РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ И КОНТРОЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ, МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДОВ ДЛЯ ИХ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
2.1. Общая характеристика объектов управления
Основные пригородные перевозки пассажиров в Украине осуществляются с помощью
электро- и дизель-поездов. Большая часть подвижного состава электропоездов
Украины построена с использованием электропередач постоянного тока [7, 39, 40].
Однако в последнее время значительное внимание уделяется и внедрению подвижного
состава с тяговыми асинхронными двигателями [13, 14, 16, 17, 28, 35, 47, 49].
За последние годы на предприятии ОАО ХК "Лугансктепловоз" спроектирован и
прошел опытную эксплуатацию первый в Украине дизель-поезд с асинхронным
приводом на основе электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также
налажено его производство. К преимуществам асинхронных короткозамкнутых
двигателей можно отнести высокие показатели надежности по сравнению с
двигателями постоянного тока, простота устройства, эксплуатации и обслуживания,
относительная дешевизна. На фоне низкого ресурса и надежности коллекторного
узла, якорных и полюсных обмоток двигателей постоянного тока, повышенной
трудоемкости их обслуживания, следует отметить перспективность развития
тягового подвижного состава (не только пригородного сообщения) с использованием
асинхронного электропривода. Однако эффективное и экономичное управление
асинхронными двигателями требует более сложных, быстродействующих и точных
систем управления.
Независимо от типа тягового привода общими для железнодорожного транспорта
пригородного сообщения являются задачи разработки систем управления движением
поезда и задачи оптимизации процессов в электропередачах. Задачи оптимизации
процессов в электропередачах являются основными при разработке новых образцов
поездов, а также при модификации и совершенствовании существующих [2, 4, 16,
28, 35, 47, 115]. Для решения задач оптимизации, а также для разработки
математических моделей, рассмотрим электропередачу постоянного тока
электропоезда и электропередачу переменного тока дизель-поезда.
На структурной схеме электропередачи электропоезда (рис. 2.1) тяговыми
элементами являются четыре электродвигателя постоянного тока с последовательным
возбуждением.
Структурная схема состоит из источника питания (UП), четырех тяговых
электродвигателей (ТД1 – ТД4) постоянного тока, дополнительного резистора (RД),
нагрузки с моментом нагрузки (МН) и системы управления (СУ). Система управления
по сигналам тока нагрузки (IН) и скорости поезда (VЛ) формирует сигналы
управления UУ1 или UУ2 в зависимости от применяемого способа управления.
Основные параметры электропоезда приведены в "Приложение А".
Для разработки математической модели тягового двигателя постоянного тока с
последовательным возбуждением использована эквивалентная схема замещения (рис.
2.2). Исходные данные для расчета коэффициентов модели приведены в таблицах А.1
– А.3 "Приложение А". На рис. 2.2 приняты следующие обозначения:
UП – источник постоянного напряжения;
Е – электродвижущая сила двигателя;
LЯ, RЯ – соответственно индуктивность и сопротивление якорной цепи;
LВ, RВ – соответственно индуктивность и сопротивление цепи возбуждения;
RШ – шунтирующий резистор;
iЯ, iВ, iШ – токи цепи якоря, возбуждения и шунтирующего резистора
соответственно.
Основной особенностью двигателей постоянного тока последовательного возбуждения
является включение обмотки возбуждения (ОВ) последовательно с обмоткой якоря,
вследствие чего ток якоря одновременно определяет и ток возбуждения (до момента
ослабления поля).
Шунтирующий резистор RШ используется при управлении скоростью двигателя, а,
следовательно, и скорости поезда, для изменения магнитного потока путем
шунтирования обмотки возбуждения. В режиме ослабления поля при изменении
сопротивления RШ изменяется ток в обмотке возбуждения и магнитный поток
двигателя. При отключении RШ двигатель включен по своей основной схеме и имеет
естественную характеристику.
Управление с помощью шунтирующего резистора RШ носит дискретный характер.
Значения шунтирующего резистора для определенной позиции приведены в таблице
А.4 "Приложение А".
Для управления скоростью, током и моментом двигателя в установившемся и
переходном режимах используется дополнительный (пусковой) резистор RД, который
включается последовательно с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, как
показано на рис. 2.3.
Этот способ управления, часто называемый реостатным, является весьма простым по
своей реализации и поэтому широко используется для управления скоростью, током
и моментом двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением.
Управление дополнительным (пусковым) резистором RД производится реостатным
контроллером (РК), который имеет 13 ступеней и предназначен для ограничения
тока двигателя при пуске до выхода на естественную характеристику с полным
возбуждением. Сопротивления резистора RД, соответствующие каждой ступени,
приведены в таблице А.5 "Приложение А".
Рис. 2.1. Структурная схема электропередачи электропоезда
Рис. 2.2. Эквивалентная схема замещения электродвигателя постоянного тока
Рис. 2.3. Эквивалентная схема замещения электродвигателя постоянного тока с
дополнительным резистором RД
Структура электропередачи дизель-поезда (рис. 2.4) во многом подобна
электропередаче электропоезда (рис. 2.1). Она содержит источник питающего
напряжения, два автономных инвертора напряжения (АИН), два тяговых двигателя
(в данном случае это асинхронные двигатели), имеет эквивалент нагрузки,
систему управления. Управление скоростью тяговых двигателей осуществл
- Київ+380960830922