Автореферат (792814), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Это необходимо для того, чтобы непревышалось максимально допустимое значения частоты вращения вала исполнительного устройства (вентилятора охлаждения) и подачи охлаждающего воздуха при различных начальныхусловиях и при разных скачках задающего воздействия. В итоге система уравнений нелинейной АСУТ была записана в виде:Полученная система дифференциальных уравнений (5) решалась методомчисленного интегрирования в программном пакете Matlab Simulink.На рисунке 8 приведены графики переходных процессов в линеаризованнойАСУТ при использовании комбинированного регулятора (КР) (а) и с использованием ПИ-регулятора (б) при начальной температуре ТАД θнач  160С и различных токах статора ТАД I s*  I s / I s ном .комбинированная коррекцияПИ-регулятор***1 – I s  0,5 , 2 – I s  0,8 , 3 – I s  1,0Рисунок 8 – Переходные процессы в АСУТ при нач  160С17Установлено, что применение обоих вариантов АСУТ ТАД позволяетплавно управлять температурой в диапазоне 20÷160 С.

При применении как КР,так и при использовании ПИ-регулятора перерегулирование и время управле-ния tр в замкнутой АСУТ увеличивается с ростом задания на температуру.С ростом начальной температуры θнач перерегулирование уменьшается, авремя управления растет. Чем выше ток нагрузки Is ТАД, тем меньше перерегулирование и выше время управления. Для АСУТ ТАД с КР tр  938...3014с и  6,2...18,7%, а для АСУТ ТАД с ПИ-регулятором tр  817...3178с и  8...24% . Таким образом, критерии качества процессов управления АСУТ ТАДс КР в меньшей степени зависят от режимов работы АСУТ чем критерии качествапроцессов управления АСУТ с ПИ-регулятором.В четвертой главе приведена конструкция (рисунок 9) и особенностистенда для моделирования динамических процессов в тяговом приводе локомотивов с электропередачей.

Проведены экспериментальные исследования подтверждающие результаты, полученные во второй и третьей главах.Рисунок 9 – Общий вид установки для исследованияАСУТ ТАД18Основными элементами стенда являются вентилятор охлаждения 1, которыйприводится во вращение асинхронным двигателем 2, управляемого преобразователем частоты и охлаждаемый асинхронный двигатель 3 (физическая модельТАД тепловоза), который управляется преобразователем частоты 11. Вентиляторохлаждения соединяется с охлаждаемым асинхронным двигателем (физическоймоделью ТАД тепловоза) через гибкий патрубок (на рисунке 9 не показан).В механическую часть установки входят модель колесной пары 4, на которой располагается зубчатое колесо 5; устройство, для связи колесной пары с рельсами, изготовленное в виде двух связанных между собой катков 6; маховика 7,который позволяет моделировать массу поезда. При помощи прижимных винтовых устройств 8 регулируется величина силы нажатия колесной пары 4 на каток 6.а)б)в)г)д)е)Рисунок 10 – Результаты тепловизионной съемки: фотографии двигателя(а, г), термограммы при токе статора Is = 15А, частоте тока статора f1 = 10Гц,частоте вращения вала ротора n = 272мин-1 без принудительного охлаждения (б,д) и при расходе охлаждающего воздуха Gвз = 0,95м3/с (в, е)19На рисунке 10 приведены общий вид и термограммы двигателя с радиальнойподачей охлаждающего воздуха в установившемся тепловом режиме посредством портативного тепловизора Testo 875i, обладающего температурной чувствительностью 50мК при 30°С.Сравнительные параметры качества управления АСУТ с ПИ-регулятором,полученные в ходе моделирования и на экспериментальном стенде приведены втаблице 1.Таблица 1Сравнительные параметры качества управления АСУТ с ПИ-регуляторомВремя переходного процесса tр, сПеререгулированиеσ, %Крутизна переднего фронтаdy(t)/dt,Моделирование3178247,17·10-2ЭкспериментОтносительнаяница, %3489115,82·10-271323,19Тип АСУТраз-Анализ статических режимов работы, приведенных на рисунке 11 показывает, что наибольший перегрев испытывает пазовая часть обмотки статора на расстоянии 2/3 со стороны подачи охлаждающего воздуха.

Вторым по величине прегрева узлом ТАД является обмотка (стержни) ротора. При этом с увеличениемчастоты тока статора разница в превышении температур между обмоткой статораи ротора становится больше (при f1 = 7,5Гц максимальное превышение температуры пазовой части обмотки статора на расстоянии 2/3 длины со стороны подачиохлаждающего воздуха над обмоткой ротора на той же длине составляет 2°С, приf1 = 10Гц – 4°С). Таким образом, в большем диапазоне рабочих режимов ТАДнаиболее теплонагруженным элементом является пазовая часть обмотки статорана расстоянии 2/3 со стороны подачи охлаждающего воздуха, что указывает нанеобходимость использования значения ее температуры как лимитирующегофактора при синтезе АСУТ.Проведенные экспериментальные исследования процессов нагрева и охлаждения ТАД, которые подтвердили адекватность разработанной математическоймодели.

Расхождение результатов между теоретическими и экспериментальнымиисследованиями при определении времени переходного процесса во всех выделенных элементах ТАД не превышает 3%, при определении значения температуры в этих узлах – 6%.20а)в)б)г)а) – обмотка (стержни) ротора на расстоянии 2/3 со стороны подачи охлаждающего воздуха при f1 = 5Гц; б) – массива статора в среднем сечениипри f1 = 5Гц; в) – пазовая часть обмотки статора на расстоянии 2/3 со стороныподачи охлаждающего воздуха при f1 = 10Гц; г) – зависимости коэффициентаусиления пазовой части обмотки статора на расстоянии 2/3 со стороны подачиохлаждающего воздуха при f1 = 10Гц(1 – Is = 22А; 2 – Is = 15А; 3 – Is = 10А)Рисунок 11 – Статические характеристики системы охлаждения ТАДВ пятой главе выполнена технико-экономическая оценка эффективностиприменения разработанной АСУТ ТАД для автономного локомотива мощностью2200кВт.

Использование электропривода с частотно-управляемым асинхроннымдвигателем по сравнению с релейной системой может дать выигрыш по среднеэксплуатационным потерям 18,11кВт. Экономия потребления электроэнергии вэтом случае за год работы составит 54330кВт·ч. При среднем удельном расходетоплива 0,208кг/кВт·ч экономия топлива в случае применения электропривода счастотно-управляемым асинхронным двигателем 11300кг в год на систему охлаждения тяговых электродвигателей по сравнению с релейной системой управления.21ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Для адекватного описания тепловых процессов в ТАД целесообразно использовать модель, которая базируется на методе эквивалентных тепловых схемзамещения. Разработанная математическая модель для исследования установившихся и переходных тепловых процессов ТАД позволяет регистрировать превышения температур в пятидесяти трех узлах двигателя, тридцать один из которых,являются активными источниками тепла.2.

Поскольку наибольшая температура ТАД достигается в пазовой части обмотки статора на расстоянии 2/3 длины со стороны подачи охлаждающего воздуха, то для описания процесса нагревания этого элемента достаточно использовать однородное нелинейное дифференциальное уравнение.

Процессы нагревания и охлаждения исследуемого ТАД имеют большую инерционность (постоянная времени T  1300с ), поэтому для описания работы асинхронного двигателяпривода вентилятора охлаждения и самого вентилятора охлаждения следует использовать их статические характеристики.3. Синтез КР, состоящего из последовательно включенных двух изодромныхзвеньев, обеспечивающих астатизм второго порядка и структурную устойчивостьАСУТ ТАД, а также звеньев обратной связи, обеспечивающих необходимый уровень запаса устойчивости и показателей качества процесса управления линеаризованной модели, обеспечил определение параметров звеньев, входящих в составрегулятора.4.

Сравнение переходных процессов в системе АСУТ ТАД с КР и ПИ-регулятором, параметры которого были выбраны методом технического оптимума,позволяет рекомендовать применение КР, обеспечивающего лучшие показателикачества процесса управления на линеаризованной и нелинейной моделях.5. Проверка работы АСУТ ТАД с КР для нелинейной модели также подтверждает целесообразность его применения в связи с лучшими значениями показателей качества процесса управления.6.

Экспериментальная установка, содержащая вентилятор охлаждения, который приводится во вращение асинхронным двигателем, управляемого преобразователем частоты, охлаждаемый асинхронный двигатель (физическая модель22ТАД тепловоза), который также управляется преобразователем частоты, обеспечивает возможность отработки алгоритмов управления.7. Проведенный расчет технико-экономической эффективности примененияразработанной АСУТ ТАД показал, что при среднем удельном расходе топлива0,208кг/кВт·ч экономия топлива в случае применения электропривода с частотно-управляемым асинхронным двигателем составит 11300кг в год на системуохлаждения тяговых электродвигателей по сравнению с релейной системойуправления.8. Перспективами дальнейшей разработки темы диссертации являются переход с позиционных систем управления приводом вращения ВО ТАД к САУ ивнедрение их на отечественный подвижной состав железных дорог, а также использование КР для большинства типов САУ, применяемых на локомотивах.Основные положения диссертации опубликованы:а) в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК:1.

Бондаренко, Д.А. Комплексная физическая модель тягового электропривода с асинхронными двигателями / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев,А.А. Пугачев, А.В. Самотканов, Д.А. Бондаренко // Наука и техника транспорта. – 2014. – №3. – С. 31 – 38.2. Бондаренко, Д.А.

Комплексная установка для исследования автоматических систем охлаждения асинхронных тяговых двигателей / Д.А. Бондаренко //Вестник Брянского государственного технического университета. – 2015. – №2.– С. 22 – 25.3. Бондаренко, Д.А. Результаты экспериментальных исследований тепловых процессов в асинхронном двигателе / А.А.

Характеристики

Список файлов диссертации