Розділ 2.
Синтез системи регулювання
тягового електроприводу
При розгляді принципів побудови систем керування тяговими електроприводами,
як правило, робляться допущення, що кінематичний зв’язок між двигуном,
виконавчим органом і механізмом є абсолютно жорстким, а також не враховується
пробуксовування в тяговому механізмі зумовлене нахилом та нелінійністю
характеристики навантаження. За таких допущеннь швидкість двигуна та зведені
до валу двигуна швидкості виконавчого органу та механізму рівні між собою не
тільки в усталеному режимі, але й в перехідних процесах. Ідеалізація
механічних зв’язків між елементами кінематичної схеми абсолютно жорсткими у
більшості випадків є допустимою. Це пов’язано з тим, що частота власних пружних
коливань механізму виявляється набагато вищою за частоту, яка визначає
швидкодію системи керування електроприводом. Якщо ця умова не виконується, то
нехтування пружними зв’язками при аналізі і синтезі системи призводить до
помилкових результатів. Допустимість нехтування характером навантаження
потребує подальшого вивчення. Саме тому, при вивченні процесів динаміки, питань
синтезу системи регулювання тягового електроприводу необхідно [123,[cxxviii]]:
* скласти структурну схему об’єкта регулювання, тобто електро-механічної
системи електроприводу транспортного засобу, яка б враховували особливості
тягового механізму;
* скласти розрахункову структурну схему об’єкта регулювання;
* визначити критерії, за якими необхідно синтезувати параметри регуляторів
системи керування;
* синтезувати параметри системи регулювання;
* визначити здатність синтезованої систем електроприводу регулювання
реалізувати вимоги зумовлені особливостями тягового механізму.
2.1. Вибір розрахункової схеми електромеханічної системи електроприводу та
ідентифікація об’єкта регулювання
З огляду, проведеного в розділі 1, випливає, що в наш час тролейбуси, які
виробляються в нашій країні комплектуються, в основному, тяговими
електроприводами з двигуном постійного струму з РСК. Відмічено загальну
тенденцію переходу до електроприводів з живленням двигунів постійного струму
ТІСК, і на наш погляд напротязі найближчих 5-10 років за цією системою будуть
виконуватися тягові електроприводи тролейбусів. Тому основні дослідження в
роботі виконуються стосовно цієї системи. Правда, не слід забувати, що
перспективним є впровадження на транспорті електроприводів змінного струму і
тому дослідження, які стосуються синтезу системи регулювання, доцільно
розширити й на системи з двигунами змінного струму за їх живлення від
напівпровідникових перетворювачів. За певних умов керування і допущеннях [124]
електромеханічні властивості принципово різних двигунів описуються ідентичними
рівняннями:
де для двигуна постійного струму незалежного збудження:
, , ;
для двигунів послідовного та змішаного збудження за лінеаризації в околі точки
статичної рівноваги:
, , ,
Мd=дМd, wд=дwд;
а для асинхронного двигуна за лінеаризації робочої ділянки його характеристики
в межах s
де b – модуль статичної жорсткості механічної характеристики;
Те, Тз, Тв, – відповідно, сталі часу двигуна, електромагнітна, збудження та
контуру вихрових струмів;
Мd, Мк, Мс – відповідно, моменти двигуна, критичний та статичний;
дМ, дw – прирости моменту та швидкості;
wд, wк, w0 – відповідно, швидкості двигуна, критична та неробочого ходу;
J – момент інерції електроприводу;
Uя – напруга живлення якірного кола;
Ф, Ф0 – магнітний потік і магнітний потік в точці лінеаризації;
к – конструктивний коефіцієнт;
кф – електромагнітний коефіцієнт;
Lя , Rя – індуктивність та опір якірного кола;
f – частота мережі живлення;
р – кількість пар полюсів;
s, sk – ковзання та критичне ковзання.
Використовуючи в аналітичних дослідженнях загальні для електричних машин
рівняння, ми можемо розширити застосування результатів роботи на приводи як із
двигунами постійного струму, так і двигунами змінного струму.
Використовуючи в аналітичних дослідженнях загальні для транспортних засобів
рівняння, ми можемо розширити застосування результатів роботи на клас
механізмів – рухомих електроприводом колісних екіпажів
[99,100,101,102,103,104,105,106]. Різні типи екіпажів матимуть різні
співвідношення мас та моментів інерції.
На рис. 2.1 зображена електромеханічна схема рухомого електроприводом екіпажу –
тролейбуса. Тут маса тролейбуса mт/ приводиться до поступального
Рис 2.1. Функціональна схема електромеханічної системи тролейбуса
руху зі швидкістю виконавчим органом – колесами, які мають момент інерції Jк.
Зв’язок між масою тролейбуса та колесами здійснюється через пару тертя з
коефіцієнтом тертя bс. До маси тролейбуса прикладається рушійний момент .
Колеса приводяться в рух зі швидкістю wк через редуктор і карданний вал
двигуном М, ротор якого обертається зі швидкістю wd і зображується як обертова
маса Jd. Зв’язок між колесами і двигуном у загальному випадку є пружним через
скручування карданного вала і тангенціальну деформацію коліс, тому до колеса
прикладається пружний момент Мпр. На систему діють зовнішні моменти та сили:
момент двигуна Мd і сила опору рухові Fc, яка може бути реактивною під час
руху горизонтальною поверхнею та активною під час руху поверхнею з нахилом. На
роботу механізму суттєво впливають дисипативні сили зовнішнього тертя та
внутрішнього в матеріалах карданного вала та коліс, які виникають в процесі їх
скручування. Двигун живиться від перетворювача КП керованого сигналом Uk, з
коефіцієнтом підсилення кп і зі сталою часу Тп.
Під час дослідження динамічних процесів робим
- Київ+380960830922