Машиностроение \ Проектирование тяговых электрических машин

Разработка математической модели регулятора мощности тягового генератора, страница 2

где: Мд - вращающий момент дизеля;

k7 - коэффициент пропорциональности.

Уравнение вращения вала дизеля:

где: Мг - электромагнитные момент тягового генератора;

Мвен - момент необходимый для привода вспомогательных агрегатов;

k8 - коэффициент пропорциональности.  

где: у - момент инерции вращающихся масс дизеля.

2.2.  САУ электропередачи тепловоза

Объектами регулирования в САУ электропередачи тепловоза являются тяговый синхронный генератор и тяговые электродвигатели. Для выпрямления переменного тока в постоянный используется 3-х фазная мостовая схема.

Для автоматического формирования гиперболической характеристики генератора используется регулятор мощности генератора (РМ).

Составление математической модели указанных узлов

Тяговый генератор.

Для определения напряжения тягового генератора используются системы уравнений описывающие апроксимированные нагрузочные характеристики генератора типа ГС 501А с учётом параметров цепи обмотки возбуждения.

где: Uлг -линейное напряжение ТГ;

kг - коэффициент потока;

увг - ток возбуждения генератора;

кр - коэффициент, учитывающий влияние реакции якоря;

Rв,Тв - сопротивление и постоянная времени обмотки возбуждения;

Uвг - напряжение на обмотке возбуждения.

Выпрямительная установка.

Выпрямительная установка относится к безынерционному звену. Уравнение её имеет вид:

Тяговые электродвигатели.

Тяговые электродвигатели в математической модели представляются одним эквивалентным ТЭД.

где: Uд, Jd- напряжение и ток на выходе выпрямительной установки;

См, се - постоянные величины;

Jдв - момент инерции ТЭД;

Uя - падение напряжения в якорной цепи ТЭД;

Iдв, Iя - индуктивность обмотки возбуждения и обмотки якоря ТЭД;

Мс - момент сопротивления поезда;

Мдв - тяговый момент двигателя;

Ф - магнитный поток двигателя.

Управляемый выпрямитель.

где: U1 - линейное напряжение, синхронного возбудителя.

Регулятор мощности.

Расчёт элементов регулятора мощности приводится в следующем разделе работы. На рисунке представлена структурная схема САУ электропередачи тепловоза, со­ставленная в соответствии с приведёнными уравнениями.

3. Расчёт параметров регулятора мощности генератора

В регулятор мощности генератора входит потенциометр обратной связи ПОС, состоящий из резисторов R1, R2, R3, к которому подводятся токи трансформаторов ТПН и ТПТ. На потенциометре ПОС выделяются в виде падений напряжения сигна­лом обратных связей: Uот - по току генератора; Uон - по напряжению; Uом - по мощ­ности.

Нахождение выражения для сигналов обратной связи. Пользуясь методом умноже­ния токов, получим:

где: Ктг =J/Jтг - коэффициент трансформации ТПТ;

Ктг = U/Jтн - коэффициент трансформации ТПН;

Обозначим:

Уравнения примут вид:

При работе в зоне ограничения по напряжению в формуле (3) необходимо произвести замену соответственно R2 на R2-1, а при работе в зоне ограничения по току, R2 и R2-2. Значения коэффициентов определяется:

Уравнение (3) в этом случае имеет вид:

В контуре регулирования частоты вращения вала дизеля по сравнению с инертно­стью процессов в контуре регулирования мощности, считает индуктивный датчик безынерционным звеном и учитывает только не линейную зависимость напряжения ИД Uид от перемещения якоря nид осуществляется током сервомотора РН.

По той же причине пренебрегаем инертностью трансформаторов ТПТ и ТПН и дросселя в БУВ и принимаем зависимость напряжение установок по току Uут, мощности Uум и напряжения Uун - от частоты вращения дизеля.

Выражение для напряжения на обмотке уравнения магнитного усилителя МУ, оп­ределяется в соответствии с принципом работы селективного узла:

Уравнение магнитного усилителя БУВ с учётом гибкой отрицательной обратной связи:

Статическая характеристика блока уравнения выпрямителем представляет собой определённую экспериментально зависимость угла зажигания теристоров а от на­магничивающей силы МУ:

Таким образом, в целом регулятор мощности генератора описывается системой 10 уравнений (10), (11) и (15)-(22) с соответствующим числом неизвестных.

Входными величинами РН являются: J, U, nд, hид, выходной величиной угол зажигания α-теристоров.

Коэффициенты полученной системы для тепловоза 2ТЭ116:

4. Составление алгоритма программы регулятора мощности

Входными величинами регулятора мощности является зависимость угла открывания теристоров α от намагничивающей силы Fму; перемещение штока индуктивного датчика hид частоты вращения коленвала дизеля ωд. Имеются готовые значения на­пряжений обратной связи по току Uот=9,28 В, по мощности Uом1 = 11,45 В; Uом2=14,48 В; Uом=16,5 В и по напряжению Uон=24,8 В. Заданы такие коэффициенты: Кт, К’т, Кн, К’н, Км, К’м , К’’м , К’’’м , которые устанавливают соответствие определённого угла зажигания теристоров определённому участку селективной характеристики.

Таблица соответствий

Параметр

Машинный ход

Параметр

Машинный ход

Km

Uт

Kм

КМ4

К’т

КТ1

Uот

UOT

Kн

KN

Uом

UOM

K’н

KN1

Uон

UON

K’м

KM1

U

U

K’’м

КМ2

J

J

K’’’м

UM3

Программная часть

Kt=0,015:Utl=0,000954:Uot=9,28

Кn=0,034: Knl=0,000723:Uon=24,8

Uom1=11,45: Uom2=15,46:Uom3=16,5

Km1=0,00183:um2=0,0105

КmЗ=0,0206:Km4=0,0013

Print 1

6 it 1 < = 1500 then 1

7 it 1 >=1500 and 1<=2500 then 2

8 it I >=2500 and 1<=4500 then 3

9 it 1 >=4500 and 1<=6000 then 4

10 it 1 >=6000 then 1=6000: goto 5

1 print "Зона ограничения по напряжению " for i=0 to 1500 step 500

U=(Uom-Knl*l)/Kn

Print "U=";U

Next 1

Goto 7

2 print "Ограничение по мощности" for i=1500 to 2500 step 500

U=(Uom3-Km4 *l)/Km3 Print "U=";U

Next 1

Goto 8

3 print "Ограничение по мощности " for i=2500 to 4500 step 500

U=(Uom2-Kml*l)/Km3 Print "U=";U

Next 1

Goto 9

4 print "Ограничение по мощности " for i=4500 to 6000 step 500

U=(Uom 1-Km 1 *l)/Km2 Print "U=";U

Next 1

Goto 10

5 print "Ограничение по току"

U=(Uot-Utl*l)/Ut

Print "U=";U

End

Введите 1

Зона ограничения по напряжению

U=729,4116821289062

U=718,7793579101562

U=708=14597265625

U=697,5146484375

Ограничение по мощности

U=706,3106689453125

U=674,7572631835938

U=643,203857421875

Ограничение по мощности

U=5;8.;98071:890625(

1=<8;.980=988203125

U=4;9.5631103515625

U=;9=.1456:988:8125(

1=358.7:81<94140625(

Ограничение по мощности

U=306.1904907226562

U=299.0476226806641

U=131.8047698974609(

U=44.761905670I6602

Ограничение по току

U=273.0666656494141

Заключение

В данной работе кратким, но основным полагающим было рассмотрено наиболее прогрессивное применение схем автоматического управления тепловозом с электри­ческой передачей, что позволяет улучшить одни из важнейших экономических пока­зателей тепловозов - расход топлива.

Приведенные схемы САУ дизеля и САУ электрической передачи, а также программа предназначенная для САУ тепловоза, должны обеспечивать стабильную оптималь­ную работу систем тепловоза.

Основная задача отечественного тепловозостроения состоит в том, чтобы обес­печить железную дорогу новыми экономичными и мощными тепловозами, а также предоставить обслуживающему персоналу — машинистам, наиболее легкое и простое управление современными тепловозами.

Список используемых источников

1. Вилькевич Б.Н. «Автоматическое управление электрической передачей и электри­ческие схемы тепловозов». М: Транспорт, 1987

Скачать файл