Материал: Система автоматического регулирования электровоза ВЛ80р

, (29)

, (30)

где Lу, Lq - индуктивность цепей управления и обмотки поперечного поля;

Rу, Rq, Iу, Iq - соответствующие сопротивления и токи;

Eвых - выходная ЭДС усилителя.

Проведя соответствующие преобразования, можно получить выражение передаточной функции ЭМУ:

, (31)

где T1,T2 - постоянные времени цепи обмотки управления и поперечной цепи якоря ЭМУ;

ky - коэффициент усиления по напряжению;

 - число витков обмотки управления;

m1 - угловой коэффициент характеристики холостого хода ЭМУ;

.7 ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ

Плавное регулирование напряжения на коллекторе тягового двигателя в системе ЭПС постоянного тока возможно при импульсном регулировании. Для этой цели в системе управления необходимо предусмотреть генерирование импульсов с регулируемой частотой (ЧИМ) и шириной (ШИМ) импульсов.

В настоящее время применяется много различных схем и конструкций импульсных устройств, в основе которых используются полупроводниковые элементы, работающие в режиме ключа, и формирующие RC-цепочки. Основными из видов генераторов импульсов (или задающих генераторов ЗГ) являются мультивибратор на транзисторах (рис.12), блокингенератор с трансформаторной связью (рис.13) и релаксационный генератор на динисторе (рис.14).

Не останавливаясь подробно на принципах работы каждого из ЗГ, отметим, что общим для них являются процессы заряда-разряда конденсатора в цепи RC, которые в сочетании с ключевым режимом работы полупроводниковых приборов дают незатухающие колебания на соответствующих выходах.

Известно, что дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в цепи с R и C, имеет вид

где U - приложенное напряжение. Учитывая, что  это уравнение может быть записано в виде

, (33)

а его решение

 . (34)

где  - постоянная времени цепи.

Для блокинг-генераторов и генераторов на динисторах характерным является значительное превышение продолжительности паузы tи над импульсом. Поэтому можно считать Т=tп . Продолжительность же паузы по-прежнему определяется временем разряда (у блокинг-генератора) и заряда (у генератора на динисторе) конденсатора С на резистор R. В то же время частота следования импульсов у генераторов этой категории, кроме постоянной времени τ = RC, зависит от напряжения питания, что в некоторых случаях удобно использовать для регулирования частоты.

Рис. 15

Способ регулирования частоты изменением постоянной времени времязадающих цепей, то есть изменением R или С, имеет ограниченные возможности, а кроме того, требует обязательного наличия перемещающегося элемента (движка резистора пли вращения пластин конденсатора). Этот способ возможен при ручном управлении частотой, а при автоуправлении он менее пригоден.

Плавное регулирование частоты мультивибратора может осуществляться по схеме, приведенной на рис. 17, п. В этом случае для создания смещения на базах транзисторов используется источник Есм, напряжение которого изменяется. С уменьшением Есм уменьшается скорость изменения напряжения на конденсаторе (рис. 15,б). Это напряжение позже достигает нулевого значения. То же самое можно отнести и, например, к генератору на динисторе: чем меньше напряжение питания на зажимах общей схемы ( + U). тем медленнее будет заряжаться конденсатор С (см. рис. 14). Для симметричного мультивибратора с учетом смещения

, (35)

то есть при неизменном напряжении питания Ек период Т и частота f зависят от Eсм.

Для генератора на динисторе с учетом того, что tн <tп и T=tп , можно считать

, (36)

Где U - напряжение питания;

Uп,д - пороговое (пробивное) напряжение динистора. Таким образом, чем выше напряжение питания U, тем меньше Т и выше f.

В замкнутых системах автоуправления ЭПС сигналом смещения для мультивибратора Есм или напряжения питания генератора на динисторе U может служить выходной сигнал интегратора, полученный как результат непрерывного суммирования сигнала ошибки (рассогласования) регулирования (см. п. 3.8).

При выполнении курсового или дипломного проекта генераторы импульсов могут приниматься как типовые звенья (в том числе и приведенные на рис. 12 -15). Подробный .расчет задающих генераторов производится по специальному заданию руководителя проектирования с использованием дополнительных литературных источников.

3.8 ИНТЕГРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Исполнительными устройствами на ЭПС с плавным регулированием напряжения чаше всего являются тиристорные преобразователи. Их выходные сигналы Uвыпр, Uпм пропорциональны управляющим сигналам αрег, f, которые зависят от сигнала рассогласования. Поэтому при отсутствии рассогласования выходные параметры исполнительных устройств становятся равными нулю Принципиально такие системы, называющиеся статическими, могут существовать, однако для ЭПС, где напряжение на двигателе должно расти вместе с увеличением скорости даже при полном отсутствии рассогласования но току, статические системы не обеспечивают необходимого качества регулирования. Необходимое напряжение на двигателе и, следовательно, фаза или частота регулирования должны сохраняться и при полном отсутствии рассогласования по току или скорости.

Системы с непрерывным суммированием (интегрированием) рассогласования называния астатическими, они могут работать с сигналом ошибки, равным нулю. Роль астатических звеньев выполняют интегрирующие устройства, имеющие передаточные функции типа

, (37)

включенные между выходом элемента сравнения и входом регулирующего элемента (фазорегулятора, генератора частоты и т. п.).

Для RС-цепочки при определенных соотношениях между R и С справедливо уравнение

, (38)

а для двигателя

, (39)

то есть в обоих случаях выходной сигнал является интегралом от входного. В первом случае величина RC=T является темпом интегрирования. Если принять R = 106 Ом, С=10-6 Ф, то Т = 1 с, а результат

 при

Темп интегрирования при автопуске и максимальное напряжение на выходе интегрирующего устройства должны быть согласованы с напряжением питания регулирующего звена (фазорегулятора, генератора частоты и т. п.) и ускорением движения поезда.

.9 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ (РЕГУЛИРУЮЩИЕ) УСТРОЙСТВА

Исполнительными устройствами при плавном регулировании на ЭПС являются выпрямительные или инверторные установки (ВИПы), выпрямительные установки возбуждения (ВУВ), устройства частотной или широтной модуляции. Их подробные схемы, с которыми можно ознакомиться по соответствующим источникам, здесь не приводятся, учитывая, что к началу выполнения данного проекта студент должен быть подготовлен при изучении курса «Системы управления ЭПС». Все отмеченные устройства являются той или иной комбинацией тиристорных ключей. Таким образом, передаточная функция исполнительного звена предполагает безынерционную связь выходного напряжения (выпрямленного или модулированного) и регулирующего сигнала (фазы, частоты и т. п.).

Выбор исполнительного устройства должен учитывать три основных момента:

род тока в питающей сети;

заданный в проекте режим работы - тяга или торможение, реостатное или рекуперативное;

на пути сигналов регулирования αр или f к исполнительному устройству с множеством силовых тиристоров они должны претерпеть, подчас, многократное усиление и размножение. В конечном итоге это не повлияет на их фазовую или частотную характеристику, однако элементы усилительного преобразования и размножения в общей схеме должны быть отражены.

электровоз торможение двигатель тяговый

4. Анализ системы автоматического регулирования в режиме рекуперативного торможения

Система автоматического управления предназначена для автоматического управления работой электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения.

При работе в режиме рекуперативного торможения САР выполняет следующие функции:

Предварительное торможение;

. Торможение до заданной скорости движения с заданной и величиной тормозной силы и учётом ограничений тормозных характеристик электровоза;

. Поддержание постоянства заданной скорости движения при движении по переменному профилю;

. Остановочное торможение с заданной и автоматически поддерживаемой величиной тормозной силы.

. При низких скоростях движения обеспечивается противокомпаундирование (пртивовключение) тяговых электродвигателей (на ЭП1 этот режим не поддерживается);

. Плавное нарастание тормозной силы электровоза до заданного значения (тока якоря ТЭД);

. Ограничение токов якоря тяговых электродвигателей на уровне 1000А;

. Ограничение тока возбуждения тяговых электродвигателей на уровне 850А;

. Защиту от юза отдельной колёсной пары и от синхронного юза всех колёсных пар электровоза.

Рис. 16 САР электровоза ВЛ65 (ЭП1) в режиме рекуперативного торможения.

5. Анализ устойчивости системы

Анализ устойчивости системы произведем по критерию Михайлова.

Правило Михайлова:

Система устойчива тогда и только тогда, если годограф начинается на вещественной оси, при изменении частоты вращается против часовой стрелки и обходит столько квадрантов, каков порядок дифференциального уравнения.

Передаточная функция САР:

(р)= (К15(Т9р+1)(Т12р+1)(К”+р(Т4р+1)(Т7р+1))+1)/(К’*К2);

К’= 25*1,8*1,8*40*2,5*122,6*22 = 2436,493;

К”= 25*1,8*3,6*40*7,8*48,4*0,1 = 244,633;

К15= 0,61;

Т9 = 0,3; Т12 = 2,8; Т4 = 0,3; Т7 = 0,2;

(р)=(0,61(0,3р+1)(2,8р+1)(2436,493+р(0,3р+1)(0,2р+1))+1)/(25*244,633) = 0,05р5+0,606р4+1,61р3+8,5р2+29,5р+9,5;

Передаточную функцию приведем к виду:

Д(jw) = А+jВ,

воспользовавшись заменой оператора р на jw

р= jw;

р5+12,12р4+32,2р3+170р2+590р+190=0;

(jw)5+12,12(jw)4+32,2(jw)3+170(jw)2+590jw+190=0;

jw5+12,12w4-32,2jw3-170w2+590jw+190=0;

А= 12,12 w4-170w2+190;

Задаваясь различными значениями W рассчитаем А и В в виде таблицы № 1.

Расчет устойчивости

Таблица № 1.

По данным таблицы № 1. построим годограф Михайлова на Рис. № 17.

Судя по полученной зависимости система устойчива.

Проверка системы на устойчивость по методу Гурвица невозможна, так как в данном случае мы имеем уравнение пятого порядка, что само по себе исключает возможность проверки, потому, что метод Гурвица правилен для уравнений не выше 4-го порядка, но и в этом случае сокращается большой процент ошибки.

Рис. 17

Вывод: система устойчива, так как годограф начинается на вещественной оси и при изменении частоты вращается против часовой стрелки обходит пять квадрантов.

Заключение

В данной курсовой работе представлена методика расчета некоторых функциональных узлов электровоза переменного тока.

Приведена функциональная схема электровоза ВЛ80р, которая является основой для конструирования всей системы, состоящей из отдельных элементов.

Данная схема исследована на устойчивость по критерию Михайлова. По полученному изображению годографа Михайлова сделан вывод, что система устойчива, так как годограф начинается на вещественной оси и при изменении частоты вращается против часовой стрелки обходит пять квадрантов.

Библиографический список

1. Автоматизация управления электроподвижного состава/В.Н. Лисунов, Н.С. Назаров.-Омск.: ОмИИТ,-1982.

. Автоматизация электрического подвижного состава/Ред. Д. Д. Захарченко.-М.: Транспорт, 1978.