Содержание к диссертации
Введение
1. Специализированные средства для транспортирования крупногабаритных неделимых грузов 10
1.1 Области применения большегрузных автотранспортных средств 11
1.2 Особенности конструкции большегрузных автотранспортных средств 15
1.3 Перспективные тяговые приводы большегрузных автотранспортных средств 17
1.4 Особенности построения систем управления тяговым электроприводом большегрузных автотранспортных средств 20
Выводы 25
2. Статическая модель системы "транспортное средство - опорная поверхность" 27
2.1 Модели пневмоколёсного движителя 27
2.1.1 Модели пневмоколёсного движителя при прямолинейном движении транспортного средства 27
2.1.2 Модели пневмоколёсного движителя при криволинейном движении транспортного средства 38
2.2 Статическая модель большегрузного автотранспортного средства в режиме криволинейного движения 46
Выводы 51
3. Управление движением большегрузного автотранспортного средства 52
3.1 Динамическая модель системы "транспортное средство — опорная поверхность" 52
3.2 Большегрузное автотранспортное средство, как объект управления 57
3.2.1 Динамическая одноосная модель большегрузного автотранспортного средства 57
3.2.2 Представление объекта, взаимосвязанной системой 70
3.3 Система управления движением большегрузного автотранспортного средства 74
3.3.1 Основные принципы разработки алгоритма управления многодвигательным тяговым электроприводом 74
3.3.2 Система выравнивания нагрузок движителей борта 82
3.3.3 Система осевых взаимосвязей 93
3.3.4 Моделирование управляемого движения транспортного средства 95
Выводы 104
Система управления индивидуальным тяговым электроприводом 106
4.1 Технико-экономический анализ тяговых электроприводов 106
4.2 Электродвигатель в системе частотно-каскадного привода, как объект управления 117
4.3 Режимы управления тяговыми двигателями 123
4.4 Система управления частотой вращения вала тягового асинхронного двигателя с фазным ротором в частотно-каскадном приводе 125
Выводы 132
5 Экспериментальное исследование двухдвигательного электропривода с взаимосвязью по нагрузке 133
5.1 Описание экспериментальной установки 133
5.2 Порядок проведения эксперимента 141
5.2.1 Экспериментальное исследование имитатора криволинейного движения оси транспортного средства 141
5.2.2 Экспериментальное исследование частотно-каскадного электропривода 143
Выводы 145
Основные выводы и результаты работы 147
Библиографический список 148
Приложение 1 158
- Перспективные тяговые приводы большегрузных автотранспортных средств
- Модели пневмоколёсного движителя при прямолинейном движении транспортного средства
- Динамическая одноосная модель большегрузного автотранспортного средства
- Электродвигатель в системе частотно-каскадного привода, как объект управления
Введение к работе
Актуальность работы. Достижение высокого качества изготовления и надёжности технологического оборудования, снижения материальных и трудовых затрат при возведении промышленных предприятий, мостов, атомных и гидроэлектростанций, а также других объектов большой единичной мощности является возможным в результате применения агрегатов и узлов, имеющих высокую или полную заводскую готовность. К подобным изделиям, определяемым как крупногабаритные тяжеловесные грузы относятся: энергетическое, нефтеперерабатывающее, нефтехимическое, химическое, микробиологическое, горнообогатительное оборудование, а также оборудование по производству строительных материалов, заготовки и готовые конструктивные модули крупных машин (экскаваторов, судов, железнодорожных вагонов, самолётов и т. д.).
Для транспортирования крупногабаритных грузов в пределах внутризаводской территории используются многоопорные полноприводные автотранспортные средства модульного типа, а в случае перевозки на значительные расстояния (к месту монтажа) такие средства могут использоваться в составе большегрузного автотранспортного средства (БАТС).
Организация доставки крупногабаритных тяжеловесных грузов к месту монтажа при возведении объектов большой единичной мощности осуществляется по дорогам общего пользования, что приводит к необходимости прекращения на определённое время двустороннего движения на автомобильной, а в случае наличия железнодорожного переезда на пути следования автопоезда и железнодорожной магистрали.
Различие грунтовых условий и наличие препятствий под отдельными колёсами БАТС приводит к отклонению траектории движения транспортного средства от задаваемой водителем, что может повлечь за собой аварийные ситуации и изменение графика движения, вызывая дополнительные экономические издержки.
Для повышения маневренности и управляемости БАТС, а также во избе-
жание аварийной ситуации при его эксплуатации, на дорогах общего пользования, в условиях бездорожья и на ограниченной площади заводских цехов целесообразным является применение системы автоматического управления движением транспортного средства, в состав которой входит система управления индивидуальным электроприводом колес.
Работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры автоматизации технологических процессов Воронежского государственного архитектурно-строительного университета «Функционально ориентированные системы управления технологическими процессами и оборудованием строительства и стройиндустрии».
Цель диссертационной работы. Разработка алгоритмического обеспечения системы управления индивидуальным электроприводом колёс многоопорного транспортного средства, обеспечивающего повышение его маневренности и управляемости.
Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:
анализ существующих тяговых приводов Б АТС с точки зрения их технико-экономических показателей, показателей надёжности, а также возможностей управления тяговыми двигателями;
выбор и обоснование модели взаимодействия пневмоколесного движителя (ПКД) с опорной поверхностью, пригодной для использования в процессе управления много двигательным электроприводом колёс;
структурное представление БАТС объектом управления;
разработка системы управления индивидуальным электроприводом колёс БАТС;
разработка и исследование системы управления многодвигательным электроприводом БАТС;
Методы исследований. В диссертационной работе использованы основные положения и методы теории автоматического управления, теории движения колёсных машин, теории электропривода с применением математического
7 моделирования. Результаты получены на основе численного анализа математических моделей на ЭВМ и экспериментальным путём на лабораторной установке.
Научная новизна.
Обоснован алгоритм для управления тяговыми электродвигателями, отличающийся от известных использованием зависимостей буксования от тягового усилия ГЖД для формирования управляющего воздействия при двухка-нальном управлении индивидуальным электроприводом и позволяющий повысить управляемость и маневренность БАТС.
На основе уточнённого алгоритма восстановления величины скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФ) по измеренному значению выпрямленного тока ротора разработана система управления частотно-каскадным электроприводом.
Получена зависимость для расчёта длины линии пятна контакта пнев-моколеса с опорной поверхностью, отличающаяся от известных учётом упругих свойств шины и грунта, и позволяющая уточнить существующую модель пневматического колеса, используемую для расчёта тягового усилия движителя.
Получена математическая модель многоопорного транспортного средства с индивидуальным тяговым электроприводом колёс, отличающаяся от известных учётом процессов силового взаимодействия пневмоколёсных движителей с опорной поверхностью и перераспределения нагрузок между движителями одного борта, позволяющая представить БАТС объектом управления.
Практическая значимость работы.
Разработана система управления многодвигательным электроприводом БАТС при реализации прямолинейного и криволинейного движений.
Разработана программа моделирования управляемого движения БАТС.
Разработана система управления индивидуальным тяговым электроприводом.
- Разработана и изготовлена действующая физическая модель, имити
рующая криволинейное движение транспортного средства с индивидуальным
электроприводом и микропроцессорной системой управления.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту.
Алгоритм и система двухканалыюго управления многодвигательным тяговым электроприводом колёс БАТС модульного типа.
Алгоритм и система управления индивидуальным электроприводом колёс БАТС.
Зависимость для расчёта длины линии пятна контакта пневмоколеса с опорной поверхностью.
Математическая модель многоопорного транспортного средства с индивидуальным тяговым электроприводом колёс.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении грантов и научно-технических программ, а именно:
Грант в области энергетики и электротехники "Энергосберегающий многодвигательный асинхронный электропривод тяговых систем пневмоколес-ного транспорта" (1998 - 2000 гг.)
Научно-техническая программа "Научные исследования высшей школы в области транспорта" "Асинхронный электропривод много двигательных тяговых систем пневмоколёсного транспорта" (2000 г.)
Научно-техническая программа "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" подпрограмма "Архитектура и строительство" "Разработка объектно-ориентированных систем автоматического управления технологическим оборудованием строительной отрасли" (2004 г.)
По материалам разработанных положений получен патент РФ № 2187437 "Устройство для управления движением транспортного средства". Заявлено 22.01.2001. Опубл. 20.08.2002.
9 Полученные результаты исследований используются ФНПЦ ЗАО НПК(о)
«Энергия» (г. Воронеж) при создании перспективных цифровых систем управления многодвигательными электромеханическими системами, а также в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 210200 "Автоматизация технологических процессов и производств" в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
Апробация результатов работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены и получили одобрение на 10 научно -технических конференциях, научно-практическом семинаре, симпозиуме, в частности на: 55 - 59 научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2000-2004 гг,); межвузовской научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2001 г); региональных научно-технических конференциях "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (Воронеж, 2002-2003 гг.); 56 международной научно-технической конференции молодых учёных "Актуальные проблемы современного строительства" (Санкт-Петербург, 2003 г); 6 международной конференции "Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах" (Санкт-Петербург, 2004 г); научно-практическом семинаре "Компьютерные технологии в учебном процессе, научных исследованиях и управлении ВУЗом" (Воронеж, ВГАСУ, 2000 г); международном научном симпозиуме "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров" (Москва, 2000 г)
Публикации. По материалам диссертационной работы, опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения изложенных на 147 страницах машинописного текста, и содержит 63 рисунка, 5 таблиц, библиографический список, включающий 95 наименований и 5 приложений.
Перспективные тяговые приводы большегрузных автотранспортных средств
Требованиям эксплуатации БАТС отвечают объёмные гидроприводы (ОГП) и электрические приводы. ОГП получили широкое распространение благодаря хорошим удельным энергетическим показателям и регулировочным возможностям при удовлетворительных значениях КПД, возможности создания больших передаточных чисел, малой инерционности /11/. Применение вы-сокомоментных гидродвигателей позволяет уменьшить передаточное отношение, снизив тем самым массу мотор-колесного привода.
Альтернативой ОГП в тяговых системах БАТС является электропривод. В таблице 1.3 приведены качественные характеристики ОГП и электрических тяговых приводов/12, 13, 14/
Анализ таблицы /6/ показывает, что ОГП и электроприводы характеризуются приблизительно равными возможностями компоновки агрегатов и узлов трансмиссии, обеспечивая бесступенчатое регулирование скорости. При этом ОГП характеризуется лучшими массогабаритными показателями, что обычно достигается за счет высокого рабочего давления. Однако, повышение давления в гидролиниях приводит к"необходимости изготовления сопрягающихся деталей с высокой точностью и чистотой обработки поверхностей /12/.
Кроме того необходимо отметить ряд дополнительных существенных особенностей ОГП, приводящих в итоге к снижению надёжности привода: - при высоких давлениях возникающие упругие колебания столба жидкости вызывают гидравлические удары в системе, вибрацию взаимно перемещающихся деталей насоса; - затруднена подача рабочей жидкости к подвижным элементам, ввиду трудности заделки гибких рукавов высокого давления в металлические оконцеватели, что не позволяет конструировать тяговую опору поворотной, ведет к неполному использованию сцепной массы модуля; - уменьшение геометрического поперечного сечения капиллярных щелей из-за облитерации, возникающей даже после фильтрации рабочей жидкости, что приводит к скорейшему засорению напорных гидролиний; - необходимость очистки жидкости системой фильтрации и надёжного уплотнения подвижных соединений; - возникновение резких колебаний давления, шумов, ударных нагрузок на подшипники насоса вызываемых кавитацией и приводящих к ускоренному износу насоса и аппаратов ОГП. Устранение недостатков ОГП вызванных кавитацией осуществляется использованием вспомогательной гидросистемы применяемой также, для компенсации утечек рабочей жидкости, которая, наряду с системой фильтрации, повышает массогабаритные показатели привода.
Кроме того, учитывая особенности режимов движения транспортного средства, наиболее целесообразно в тяговых системах применять схемы гидроприводов построенных с использованием регулируемых гидромашин (насосов и двигателей), имеющих более высокую стоимость по сравнению с нерегулируемыми.
Из изложенного следует, что в тяговых системах многоопорного транспорта наиболее предпочтительным является применение тягового электропри-вода, который в настоящее время уже используется зарубежными производителями автомобильной техники ввиду того, что элементы привода (генераторы и двигатели), а также элементы силовой электроники характеризуются массовостью производства, а также хорошо отработанной технологией изготовления /15, 18, 19,20/.
Особенности конструкции БАТС, такие как многоопорность, полнопри-водность и модульность определяют необходимость создания системы управления тяговым приводом, позволяющей осуществлять регулирование частоты вращения двигателей с учётом положения мотор-стойки относительно центра поворота при криволинейном движении машины, обеспечивая максимальное совпадение реализуемой траектории с опорной.
Для формирования сигнала управления тяговым приводом при повороте транспортного средства известна система управления, представленная на рис Л .4/25/.
Задатчик радиуса поворота вырабатывает сигналы разной полярности. При положительной полярности открывается развязывающий элемент правого борта и сигнал, поступающий на привод правого борта, через соответствующие сумматор и перемножитель уменьшается, а, следовательно, уменьшается и скорость правого борта, благодаря чему осуществляется правый поворот. Если сигнал задатчика отрицательный, то открывается развязывающий элемент левого борта и аналогично осуществляется поворот влево.
В рассматриваемой системе управления, благодаря перемножению сигналов, пропорциональных радиусу поворота и требуемой скорости движения оси транспортного средства, обеспечивается независимость реализуемого радиуса поворота от задаваемой скорости движения. Система обеспечивает существенное повышение маневренности транспортного средства при сохранении возможности управления скоростью движения при маневрировании без её влияния на реализуемую траекторию. При этом поворот осуществляется за счёт изменения соотношения частот вращения двигателей правого и левого бортов (бортовой поворот).
Однако в системе управления не учитываются геометрические размеры транспортного средства при формировании алгоритма управления, и она не обеспечивает управляемого поворота машины. Кроме того, при движении и маневрировании транспортного средства реализуемая траектория зависит не от соотношения задаваемых сигналов управления приводом колёс, а от соотношения действительных скоростей движения правого и левого бортов транспортного средства.
Вместе с тем, известно, что при работе транспортного средства в тяговом режиме в тяжелых грунтовых условиях действительная скорость движения борта определяется радиусом качения, зависящем от тяговой нагрузки и условий взаимодействия колеса с опорной поверхностью, изменяющихся на всём протяжении маршрута следования БАТС.
Модели пневмоколёсного движителя при прямолинейном движении транспортного средства
Индивидуальный электропривод тяговой системы пневмоколесного транспорта предназначен для изменения скорости движения машины при создании необходимого тягового усилия для компенсации сил сопротивления (аэродинамических, сил "на крюке" и т.д.). Таким образом, основными координатами регулирования в тяговой системе с электроприводом являются действительная скорость движения машины и тяговое усилие отдельного пневмоколесного движителя.
Реализация двухканального управления целесообразно осуществлять с помощью иерархической микропроцессорной системы управления, включающей в себя два уровня /28/.
Верхний уровень обеспечивает формирование задающих воздействий, определяющих скорость и траекторию движения БАТС по сигналам, задаваемым водителем, а также связь с системами управления других модулей в случае их совместного использования. На этом уровне управления целесообразно использование алгоритмов, моделирующих движение БАТС в грунтовых условиях, характеризуемых усреднёнными значениями показателей, влияющих на тяговые качества пневмоколёсного движителя.
На нижнем уровне сформированные ранее задающие воздействия преобразуются в сигналы задания частоты вращения отдельного тягового двигателя с учётом его курсового положения и положения в составе Б АТС.
При разработке иерархических систем управления тяговым электроприводом БАТС целесообразно использовать опыт их применения на железнодорожном транспорте.
Например, известна система управления тяговым электроприводом высокоскоростного поезда "Сокол" разработанная ЦНИИ СЭТ /29/ и система управления магистральными электровозами /30/. Анализ этих систем позволяет отметить основное их достоинство — независимость аппаратной части от реализуемых алгоритмов управления. Следует также отметить возможность системы управления любого из объединяемых локомотивов выполнять функции ведущей. Подобную возможность должна предусматривать и система управления БАТС, поскольку возникает необходимость объединения модулей при их функционировании в составе транспортной платформы. 1. Анализ перевозок крупногабаритных тяжеловесных неделимых грузов с использованием автомобильного транспорта показал перспективность применения для этих целей большегрузных автотранспортных средств построенных по модульному принципу. 2. Сравнительный анализ гидравлических и электрических приводов показал перспективность применения электроприводов для тяги БАТС. 3. Реализация специфических видов движений БАТС требует выполнения всех мотор-колес поворотными, и определяет необходимость использова 26 ния двухканального управления тяговым приводом. Управление тяговым электроприводом целесообразно осуществлять с использованием микропроцессорной двухуровневой системы управления, алгоритм функционирования которой основан на косвенном измерении скорости движения колеса и включает в себя модель взаимодействия пневмо-колеса с опорной поверхностью. Приведенный в главе 1 анализ конструкций БАТС и выявленная перспективность их модульного построения существенно усложняет синтез необходимых систем управления в силу следующих обстоятельств: - неоднозначность положения модуля в составе транспортного средства - использование специфических видов движения в местах погрузки выгрузки - индивидуальный привод многоопорного движителя Указанные обстоятельства, а также эксплуатация БАТС подобного типа в условиях низкого качества поверхности движения (грунтовые дороги, бездорожья, климатические изменения условий сцепления и т.д.) определяют необходимость выявления закономерностей формирования тяговых сил, и сил обусловливающих курсовое положение, устойчивость, проходимость, маневренность транспортного средства с учетом характеристик поверхности.
Расчеты показателей проходимости, маневренности и устойчивости БАТС основаны на рассмотрении системы "колесо - опорная поверхность", которая является системой низшего уровня, а ее показатели используются в качестве базовых для расчетов в системах " машина - опорная поверхность", "машина - местность" и "водитель- машина - местность".
Исходной информацией для системы "колесо — опорная поверхность" служит геометрия, физические и механические свойства взаимодействующих объектов, т.е. пневмоколёсного движителя и опорной поверхности, при этом параметрами взаимодействия являются: деформация грунта, прогиб шины, форма поверхности контакта, коэффициент сопротивления качению, коэффициент сцепления, зависимость КПД от буксования /2, 33/. На основе полученных данных определяются показатели проходимости такие как полная сила тяги, давление колес на дорогу, мощность сопротивления качению Б АТС /2, 34/. Деформация шин учитывается при расчёте статической устойчивости Б АТС, определяемой по статическим силам и моментам силы тяжести и действия нагрузки бокового ветра /2/.
Взаимодействие эластичного колеса с опорной поверхностью является причиной возникновения физических явлений в шине и опорной поверхности, учёт каждого из которых в процессе управления Б АТС приведёт к значительному усложнению алгоритма управления. Поэтому при управлении транспортным средством целесообразно использовать модель, адекватно отражающую процессы взаимодействия ПКД с опорной поверхностью, при этом характеризуемую минимальным набором параметров с максимальной их информативностью.
Известен ряд моделей взаимодействия ПКД с опорной поверхностью /31,33,35,36,37,40-44/, однако их сложность, ориентированность их на установление взаимосвязей тягово-сцепных свойств опорной поверхности и основных выходных параметров пневматической шины существенно усложняет расчёт процесса взаимодействия ПКД с деформируемой опорной поверхностью, что приводит к значительному усложнению алгоритма управления тяговым приводом и требует применения обширной базы данных конструктивных параметров шин и параметров характеризующих свойства опорных поверхностей, и, следовательно, значительных ресурсов машинного времени, что является недопустимым при работе системы управления в реальном масштабе времени.
Динамическая одноосная модель большегрузного автотранспортного средства
Пусть некоторые различающиеся условия взаимодействия колеса с опорной поверхностью отображаются кривыми 1 и 2 изменения коэффициента буксования 5 в функции относительной силы тяги ц/, приведенными на рис. 3.18 в первом квадранте. Там же приведены соответствующие кривые У{ и Уг изменения действительных скоростей движения.
В третьем квадранте рис. 3.18 приведены зависимости коэффициента буксования от относительного окружного усилия на колесе в виде кривых Si и 5г, индексы которых соответствуют номерам кривых в первом квадранте. В четвертом квадранте представлены кривые взаимосвязи ft и f2, устанавливающие зависимости относительных окружных усилий колеса и реализуемых значений относительной силы тяги при соответствующих кривым 1 или 2 условиях взаимодействия колеса с опорной поверхностью.
Пусть далее, кривая 1 отображает изменение коэффициента буксования от относительной силы тяги соответствующее реальным условиям взаимодействия колес транспортного средства с опорной поверхностью, а зависимость 5} является характеристикой бортовых нелинейных элементов. Значение относительной силы тяги для некоторых условий эксплуатации соответствует значению ц/т и на выходе бортовых сумматоров формируется сигнал, пропорциональный р0. При этом каждое колесо и соответствующий борт транспортного средства движется с относительной действительной скоростью VdB при заданной относительной скорости Vq0=l.
Если в процессе поворота происходит изменение свойств опорной поверхности под одним из колёс, например, первым колесом, отображаемое теперь кривой 2, то в силу невозможности резкого изменения действительной скорости движения, ее относительное значение остается первоначально неизменным и равным VJBIQ)- Следовательно, равны и буксования колес борта, число которых, для примера, равно 2, что в соответствии с приведенными на рис. 3 кривыми, соответствует увеличению относительной силы тяги первого колеса и нагрузки соответствующего электропривода (точка q „ на рис. 3.18).
Это увеличение нагрузки вызовет соответствующее увеличение выходного сигнала соответствующего блока контроля и, следовательно, увеличение выходного сигнала соответствующих бортового сумматора и бортового нелинейного элемента (точки ср0 и 5о]).
Поскольку результирующее окружное усилие борта увеличилось на величину A(po q 0i- po, скорость движения У вщ) соответствующего борта начнет возрастать. Поэтому при отсутствии коррекции и повороте влево, движение будет характеризоваться излишней, а при повороте вправо - недостаточной поворачиваемостью.
Для осуществления коррекции сигналы, пропорциональные (р{ и ра/, поступают на первый и второй входы соответствующего блока управления. При этом для первого колеса правого борта на выходе соответствующего блока управления будет формироваться сигнал, пропорциональный положительному значению Vqi —, а на выходах других блоков управления электроприводами колес этого борта - отрицательные сигналы, пропорциональные поскольку раХ р0. В соответствии с изложенным ранее функ ционированием блока управления и электропривода, это приводит в конце процесса управления к уменьшению заданной скорости Vqi первого колеса транспортного средства и возрастанию заданной скорости Vqi остальных колес правого борта на величину, пропорциональную значению (3.27). Следовательно, происходит встречно направленное изменение буксований (направление изменения соответствующих коэффициентов буксования показано на рис. 3.18. стрелками) и окружных усилий ф0 и щ к величине (ро1.
При отсутствии в блоке управления интегратора и запоминании первоначального уровня корректирующего сигнала, управление приводит к такому перераспределению нагрузок, при котором колесо, нагружаемое в соответствии с кривой 2, оказывается недогруженным (точки у/у и р\ на рис. 3.18), а нагружаемое в соответствии с кривой 1 - перегруженным (точки ц/0 и ро на рис. 3.18), при сохранении средних значений относительных окружного усилия колеса и силы тяги на первоначальном уровне (ра и у/0 и скорости движения борта на уровне VJBIQ)- Изменение знака рассогласования ASqi при меньших значениях коэффициентов %, и St приводит к изменению знака корректирующих сигналов и формированию их новых значений, несколько меньших по уровню. Следовательно, процесс коррекции задания скорости движения колес носил бы затухающий колебательный характер, не приводящий, однако, к изменению действительной скорости движения /73/.
Введение в блок управления интегратора позволяет исключить это явление, поскольку непрерывно контролируемое отклонение ASqi приводит к изменению уровня его выходного сигнала сразу же, как только произойдет выравнивание относительных тяговых усилий, и изменение сигналов коррекции управления происходит без изменения их знака ниже задания, будет происходить до тех пор, пока контролируемое бортовым сумматором значение ры не вернется к первоначальному значению.
Электродвигатель в системе частотно-каскадного привода, как объект управления
Результаты проведённых расчётов показали, что выполнение ПЧ на существующей элементной базе (тиристорах с искусственной коммутацией) делает приводы с частотным регулированием АД не конкурентоспособными по отношению к приводам с генераторным регулированием ВД при количестве до 20 тяговых двигателей.
Использование полностью управляемых элементов только в схемах импульсного регулирования позволяет повысить конкурентоспособность привода с АДФ (ПЧ-АДФ) и делает целесообразным применение подобного привода при числе ТД больше 8 практически независимо от единичной мощности двигателя.
Основным технико-экономическим преимуществом ЭП с АДФ является более высокая надёжность привода, обусловленная существенным упрощением системы управления и силовой схемы много двигательного тягового электропривода по сравнению со сравниваемыми ЭП. Массогабаритные показатели приводов определяются в основном аналогичными показателями тяговых двигателей и сопоставимы для различных систем, а среднее время наработки на отказ ЭП с АДФ в 1,7 раза больше, чем у ЭП с индивидуальным частотным регулированием.
Выявление ремонтоспособности ходового оборудования возможно сопоставлением условий обеспечения дальнейшего движения БАТС с различными типами тяговых электроприводов, например, электроприводом с АДФ и электроприводом с АДК, (рис. 4,1). На схемах обозначено: Mh ..., Mlq - тяговые двигатели одного, например, левого борта БАТС; М?,..., Mjq - тяговые двигатели другого, например, правого борта БАТС; q- число осей БАТС; АИН - автономные инверторы напряжения, выполняемые для большегрузных транспортных средств в виде самостоятельных модулей, выходная мощность которых соответствует мощности тягового электродвигателя, вращающего пневмоколесо ПК[, ПК2, ..., ПК;; і -число колес БАТС, равное в данном случае удвоенному числу осей транспортного средства; СУ АИН - система управления АИН; СГ-В - общий для БАТС или борта источник постоянного напряжения, выполняемый, например, в виде синхронного генератора с выпрямителем на выходе; ТпД - тепловой двигатель, общий для БАТС или борта в зависимости от грузоподъемности и диапазона регулирования скорости движения БАТС; PCs - регулятор скольжения і-го двигателя, выполняемый в виде дросселя и ключа с отсекающими диодами, работающий в импульсном режиме; СУ PQ - система управления і-го регулятора скольжения; R, V - общие задатчики курсового положения (радиуса поворота) и скорости движения БАТС; Rqi, Vqi - задатчики радиусов поворота и частот вращения (скорости движения) і-го и (і+1)-го колес q-той оси БАТС; ИМЬ ИМ2,..., ИМ; - исполнительные механизмы поворота колес относительно продольной оси БАТС /23/.
Направление потоков энергии при работе привода в тяговом режиме показано на рис.4.1 стрелками. Безусловным отказом БАТС будем называть такое аварийное состояние любого элемента системы ЭП, восстановление которого в полевых условиях невозможно или существенно затруднено, и не обеспечивает дальнейшего движения БАТС с тем же числом тяговых двигателей. Таким образом, к безусловному отказу БАТС с электрориводом переменного тока может приводить выход из строя (авария): любого из тяговых двигателей, а также ТпД, СГ-В, АИН, СУ АИН, PC, СУ PC. При этом авария первых четырёх элементов, образующих электропривод с АДК (рис.4.1 а), вызывают безусловный отказ БАТС. Следовательно, на основе сравнительного анализа возможности продолжения движения БАТС с этими двумя типами ТЭП можно сделать определенные выводы о ремонтопригодности той или иной схемы привода. При этом возможности восстановления движения БАТС с электроприводами сравниваемых типов существенно различны. При выходе из строя одной из силовых частей АИН в ТЭП с АДФ остальные, или их часть, могут быть объединены на стороне переменного тока, поскольку все они управляются от единой СУ АИН. Движение БАТС может быть продолжено при незначительной перегрузке работоспособных АИН. В тяговом электроприводе с АДК это практически невозможно, т.к. каждый АИН имеет собственную систему управления, а объединение статоров даже двух рядом расположенных тяговых двигателей приведет к двукратной перегрузке схемы и выходу её из строя уже при попытке начала движения. Аналогичная ситуация возникает и при выходе из строя одной из СУ АИН и восстановление движения БАТС в этом случае возможно при соответствующем резервировании. При выходе из строя любого из элементов индивидуального регулирования частоты вращения тяговых двигателей (PC, СУ PC) в тяговом электроприводе с АДФ движение БАТС может быть продолжено при замыкании роторов двигателей и осуществлении поворотов по бортовой схеме частотным способом регулирования частоты вращения тяговых двигателей. В тяговом электроприводе с АДК в подобных случаях (роль систем индивидуального регулирования выполняют соответствующие АИН) дальнейшее движение невозможно без увеличения нагрузки остальных ТД, что может приводить к их последовательному выходу из строя.
Таким образом, ремонтоспособность частотно-каскадного электропривода с АДФ гораздо выше аналогичного показателя часто рекомендуемого для тяги электропривода переменного тока с частотным регулированием АДК.
Учитывая, что выход из строя двух схем СУ АИН в ТЭП с АДФ менее вероятен, чем выход из строя 2q аналогичных схем для ТЭП с АДК (даже без учета их элементной сложности), можно сделать вывод и о повышении эксплуатационной надёжности электропривода с АДФ, обеспечиваемой также возможностью оперативного устранения значительного числа неисправностей в полевых условиях, коммутацией силовых связей привода без демонтажа оборудования и резервирования основных элементов управления.
