Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Характеристика условий работы и технического уровня рудничных электровозов находящихся в эксплуатации 11-18
1.2. Обзор и анализ разработанных тяговых тиристорних электроприводов рудничных электровозов 18-28
1.3. Обоснование выбранного направления 29-36
1.4. Выбор и задачи исследования 36-37
2. Разработка математической модели бесконтактной системы управления для анализа работоспособности системы в переходных режимах управления рудничным электровозом
2.1. Уравнения обратимого однопозиционного коммутатора 38-47
2.2. Математическая модель бесконтактной системы управления для расчета переходных процессов ... 47-55
2.3. Методика преобразования скалярных величин, характеризующих переходные процессы в системе, в векторные 55-61
2.4. Выводы 61
3. Однопозиционное регулирование тока тяговых электродвигателей и определение области устойчивости регулятора
3.1. Основные характеристики бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения с однопозиционным регулятором 62-74
3.2. Линеаризованная математическая модель системы 74-88
3.3. Параметры линеаризованной системы 88-93
3.4. Устойчивость регулятора тока управления без входного Фильтра 93-105
3.5. Устойчивость регулятора тока с входным
фильтром І06-ІІ0
3.6. Расчет импульсных трансформаторов тока для бесконтактной системы управления 110—121
3.7. Выводы І2І-І22
4. Выбор основных параметров бесконтактного реверсора-регулятора и экспериментальные исследования электрооборудования с двигателями независимого возбуждения
4.1. Построение реверсора-регулятора для однопози-ционного регулирования возбуждения тяговыми двигателями 123-130
4.2. Основные параметры и методика инженерного расчета реверсора-регулятора 131
4.2.1. Определение номинального тока трансформаторов в реверсоре-регуляторе 131—135
4.2.2. Связь между параметрами регулятора и геометрическими характеристиками трансформатора 135-144
4.2.3. Методика инженерного расчета элементов бесконтактного реверсора-регулятора 144-148
4.3. Особенности реализации силы тяги рудничных электровозов с тяговыми двигателями независимого возбуждения 149-159
4.4. Экспериментальные исследования электрооборудования с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения
4.4.1. Экспериментальные образцы и их технические параметры 159-161
4.4.2. Структура тиристорного регулятора бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения I61-166
4.4.3. Особенности конструкции электрооборудования 166-167
4.4.4. Экспериментальные исследования электрооборудования 168-178
Выводы 178
Заключение 179-180
Литература I8I-I89
Приложение 190-193
- Характеристика условий работы и технического уровня рудничных электровозов находящихся в эксплуатации
- Математическая модель бесконтактной системы управления для расчета переходных процессов
- Основные характеристики бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения с однопозиционным регулятором
- Построение реверсора-регулятора для однопози-ционного регулирования возбуждения тяговыми двигателями
Введение к работе
Основными направлениями развития СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 г. предусмотрен дальнейший рост добычи угля, которая в 1985 г. должна составлять 770-800 млн.т. Решение этой проблемы связано с внедрением высокопроизводительной горнодобывающей техники, что в сбою очередь, приводит к повышению нагрузок на транспорте (I).
Электровозная откатка является основным видом транспорта и обеспечивает до 80 % грузоперевозок по горизонтальным выработкам шахт. Ввиду значительных потерь электроэнергии и низких тяговых свойств эксплуатируемые в настоящее время рудничные электровозы имеют низкие технико-экономические показатели.
Это обусловлено использованием на рудничных электровозах АМ8, АМ8Д и 2АМ8Д электроприводов с резисторной и секционированной системами управления с силовым контроллером.
Электроприводы; с тиристорно-контактной системой управления, разработанные для электровозов АРПІ4, имеют большие габариты, что не позволяет разместить их на электровозах АРП7, АРВ7, АРПІ0.
В связи с этим возникает необходимость разработки электроприводов с бесконтактной системой управления для электровозов АРП7, АРВ7, АРПІ0, АРПІ4.
Сопоставительный анализ тяговых электроприводов с различными системами управления, проведенный в диссертационной работе определил, что наиболее высокие технико-экономические пока-затели имеют электроприводы с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения.
Таким образом, разработка электропривода с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения для
рудничных аккумуляторных электровозов, имеющих наименьший сцепной вес и габариты, является актуальной задачей.
Требования условий эксплуатации рудничных электровозов (3, 4, 16, 20, 36, 37, 40), а также обзор зарубежных систем уп-равления (41, 46, 47, 48, 49, 50), привели к формированию основных технических требований, предъявляемых к приводам рудничных электровозов (19, 45), которые должны обеспечить:
пуск, бесконтактное реверсирование и отключение электродвигателей электровоза;
параллельное подключение электродвигателей к источнику питания;
плавное задание ограничения максимальной скорости в пределах от нуля до заданного максимального значения; -
автоматическую стабилизацию заданной скорости с ограничением по допустимому току электродвигателей;
плавное изменение скорости при резком (ступенчатом) изменении сигнала задания скорости;
исключение реверса электродвигателей при наличии на них питания;
осуществление начала движения электровоза только с нулевого положения рукоятки управления скорости;
невозможность пуска и отключение питания тяговых электродвигателей при нахождении машиниста вне кабины;
установка аппаратуры управления на всех типах электровозов и ее унификация;
ограничение тока тяговых двигателей электровоза при их пуске, регулировании скорости, перегрузках и торможении;
автоматическую защиту электрооборудования от коротких замыканий;
защиту от боксования и юза;
плавное электродинамическое торможение электровоза;
управление электромагнитными рельсовыми тормозами;
возможность использования электровозов в системе автоматического вождения поездов;
измерение скорости движения электровоза;
управление аппаратами сигнализации и освещения при движении электровоза и на стоянке;
обеспечение стабилизированным напряжением вспомогательного электрооборудования электровоза;
управление приводом стрелок с движущегося электровоза;
совместную работу с аппаратурой шахтной связи, автоматики, телемеханики.
Эксплуатируемое электрооборудование на рудничных электровозах с резисторной и секционированной (22, 38) системами управления не полностью соответствуют этим требованиям, а тиристорно-контактная аппаратура по своим габаритно-установочным размерам не размещается на всех электровозах (43, 52).,
Поэтому необходимо разработать электрооборудование, отвечающее современным технико-экономическим требованиям и унифицированное для всего ряда электровозов, начиная с электровоза сцепным весом 7 т, имеющего наименьшие габариты.
Применение силовой полупроводниковой техники на рудничных электровозах позволит значительно повысить их технический уровень, производительность, надежность и безопасность в эксплуатации и обеспечивает максимальную унификацию электрооборудования (24, 25, 64).
Одним из перспективных направлений в совершенствовании управления рудничными электровозами является разработка унифицированных для всех типов электровозов схем бесконтактных систем
управления двигателями независимого возбуждения (21, 24, 43, 53, 59, 62), обеспечивающих плавность пуска, бесконтактное регулирование и электрическое торможение электродвигателей. Вопрос создания и исследования бесконтактных систем управления имеет важное значение как для реализации оптимальных по потреблению энергии и быстродействию систем управления, так и для автоматизации электровозной откатки.
Однако разработка этих систем связана с трудностями. Повышение быстродействия ведет к потере устойчивости управления. Автоколебания на частоте ниже, чем частота коммутации, ведет к увеличению пульсационных составляющих входного и выходного тока, а также к понижению момента на валу двигателя, так как уменьшается средний ток двигателя.
Исследование автоколебаний и разработка мер по их устранению является одной из задач, тесно связанной с определением устойчивости бесконтактных систем управления электровозной тяги, и представляет большой научный и практический интерес.
Цель работы - Исследование устойчивости электропривода с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения для разработки его структуры и выбора основных параметров.
Научные положения, защищаемые в работе, и их новизна
I. Разработана структура электропривода с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения, отличающаяся от существующей тем, что с целью повышения КПД и надежности, а также расширения функциональных возможностей системы электропривода, силовые регуляторы возбуждения двигателя и якорной обмотки выполнены раздельными и регулирование токов осуществляется однопозиционным способом.
Предложен новый способ коррекции однопозиционного регулятора тока, отличающийся введением, кроме отрицательной обратной связи по току, дополнительно положительной обратной связи по коэффициенту заполнения импульсного напряжения на нагрузке. При этом обеспечивается точность контроля амплитудного значения тока двигателя и устойчивость в переходных режимах.
Разработана методика исследования однопозиционного регулятора тока с использованием коммутационных функций для расчета устойчивости системы управления с помощью математических моделей.
Предложен новый принцип построения бесконтактного реверсора-регулятора возбуждения, отличающийся от существующего тем, что с целью упрощения и расширения функциональных возможностей, регулирований тока возбуждения и его реверсирование, а также питание вспомогательного электрооборудования осуществляется одним тиристорним преобразователем.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением метода математического моделирования на ЭЦВМ, матричных методов анализа, и достаточным для инженерной практики совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на макетных образцах в лабораторных условиях и на экспериментальном комплекте электрооборудования на стенде-кольце Дружковского машзавода.
Реализация результатов работы. Разработано, изготовлено и испытано экспериментальное электрооборудование с бесконтактной системой управления тяговыми электродвигателями независимого возбуждения. Результаты исследований экспериментального образца электрооборудования приняты в СКБ и заводе "Электромашина" в качестве базовых для проектирования, изготовления унифицированно-
го электрооборудования рудничных аккумуляторных электровозов типа АРПІ4, АРПІ0, АРВ7, АРП7 с последующим серийным его освоением в производстве.
Результаты работы использовались Ворошиловградеким институтом "Гипроуглеавтоматизация" при выборе отдельных узлов электрооборудования с тиристорной системой управления опытных электровозов КТІ4, КТ28 и используются при разработке унифицированного электрооборудования для всего ряда рудничных электровозов.
Работа велась в рамках тематических карточек на электрооборудование, разработка которого предусмотрена постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 29.09.81 № 939 и приказом Министерства Электротехнической промышленности от 27.II.81 № 874 "0 мерах по ускорению технического перевооружения шахт Министерства угольной промышленности СССР". Тема входит в тематический план СКВ завода "Электромашина".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на научном семинаре отделений электрификации угольных шахт и рудничного транспорта института горного дела имени А.А.Скочинского (г. Люберцы 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1982 гг);
на ХШ Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода и преобразовательной техники (Ташкент, 1979 г);
на научно-технических советах СКВ завода "Электромашина" (г. Харьков 1980, 1981, 1982, 1983 гг).
Характеристика условий работы и технического уровня рудничных электровозов находящихся в эксплуатации
Непрерывное совершенствование горнодобывающей техники, применение в очистных и подготовительных забоях высокопроизводительных машин и механизмов, повышение темпов проведения подготовительных выработок, привело к резкому увеличению грузопотока на подземном транспорте и потребовало создания новых и совершенствования существующих транспортных средств.
Это в первую очередь относится к транспорту шахт Ш категории, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам угля и газа, которые составляют более 40 % отечественных угольных шахт. Іакже надо учитывать, что горнотехнические и горногеологические условия эксплуатации рудничных электровозов и масса перевозимого груза могут быть различны в значительной степени. Массу поезда определяют, исходя из условий разгона и торможения его на руководящем уклоне, а также из условий нагрева электродвигателей /17, 54/. При расчете оптимальной массы поезда значительное, а подчас и решающим фактором имеют коэффициент сцеп-ления у и уклон пути і . Протяженность рельсовых путей нормального профиля с уклоном, не превышающим 0,005 %о по шахтам Донбаса составляет 52 %, пути с уклоном от 0,01 %о - 31 % до 0,02 %о - 10 %, Уклоны до 0,05 %о встречаются в шахтах комбинатов "Ростовуголь", "Гуковуголь", треста "Павлодаруголь" /22/. Согласно правилам безопасности /51/, максимально допустимая величина уклона - 0,05 %о. Проведенные исследования показали, что коэффициент сцепления у изменяется для различных угольных бассейнов /54/. Уста 12 новлено, что он может быть в пределах от 0,07 до 0,18 (до 0,24 с подсыпкой песка). Параметры у/ и і , изменяясь в широком диапазоне, могут сильно влиять на технико-экономические показатели электровозов. Расчеты показывают, что только с учетом уклона пути в пределах 0,005 - 0,05 %о допустимая масса поезда колеблется от 30 до 7,5 т для сухих рельсов ( ср = 0,2) и от 15 до 2,1 т для мокрых (Удо = 0,11). Кроме этого, движение электровоза во время разгона или на увеличенных уклонах пути сопровождается пробоксовкой ведущих колес. Скорость пробоксовки увеличивается с ростом массы состава и может достигать 80 % от поступательной скорости состава /58/. Боксование вызывает потери энергии, снижение производительности электровоза и потери из-за износа ходовой части электровоза. Одной из причин низкой производительности рудничных электровозов 4,5АРП, 5АРВ, АМ8, 7КР, КЮ, КІ4 является применение резисторнои схемы ручного управления для регулирования силы тяги путем ступенчатого изменения величины сопротивления пускового резистора и перегруппировки тяговых двигателей с последовательного соединения на параллельное. Основными недостатками резисторнои схемы управления являются АО, 43/: - непроизводительный расход энергии в пусковых резисторах, что особенно существенно для аккумуляторных рудничных электровозов, у которых запас энергии источника питания жестко ограничен; - неудовлетворительные тяговые и тормозные характеристики электровоза, из-за ступенчатого пуска вызывающего большие броски тока в тяговом двигателе и источнике питания, что не позволяет полностью использовать сцепной вес электровоза, сопровож ІЗ дается интенсивным боксованием ведущих колес, а следовательно, значительным износом бандажей и дополнительным расходом электроэнергии; - недостаточная надежность кулачковых элементов силовых контроллеров, применяемых в резисторных схемах. Они рассчитаны на коммутацию максимальных токов порядка 100-150 А; для новых электровозов, имеющих потребляемый ток 200-250 А, потребуется гораздо большие габариты, что затруднит размещение контроллера в ограниченных размерах кабины электровоза; - невозможность автоматизации электровозной откатки. В последние годы разработана и внедрена схема управления аккумуляторными электровозами АМ8Д, 2АМ8Д с секционированием аккумуляторной батареи /38/, которая осуществляет регулирование скорости с помощью параллельного и последовательного переключения секций тяговой батареи, двигателей и обмоток возбуждения. Отсутствие пускового резистора в схеме несколько улучшает энергетические показатели электровоза. Однако все основные недостатки резисторной схемы остаются и применение схемы с секционированием батареи на можных электровозах невозможно. Трехступенчатое электродинамическое торможение, имеющееся в схеме, несовершенно, поскольку сопровождается большими бросками тока и частым возникновением юза. Решить задачу повышения технико-экономических показателей и мощности рудничных электровозов возможно на базе импульсно-тиристорных систем управления, основными достоинствами которых являются: - значительное улучшение тяговых и тормозных характерис тик за счет исключения колебаний сил тяги и торможения, повы шения жесткости тяговых характеристик, постоянного параллель 14 ного включения тяговых двигателей; - повышение надежности и срока службы электрооборудования и сцепных устройств электровоза за счет исключения бросков тока и снижения динамических нагрузок; - улучшение условий труда машиниста и повышение безопасности электровозной откатки; - возможность автоматического пуска и торможения рудничных электровозов и применения защиты от боксования и юза; - возможность полной автоматизации электровозной откатки. Развитие полупроводниковой техники позволило в последнее время интенсивно проводить работы по созданию импульсно-тирис-торных схем управления рудничными электровозами в СССР и за рубежом. Большой вклад в развитие и совершенствование рудничного транспорта внесли такие ученые, как В.А.Бунько, С.А.Во-лотковский, Г.Г.Пивняк, НД.Котов, А.А.Ренгевич, А.В.Рысев, В.И.Серов, П.С.Шахтарь, В.Г.ІІЬрин, а также ряд других советских и зарубежных ученых.
Математическая модель бесконтактной системы управления для расчета переходных процессов
Субгармонические автоколебания приводят к резкому увеличению пульсационных составляющих тока на входе и выходе, а также к снижению момента на валу двигателя вследствие уменьшения среднего тока двигателя при заданном коммутируемом токе.
При наличии входного фильтра возникают еще и колебания с его собственной частотой, что усугубляет указанное нежелательное последствие.
Из сказанного Еытекает необходимость исследования автоколебаний и разработки мер по их устранению. Поставленная задача тесно связана с задачей об устойчивости нелинейной системы, поскольку возникновение автоколебаний является следствием неустойчивости режима работы преобразователя, при котором период выходного напряжения равен периоду модуляции. Для получения количественных соотношений, в частности, зон устойчивой работы, в подобных системах используют обычно первый метод Ляпунова /15/, заключающийся в линеаризации системы в окрестности интересующего нас периодического режима работы (независимого режима). При использовании первого метода Ляпунова должна быть получена модель бесконтактной системы управления для бесконечно малых отклонений от невозмущенного режима. Такая модель рассматривается в работе. Ее особенность вытекает из принципа формирования коммутационной функции бесконтактной системы управления, которая при однопозиционном регулировании непосредственно связана с током нагрузки.
Модель малого отклонения содержит импульснне элементы второго рода, в которых выходной сигнал формируется из входного в виде импульса ненулевой длительности. Получение количественных характеристик таких моделей методами теорий импульсных систем является сложной задачей /31/, более удобным являются матричные методы /15/. В работе применен удобный для использования матричных методов подход, основанный на преобразовании обычной эквивалентной схемы (скалярной) в векторную. Критерием устойчивости является известное условие для спектрального радиуса переходной матрицы /39/: система устойчива, если спектральный радиус меньше единицы и не устойчива, - если радиус больше единицы. При участии автора разработан алгоритмически простой метод вычисления спектрального радиуса.
Рассмотренные в работе методы коррекции динамических характеристик позволяют установить автоколебания во всем диапазоне рабочих режимов регулятора.
Преимущество математической модели системы управления состоит в том, что на модели можно отстроиться от мешающих факторов и получить высокую точность, а также возможность простого изменения параметров схемы. Поэтому в работе необходимо получить уравнение обратимого однопозиционного коммутатора, которые необходимы для получения математической модели, и получить схему -модель в виде системы дифференциальных уравнений и программы расчета.
Еще один недостаток однопозиционного регулятора состоит в том, что для его работы необходим датчик выходного тока. Датчик может представлять собой импульсный трансформатор тока, включаемый в цепь силового тиристора. Его особенностью является переменное соотношение между импульсом и паузой кривой тока с возможностью очень малой паузы, что затрудняет размагничивание сердечника. Поэтому разработка методики выбора параметров импульсного трансформатора тока с учетом указанных выше особенностей представляется актуальной.
Чтобы реализовать бесконтактное управление при достаточно совершенных характеристиках привода, возбуждение двигателей, как уже указывалось, должно быть независимым. Тогда, применяя раздельное регулирование тока якоря и тока возбуждения, можно получить любое интересующее нас соотношение между этими величинами.
Если ток возбуждения пропорционален току якоря, то невозможно эффективное торможение при малых частотах вращения якоря, поскольку э.д.с. якоря при этом мала, а, следовательно, мал и ток якоря. В этом режиме ток возбуждения должен быть больше тока якоря. Недостаточно эффективным при последовательном возбуждении получается торможение и при высоких частотах вращения якоря. Поскольку накладываются ограничения на э.д.с. якоря (потенциальные условия на коллекторе), которая при рекуперативном торможении суммируется с напряжением источника питания, то ток возбуждения с возрастанием частоты вращения должен убывать. Но тогда при последовательном возбуждении убывает и ток якоря,что ведет к снижению тормозного момента по квадратичному закону. При независимом возбуждении ток якоря не связан с током возбуждения и благодаря этому появляется возможность реализовать достаточно большой тормозной момент при высоких частотах вращения.
В двигательном режиме также полезно раздельное регулирование тока якоря и тока возбуждения (для получения достаточного момента на высоких частотах вращения).
Ввиду инерционности привода электровозной откатки на регулятор тока возбуждения целесообразно возложить и задачу изменения направления тока, что позволит осуществить бесконтактное изменение направления вращения якоря.
Основные характеристики бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения с однопозиционным регулятором
Соответственно сечения сердечника и окна; лЗ О ц - соответственно допустимое изменение индукции за цикл, удельное сопротивление проводникового материала и коэффициент заполнения катушки. Геометрические характеристики удобно выражать в относительных единицах. В качестве базисного линейного размера при-мем CL (рис.3.32а), базисной площади - й . Относительные величины отметит звездочкой. Для сокращения введем следующие обозначения: и ее мощность. Неравенство Ofy О имеет принципиальное значение. Оно свидетельствует о том, что снижение мощности нагрузки не ведет к пропорциональному уменьшению размеров и целесообразно только в ограниченных пределах, Физически это объясняется одновременным действием двух факторов. Во-первых, по условию получения малого намагничивающего тока первичные ампервитки ит Ш, не могут быть слишком малыми. Во-вторых, наличие активного сопротивлений вторичной обмотки приводит к тому, что в трансформаторе всегда имеется внутренняя нагрузка, на которой создается значительное падение напряжения. Обозначим # (1,2 1,3) 7 не следует снижать мощность с помощью дополнительных усилителей. Так как масса трансформатора пропорциональна кубу линейного размера, эта величина возрастает не более чем в 1,7-2,2 раза по сравнению с минимально возможной, когда Q-Qgp, Исследуем соображения по выбору числа витков первичной обмотки. Основной фактор - заданная величина намагничивающего тока где л - относительная длина средней магнитной линии сер-м дечника. Принимая в выражении (3.96) й=Оцл , после преобразованной получаем условие для выбора Коэффициент запаса 1,3 введен_для того, чтобы участь возможное отличие фактического Q от критического. Величину LU, определяем в начале расчета трансформатора, затем рассчитываем 0 р Q и, наконец, проверяем перегрев. При этом можно пренебречь потерями в ферритовом сердечнике. 1. На основе анализа физических процессов в однопозицион ном регуляторе тока получены соотношения, из которых следует, что замкнутая система с таким регулятором устойчива к автоколе баниям на основной субгармонике только при jf 0,5. Показано, что учет конечного значения активного сопротивления нагрузки не приводит к значительному расширению области устойчивости. 2. Предложен способ функциональной коррекции динамических показателей регулятора, основаный на введении безынерционной отрицательной обратной связи и инерционной положительной обрат ной связи по коэффициенту заполнения импульсного напряжения на 122 нагрузке, обеспечивающей устойчивую работу преобразователя во всем диапазоне регулирования. 3. На основе линеаризованной модели однопозиционного регулятора тока рассчитаны допустимые пределы измерения параметров регулятора. h. Проведенный анализ устойчивости преобразователя без входного фильтра с предложенным способом коррекции динамических характеристик показал, что инерционная положительная обратная связь не нарушает устойчивости системы вплоть до режима, когда положительная обратная связь полностью компенсирует отрицательную. По результатам исследования даны рекомендации по выбору параметров регулятора. 5. Анализ влияния входного LC фильтра на регулятор, проведенный с использованием линеаризованной модели на ЦВМ, показал, что входной фильтр ухудшает устойчивость системы. Определена зона параметров цепи отрицательной обратной связи, обеспечивающая устойчивость системы при наличии входного фильтра. 6. Для однопозиционного регулятора тока бесконтактной системы управления разработана методика расчета импульсного трансформатора тока, обеспечивающего линейность передачи в широком диапазоне изменения входного сигнала. Схема реверсора-регулятора для независимого возбуждения тягового двигателя должна обеспечивать бесконтактный реверс и плавное регулирование тока возбуждения от нуля до некоторой максимальной величины. Заметим, что регулирование от нуля не является принципиально необходимым, однако весьма желательно, так как позволяет реализовать любой закон изменения тока возбуждения. Известен ряд бестрансформаторных реверсивных преобразователей, пригодных для регулирования тока возбуждения. Они отличаются, в основном, способом подключения узла коммутации. На рис.4.1 приведена одна из схем, позволяющая сформулировать их общие свойства с целью последующего сопоставления с трансформаторными схемами. Ее основой является тиристорний мост // l# V7 VS в диагонали которого включается источник питания Un и обмотки возбуждения 0BI-0B2. Схема содержит также два обратных диода \J2 \/b и узел параллельной коммутации у. , подключаемый разделительными тиристорами VS-V6 к одному из силовых тиристоров [/J либо ]/S в зависимости от направления тока возбуждения. Работа этой схемы описана в /61/. На рис.4.2а приведена схема трансформаторного реверсора-регулятора, разработанная с участием автора /5, б/. Она содержит тиристор VS с узлом принудительной коммутации Уц
Построение реверсора-регулятора для однопози-ционного регулирования возбуждения тяговыми двигателями
Для удовлетворения этих требований из возможных типов возбуждения тяговых двигателей (последовательное, параллельное, независимое и смешанное) до последних лет наиболее целесообразным считался двигатель с последовательным возбуждением. У этих I двигателей вследствии квадратичной (до насыщения) зависимости момента от тока нагрузки довольно просто осуществляется регуливание их режимов и мощности.
Характеристики двигателей последовательного возбуждения, имеющие небольшую жесткость, позволяют при том же технологиче I ском исполнении иметь меньшую разницу нагрузок параллельных це-!пей тяговых двигателей. Однако система контакторного регулирования, снижение скорости движения на подъемах, необходимость I наличия специальной схемы перехода в режиме электрического тор-мокения и реверса, склонность к боксованию и другие обстоятельства приводят не только к эксплуатационным расходам, но и росту капитальных вложений при изготовлении. В настоящее время, когда на железнодорожном, городском и рудничном транспорте /29, 35, 59/ широко используют полупровод і никовую технику, тяговые двигатели регулируют не ступенчатым путем, а плавно, с ПОМОЩБЮ тиристорно-импульсного регулятора і тока. В этом случае определяющим для тяговых свойств электровоза является уже не число характеристик данного режима, а степень заполнения всей площади, ограниченной осями координат и предельно допустимыми значениями тяги и скорости. В этих условиях, и особенно для рельсового пути с изменяющимся профилем, понятие номинальной мощности как тягового двигателя так и электровоза уже теряет свое прежнее значение. Имея возможность получить в данный момент времени любую точку на плоскости в координатах "тяга-скорость" т.е. широкие регулировочные возможности, меняется и сам взгляд на характеристики, как детерминированные зависимости. Выполненные исследования /28/ показывают, что наиболее эффективной задачей заполнения всей площади попустимых значений тяги и скорости может быть решена при осуществлении независимого или смешанного возбуждения тяговых двигателей. При этом можно успешно решить и задачу регулирования мощности электровоза в пределах, не достижимых при тяговых двигателях последовательного возбуждения. В третьей и четвертой главах рассмотрены процессы в бесконтактных регуляторах тока якоря и тока возбуждения тягового двигателя независимого возбуждения. Формирование нагрузочной характеристики привода P-JIM) где Р У - соответственно тяговое усилие и скорость электровоза, обеспечивается совместным действием указанных регуляторов. Поэтому необходимо установить зависимость L /=//1е) с тем, чтобы получить максимальное тяговое усилие при максимальном потреблении энергии от источника. В бесконтактной системе управления /5, б, 7, 8, 9, 10/ разработанной при участии автора, эта задача решается следующим образом. Силовые блоки преобразователя нагружаются независимо на якорную /7, 8/ и обмотку возбуждения /9/. В случае невыключения коммутирующего либо силового тиристоров регулятора тока якоря, возникает короткое замыкание источника питания и снижения тока возбуждения до нуля Аналогичные процессы возникают при нарушении коммутации в регуляторе тока возбуждения. Бесконтактная система управления отключается при этом входным автоматическим выключателем. Этим улучшаются условия безопасности при движении состава по сравнению со схемами последовательного возбуждения, когда при невыключении силового тиристора на двигатель подается полное напряжение питания, что приводит к рывку в движении электровоза. Логическое устройство управления, помимо формирователей управляющих импульсов на тиристоры, содержат /7, 60/ - узлы регулирования тока якоря и тока возбуждения; - узел регулирования среднего напряжения на якоре; - узел уменьшения тока возбуждения при превышении заданного коэффициента заполнения импульсного напряжения на якоре двигателя; - узел выравнивания якорных токов двухдвигательного привода; - бесконтактные переключатели - задатчики режимов работы электровоза на базе повоторных трансформаторов малой мощности. Однопозиционный узел регулирования тока якоря сравнивает амплитудное значение большего из двух якорных токов с заданной величиной и определяет момент выключения тиристоров в цепи якорных токов. Этим обеспечивается надежность работы коммутирующего устройства, отличающегося наименьшей перегрузочной способностью по сравнению с остальной силовой схемой. При пуске электровоза однопозиционный узел регулирования поддерживая постоянным ток якоря, сохраняет постоянный момент на валу двигателя. Величина максимальной уставки тока якоря может изменяться при помощи бесконтактного задатчика. Сигналы с бесконтактных датчиков токов якорей, рассмотренных в третьей главе, поступают в узел формирования уставки тока возбуждения, который вырабатывает токовый сигнал, пропорциональный большему из якорных токов. Этот сигнал поступает в узел регулирования тока возбуждения. При поддержании только постоянного уровня пусковых якорных токов, нагрузочные характеристики привода оказываются мягкими /21/. Этот недостаток устраняется посредством бесконтактного задатчика, устанавливающего коэффициент заполнения импульсного напряжения на якорях двигателей. При пуске коэффициент заполнения определяется методом токоограничения, при этом регулируется пусковой момент. При увеличении противо ЭДС двигателя токоограничение не вступает в действие. Частота вращения двигателя регулируется пропорционально среднему выходно-му напряжению преобразователя по устанавливаемому коэффициенту заполнения. В режиме движения со средними скоростями (рис.4.5) ток возбуждения поддерживается узлом регулирования тока возбуждения близким к току якоря. При этом тяговые характеристики по-лучаются такими же, как и при последовательном возбуждении. На рис.4.6а представлена эта характеристика, полученная экспериментально.
