчивую точку отсчёта и обеспечить жесткостьхарактеристик при буксовании всех осей.
Такой подход может применяться ипри индивидуальном, и при совместном управлении АТД. В этом случае разносное буксование предотвращается, но фрикционные автоколебания могутвозникать [27;58;59;65].Возникновение релаксационных автоколебаний проиллюстрировано вработах [27;65] (рис. 1.8), в данном случае управление скалярное, частота тока вычисляется по скорости локомотива, показаны процессы в ТЭП первойоси [65].Релаксационные автоколебания обусловлены тем, что рабочая точкапри буксовании периодически попадает на ниспадающую ветвь характеристики сцепления, при этом уменьшается нагрузка (момент сопротивления)АТД, что вызывает снижение электромагнитного момента по естественной23характеристике АД. При этом проскальзывание колес уменьшается, сцепление восстанавливается, а далее вместе с этим увеличивается электромагнитный момент в соответствии с заданным значением f2 в формуле (1.6), и затемсцепление срывается снова, если не улучшились погодные условия (или СУне предприняты меры для снижения момента).
В зависимости от скоростилокомотива, а также наклона ниспадающего участка характеристики сцепления частота релаксационных авто колебаний составляет 4…8 Гц. Если в МЧТЭП имеется высокое демпфирование, то автоколебания могут затухать[58;59;].Накладываться на релаксационные колебания могут другие формыфрикционных автоколебаний, например, колебания левого и правого колеса сузлом на оси колесной пары или колебания с узлом в упругих элементах зубчатого колеса редуктора (наименее жестком звене механической части ТЭПпри недостаточном демпфировании). Пример, для автоколебаний колёс, накладывающихся на релаксационные автоколебания (рис.
1.9), приведен в[65].Поэтому необходимо наряду с рассмотренными алгоритмами, обеспечивающими работу при срыве сцепления по жесткой естественной характеристике АТД, предусматривать в СУ дозированное снижение электромагнит24ного момента АТД для подавления буксования, что осуществляется обычноснижением абсолютного скольжения или амплитуды напряжения, например,как в ТЭП (рис. 1.7).Наиболее часто для подавления буксования в СУ ТЭП предусматривают снижение абсолютного скольжения АТД с учётом частоты опорного сигнала, которая соответствует вращению колёс без проскальзывания [90]f2= f20 – ks (fвр – fвр оп)(1.8)где f20 – начальное абсолютное скольжение; fвр оп - опорная частота вращенияротора; ks – коэффициент пропорциональности для регулирования абсолютного скольжения по скорости проскальзывания.На тепловозе 2ТЭ25А аналогично ТЭП тепловоза 2ТЭ25К с двигателями постоянного ток, при повышении скольжения колес выше заданной величины срабатывает противобуксовочная защита, при подавлении буксованияучитывается не только сигнал проскальзывания, но и сигнал ускорения ротора АТДf2= f20 – ks (fвр – fвр оп) – ksa ε(1.9)ksa – коэффициент пропорциональности для регулирования абсолютногоскольжения по ускорению; ε ‒ угловое ускорение ротора АТД (определяемоес использованием отфильтрованного сигнала fвр).При этом частота напряжения статора может регулироваться по закону(1.5) или (1.7), напряжение по (1.6) или по выражению [66;82;91]Us=U0 + ku·f1,(1.9)где U0 – начальная амплитуда статорного напряжения; ku – специальный коэффициент пропорциональности для изменения напряжения.В области разработки ТЭП с АД ведущие позиции в мире занимают такие фирмы как Siemens (Германия), Bombardier Transportation (Швейцария,Германия, Швеция), GEC Alstom (Франция, Англия), Мицубиси (Япония).25В нашей стране исследованием и созданием локомотивов с АД занимаются научные коллективы таких организаций как РУТ (МИИТ), ВНИКТИ,МЭИ, НГТУ, ВЭлНИИ , ВНИИЖТ и др.На начальном этапе развития ТЭП с АД скалярные СУ при питании АТДлокомотивов от автономных инверторов напряжения (АИН) преимущественно использовались фирмой Bombardier Transportation, применялись они также в отечественных СУ АТД с индивидуальным регулированием двигателей.Совместное регулирование АТД на отечественном локомотиве с автономным инвертором тока (АИТ) впервые применено на маневровом тепловозе ТЭМ21.
Этот тепловоз изготовлен и выпущен в 2001 году на БМЗ. В случае применения обычных тиристоров преобразователь с АИТ реализуетсяпроще, чем статический преобразователь с АИН, одной из основных причинприменения силовой схемы с инвертором тока послужило именно это, хотянельзя отрицать, что схемы с АИТ имеют и ряд других преимуществ [92].На рис. (1.10) представлена функциональная схема ТЭП тележкиТЭМ21. В неё входит дизель-генератор (Д – СГ), управляемый выпрямитель(УВ), реактор Ld, и АИТ; два АТД двухосной тележки подключены к АИТпараллельно.Блоком управления выпрямителя (БУВ) формируются сигналы управления для УВ, блоком управления инвертора (БУИ) – сигналы управленияАИТ.
От контроллера машиниста (КМ) поступает сигнал в блок задания тока(БЗТ), и к нему же приходит сигнал от блока вычисления момента (БВМ).БЗТ реализован в виде электронной таблицы Id = f(Mз), учитывающей такжеположение КМ. В БВМ вычисляется задание момента Mз с учётом свободноймощности дизеля, которая определяется при помощи регулятора мощности(РМ). СУ ТЭП по двум каналам регулирует две основных величины: модульвектора статорного тока и частоту статорного тока АД. Регулятором тока(РТ) выполняется регулирование статорного тока по отклонению посредством управления выпрямителем [65;93].26Регулирование частоты статорного тока до скорости 10 км/ч выполняется посредством регулятора модуля потокосцепления ротора, это на схеме непоказано; когда скорость превышает 10 км/ч используется регулятор модуляэ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
