Разработка математической модели регулятора мощности тягового генератора

Страницы работы

Содержание работы

ОАО «РЖД»

Московский государственный университет

путей сообщения (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства  (ИТТОП)

Кафедра: « Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Курсовая работа

на тему: «Разработка математической модели регулятора мощности тягового генератора»

Выполнил: студент гр. ТЛТ-521

                                                                                  Лисицына О.В.                                                        

                                                     Принял: доц. Сашко Н.А.

2005

Введение………………………………………………………………….…..4

1. Краткий анализ систем управления

Д-Г установки……………………………………………………………….…..5

1.1. Несвязанные системы управления………………………………………..5

1.2. Связанные системы управления…………………………………………..5

2. Математическая модель СА У тепловоза……………………………….….6

2.1. САУ дизеля…………………………………………………………..….….6

2.2. САУ электропередачи тепловоза…………………………………..……..7

3. Расчёт параметров регулятора мощности……………………………….....9

4. Составление алгоритма программы

регулятора мощности........................................................................................11

Заключение………………………………………………………………..13

Список используемых источников……………………………..14

Введение

Одним из важнейших экономических показателей работы тепловоза является рас­ход топлива. На этот показатель должно быть ориентировано оптимальное управ­ление тепловозом.

Основной задачей САУ тепловозов состоит в том, чтобы она обеспечивала совме­стное и согласованное управление всеми звеньями силовой установки. Это позволяет не только приводить в соответствие вырабатываемую дизелем мощность с той мощностью, которая в данное время требуется от тепловоза по условиям движения.

Целью данной работы является составление математической модели САУ теплово­за с электропередачей на переменно-постоянном токе.

Учитывая, что энергетическая цепь тепловоза содержит наибольшее количество элементов, и математическое описание этих элементов имеет высокий порядок, то в работе рассматривается только один элемент системы регулирования - регулятор мощности генератора.

1. Краткий анализ существующих систем управления Д-Г установки

1.1. Несвязанные системы управления

Несвязанные системы управления применяются на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ. В этой системе регулируемыми величинами являются частота вращения вала дизеля и элек­тромагнитный момент генератора Мг.

Ток генератора для этой системы управления является внешним возмущением, его отклонение вызывают внешние воздействия, а именно изменение сопротивления дви­жению поезда.

Нелинейным элементом (Нэ) - специальная магнитная система возбудителя - сум­мирующим устройством обеспечивается заданный закон изменения магнитного по­тока возбудителя, и генератора.

При любом изменении тока генератора регулятор возбуждения (РВ) должен изме­нить магнитный поток генератора с помощью исполнительного органа — обмотка возбуждения генератора по гиперболическому закону. Тогда будет обеспечено посто­янство момента генератора.

Система автоматического управления генератора наряду со своей простотой и за­пасом устойчивости, имеет ряд недостатков.

В этой системе для обеспечения необходимого качества управления требуется точ­ная реализация заданной функциональной зависимости между возмущением и воздей­ствием регулятора на регулируемый орган.

Указанных недостатков нет в системе управления дизеля, отличающихся наличием узла сравнения, в котором регулируемая величина n сравнивается с заданным уравне­нием n0.

Узел сравнения систем позволяет уменьшить отклонения регулируемой величины, независимо от того, какими причинами последнее вызвано.

Таким образом, имеются две несвязанные системы; система управления генератора и система управления дизелем, которая независимо друг от друга воздействуют на свой объект.

Основным недостатком несвязанных систем управления является необходимость точной взаимной настройки регуляторов двигателя и генератора.

Несвязанные системы управления обеспечивают: поддержание угловой скорости вращения вала дизеля на заданном уровне, постоянство момента генератора, ограни­чение максимального напряжения и тока генератора.

1.2. Связанные системы управления

К связанным системам управления относят узел АРМ, применяемый на тепловозах ТЭЗ и ТЭ7 и систем регулирования мощности Д-Г установки тепловозов типа 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ10Э, 2ТЭ116, ТЭМ7 и др., где используют объединённый регулятор числа оборотов.

Регулируемой величиной является подача топлива, которую РМ старается сохра­нить неизменной, что соответствует постоянству крутящего момента дизеля.

Регулятор момента меняет нагрузку генератора путём его возбуждения таким об­разом, чтобы обеспечить поддержание заданного значения подачи топлива, а следовательно и момента дизеля. При заданной скорости это означает использование ге­нератором всей свободной мощности дизеля, что является выполнением основного требования, предъявленным к системам управления Д-Г.

Связанные системы управления являются наиболее перспективными, так как они наиболее удовлетворяют всем требованиям к системам управления Д-Г установок тепловозов.

Наряду с обеспечением высокой точности и качественного регулирования, связанные системы должны обладать высокой надёжностью, что является одним из важней­ших факторов для тепловозной системы автоматики.

2. Математическая модель САУ тепловоза

Современные тепловозы с электрической передачей оборудованы объединенными ре­гуляторами мощности. Электрическая цепь такого тепловоза представляет собой сложную многоконтурную замкнутую систему регулирования.

В уравнениях описывающих переходные процессы в системах с такими элементами входит ряд переменных величин, которые не линейно зависят от некоторых пара­метров.

При составлении уравнений СА У тепловоза принят ряд упрощений:

1) Не учитывается инерционных подвижных частей объединённого регулятора мощ­ности (ОРМ), силы трения, сопротивления маслопроводов, утечки масла.

2) Момент инерции вращающихся частей Д-Г принимается постоянным.

3) Скорость движения тепловоза в течение времени переходного процесса не изменяется.

4) Пренебрегают влиянием гистерезиса электрических машин взаимной индуктивно­сти обмоток, вихревых токов, температуры обмоток.

При математическом регулировании САУ тепловоза удобно разделить на две части: САУ дизеля и САУ электрической передачи тепловоза.

2.1.   САУ дизеля

САУ дизеля включает в себя дизель как объект регулирования и объединённый регулятор мощности (ОРМ).

ОРМ предназначен для автоматического поддержания постоянной частоты враще­ния вала Д-Г на каждой позиции контроллера и определённого выдвижения реек топ­ливных насосов.

Поскольку цикловая подача топлива на данной частоте вращения определяется выдвижением реек, то при неизменных внешних условиях (температуры, давления, влажности) этому выдвижению реек в установившемся режиме соответствует определённый вращающий момент дизеля.

Регулятор частоты вращения вала дизеля (РЧВ) центробежный чувствительный элемент РЧВ:

где: x1 - перемещение плунжера чувствительного элемента;

n0 и n - соответственно заданные и текущие значения частоты вращения          вала дизеля;

k1 - коэффициент усиления.

Уравнение движения поршня сервомотора подачи топлива:

где: y1 - перемещение втулки золотника РЧВ.

Уравнение движения поршня РЧВ:

где: m1 - движение поршня сервомотора подачи топлива.

Регулятор нагрузки РН

Уравнение движения чувствительного элемента, поршня сервомотора и обратной связи имеют вид:

где: m2 - движение поршня сервомотора РН;

у2 - перемещение втулки золотника РН;

x2 - перемещение плунжера РН;

k4, k5, k6 - коэффициенты усиления.

Дизель.

Вращающий момент дизеля:

Похожие материалы

Информация о работе