Диссертация (792817), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Это вызывает погрешность, которую можно оценить тем или иным способом.Сложность устройств и систем энергетической цепи тепловоза электрической передачей переменного тока приводит к тому, что при построении модели его тягового привода с частотно-управляемым АД может быть использовано только неполное или приближенное моделирование [26, 32].С участием автора работы в лаборатории кафедры «Подвижной составжелезных дорог» Брянского государственного технического университетаспроектирована и изготовлена физическая модель тягового привода тепловозас электрической передачей переменного тока [13, 20], которая включает в себявсе элементы моделируемого объекта.На разработанную установку получены патенты на полезную модель [96,97].С целью установления критериев подобия физической модели ТАД былиспользован способ относительных единиц.4.2 Оценка возможности использования серийных машин промышленного назначения в качестве модели тягового асинхронного двигателя тепловозаСуществует два основных способа для определения критериев подобия втеории моделирования.

Первый способ основан на использовании π-теоремы.Суть второго способа заключается в приведении дифференциальных уравнений, которые описывают исследуемый физический процесс, к безразмерной139форме. Существует также еще один дополнительный способ, который основанна применении системы относительных единиц. Характер поставленных задачи физические свойства моделируемого объекта определяют выбор способаопределения критериев подобия.Тяговый асинхронный двигатель тепловоза в диссертации рассматривается как объект тепловой системы, моделирующей возмущающее воздействие.В связи с этим при разработке модели ТАД возможно использование приближенного подобия, а для определения критериев подобия допустимо использовать способ относительных единиц.Мощность асинхронного двигателя оказывает существенное влияние наего параметры (сопротивления обмоток, номинальные значения частоты инапряжения и т.д.) и характер протекания переходных процессов.

Поэтому прииспользовании двигателей малой мощности в качестве моделей необходимооценивать погрешность эксперимента с учетом особенностей режимов их работы.В случае частотно-управляемого двигателя в качестве независимых параметров целесообразно принять ток, потокосцепления и частоту вращения [32].Тогда критериальная форма записи уравнений, являющихся критериями подобия, примет вид:I1  FIIбFI Zбr1FФ ,MФ  2 FМ ;  FФ ,MбФбf1H b  c12(b  c 2 )  (d  e 2 ) 2  21x2'2 r2' 1r1r2' r1  2(b  c )  (d  e ) 2  22(4.1)21,(4.2)(4.3)140f1H Z бFМ f б r1 (b  c )   (d  e )221, 2(4.4)xx'где b  r1 (1   2 ); c  x0 ; d  r1 ; e  1  1;1  1 ;  2  2 ;    1   2   1 2 .x0x0x0В выражении (4.4) приняты обозначения: γ – относительное напряжение;β – абсолютное скольжение; α – относительная частота тока статора.При приближенном подобии критериальная форма записи позволяет произвести оценку погрешности и осуществить пересчет результатов эксперимента, полученных на модели, на натурный образец.

Выражение для определения момента двигателя-оригинала через момент двигателя-модели имеетвид:MO  M MM бO O2 FMO.M б M  M2 FMM(4.5)В выражении (4.5) индексами «о», «м» и «б» обозначены величины, относящиеся соответственно к двигателю-оригиналу, двигателю-модели и базовыевеличины.В качестве примера оценим величину погрешности, получаемую при приближенном моделировании тягового асинхронного двигателя ЭД-900 двигателем АО-63-4. Оценку произведем по величине момента на валу электродвигателя, поскольку эта величина является наиболее характерной:M M дв.о.и  M дв.о.100% ,M дв.о.и(4.6)где Mдв.о. – значение момента на валу двигателя ЭД-900;M дв.о.и – значение момента на валу двигателя АО-63-4, полученное при ис-пытаниях.Проведенные расчеты [32] показали, что погрешность в определении количественной величины момента в случае несовпадения режимов работы дви-141гателей не превышает 25% (качественная картина процесса пульсаций момента полностью сохраняется), а в случае, когда режимы работы двигателейблизки друг к другу погрешность не превышает 14%.

В случае совпадения режимов работы погрешность в определении величины пульсаций момента непревышает 13%. Таким образом возможно приближенное моделирование ТАДмощностью ЭД-900 асинхронным мощностью 14 кВт.4.3 Комплексный стенд для исследования автоматической системыуправления температурой тягового асинхронного двигателяНа рисунке 4.4 приведен общий вид стенда, а его функциональная схемапредставлена на рисунке 4.5.Рисунок 4.4 – Общий вид стенда для исследованияавтоматической системы управления температурой ТАД142Рисунок 4.5 – Функциональная схема стенда для исследованияавтоматической системы управления температурой ТАДОсновными элементами стенда являются вентилятор охлаждения 1, который приводится во вращение асинхронным двигателем 2 [5], управляемогопреобразователем частоты и охлаждаемый асинхронный двигатель 3 (физическая модель ТАД тепловоза), который управляется преобразователем частоты11.В механическую часть установки входят модель колесной пары 4, на которой располагается зубчатое колесо 5; устройство, для имитации связи колесной пары с рельсами, изготовленное в виде двух связанных между собой катков 6; нагрузочного устройства, для моделирования сопротивления движению; маховика 7, которое позволяет моделировать массу поезда.

При помощиприжимных винтовых устройств 8 регулируется величина силы нажатия колесной пары 4 на каток 6.В конструкцию нагрузочного устройства входит фрикционный тормоз 9,а также электрическая машина постоянного тока 10.143При помощи хромель-копелевых термопар 13 регистрируются значенияпревышения температур в корпусе, обмотках статора и ротора модели ТАД.Они располагаются в статоре в трех сечениях – в лобовых частях обмотки (рисунок 4.6) со стороны подачи охлаждающего воздуха и противоположной стороне, и в его массиве (по 3 термопары в каждом сечении, сдвинутые на 120°),в массиве роторе (рисунок 4.7) – со стороны подачи охлаждающего воздуха ина противоположной стороне (по 2 термопары в каждом сечении, сдвинутыена 180°). Для возможности передачи информации с термопар, расположенныхна роторе, на его валу установлен ртутный токосъемник. Для усиления сигналаТ*, поступающего с термопар 13, предусмотрены усилители 14. При помощидатчиков тока 15 модели ACS 712 измеряется действующее значение тока вобмотке статора.

На многофункциональную плату аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 16 производства ЗАО «Руднев-Шиляев» ЛА-2USB-12 [31]поступают сигналы I* с датчиков тока 15 и Ty с усилителей 14, далее преобразованные в цифровой код I и T, поступают на ЭВМ 17.Также сигналы с термопар передаются на программируемый регулятортемпературы 18 серии DTD4848V0 с возможностью ПИД-регулирования, который объединяет в себе функции сумматора и регулятора, который преобразует их в аналоговый сигнал и передает на вход преобразователя частоты вентилятора охлаждения ТАД.ДатчикитокамоделиACS712,которыепроизводятсяфирмой«Allegro Microsystems», позволяют измерять значение постоянного и переменного токов вплоть до 50 кГц. Их принцип действия основан на эффекте Холла.Погрешность измерений при регистрации сигналов тока составляет 1,5%.Значения частоты вращения вала ротора ТАД и маховика регистрируютинкрементальные энкодеры E40S6-1000-6-L-5 DC5V производства фирмыAutonics с разрешающей способностью 1000 импульсов на оборот.144Рисунок 4.6 – Расположение датчикатемпературына лобовой части обмотки статораРисунок 4.7 – Расположение датчикатемпературыв массиве ротораПервый датчик частоты вращения установлен на вал измерительногодиска (ролика), прижатого к катку, частота его вращения пропорциональна частоте вращении маховика, то есть он моделирует линейную скорость перемещения массы тепловоза (поезда).

Второй датчик частоты вращении установленна колесе, приводящем в движение каток, следовательно, на нем возможныявления боксования и проскальзывания. Таким образом, по рассогласованиюсигналов с датчиков (с учетом масштабирующих коэффициентов) возможноопределение режимов срыва сцепления и борьба с этим за счет введения корректирующих сигналов в систему управления.Из-за неравномерного прохождения воздуха внутри машины, а также всвязи с тем, что в процессе теплообмена между нагретыми частями асинхронной машины и охлаждающим воздухом последний нагревается, температураразличных элементов машины может существенно отличаться.В качестве программы необходимой для сбора и хранения данных используется поставляемое в комплекте с многофункциональной платой 16 программное приложение SaverSE.

Данное приложение содержит осциллографдля возможности проведения качественной и количественной оценки регистрируемых сигналов, предоставляет возможность выбора каналов для сбораинформации, а также имеет функцию, позволяющую изменять частоту выбранных каналов.145Методика проведения экспериментальных исследований заключается вследующем. Для построения статических характеристик определены установившиеся значения величины температуры θ для нескольких значений подачиохлаждающего воздуха Gвз при нескольких неизменных значениях тока обмотки статора Is.

Характеристики

Список файлов диссертации