Одной из основных задач системы управления тяговыми двигателями является формирование в заданных ограничениях тяговых и тормозных характеристик в соответствии с режимом работы тяговой подвижной единицы. Так как задача построения систем автоматического управления тяговым приводом является достаточно обширной и не может быть детально изложена в рамках настоящей книги, то рассмотрение ограничено основными вопросами, связанными с формированием статических характеристик тягового привода.

Основной характеристикой является зависимость силы тяги (торможения) от скорости движения. В свою очередь сила тяги (торможения) связана с моментом на валу тягового двигателя, значение которого в зависимости от уровня автоматизации ЭПС может являться задающим воздействием или промежуточной переменной в системе регулирования.

Применительно к АТД момент регулируют изменением действующего значения и частоты напряжения, подводимого к статору. При этом в области частот ниже номинальной осуществляют совместное регулирование частоты Д и напряжения 1/г. В области частот выше номинальной регулирование производят изменением частоты

Наибольший практический интерес представляет формирование статических характеристик при пуске тягового двигателя, когда последний должен развивать заданный момент.

Рациональным способом регулирования является такой, который позволяет реализовать пуск (или торможение) тягового двигателя с заданным значением момента при минимальном токе статора [48]. Указанный режим наиболее экономичен, поскольку практически он соответствует минимальным потерям мощности в двигателе и преобразователе.

Условия, при которых заданный момент тягового двигателя в процессе пуска или торможения реализуется при минимальном токе статора, необходимо определять с учетом насыщения магнитной цепи асинхронной машины. Используя характеристику намагничивания, следует найти магнитный поток Ф (или ЭДС Е в контуре намагничи

вания) и абсолютное скольжение (частоту тока ротора) при которых заданному значению момента М8 соответствует минимальный ток статора 1г.

Рассмотрим решение указанной задачи. При известной ЭДС Е магнитный поток асинхронной машины

? Е

Ф=-^- =-- , (10.1)

С/і С/іном/і

где = /і/Лном - относительное значение частоты тока статора.

На практике наибольший интерес представляет режим пуска (или торможения) асинхронной машины при постоянном магнитном потоке. Из выражения (10.1) следует, что такой режим выполняется, если в процессе регулирования ЭДС изменяется в соотношении

? = ?./!, (10.2)

где ?( - фиксированное значение ЭДС, определяемое по кривой намагничивания для номинальной частоты статора /,ном.

В режиме Ф = const ток ротора /?, угол <рх между векторами Е и /2, а также момент асинхронной машины не зависят от текущего значения частоты тока статора, причем момент

(10.3)

При этом момент однозначно определяется параметром абсолютного скольжения /2, причем /2 = /V/lHOM- Поэтому в процессе пуска (или торможения) для достижения режима Мэ = const необходимо поддерживать неизменное значение /, и регулировать текущее значение частоты тока статора /, в зависимости от частоты вращения ротора /вр в соотношении

fi-fbP + /*уст. (10-4)

где fryer - уставка абсолютного скольжения (знак *+» относится к тяговому, а знак «-» к тормозному режимам асинхронной машины).

Ток статора 1Х = /, + /ц и определяется выражением

(10.5)

(10.6)

Важно отметить, что при работе асинхронной машины с постоянным магнитным потоком и фиксированным абсолютным скольжением неизменными величинами, не зависящими от частоты статора являются момент и токи /ц, її и /,. Из перечисленных параметров на практике относительно просто можно контролировать ток статора 1г. Поэтому

изменять напряжение на статоре С/х в процессе пуска (или торможения) следует под контролем регулятора тока статора.

Структурная схема системы регулирования для одного АТД представлена иа рис. 10.1. Сигналы управления для тиристоров преобразователя частоты ПЧ формируются системой управления СУ. Текущие значения тока 1г и частоты вращения /вр измеряются датчиками Д1 и Д2. По каналу регулирования напряжения иу регулятор тока РТ поддерживает заданное значение тока статора. Регулятор частоты РЧ по каналу регулирования частоты статора поддерживает заданное значение абсолютного скольжения в соответствии с уравнением (10.4). Заданные значения тока и абсолютного скольжения вводятся в регуляторы РТ и РЧ от контроллера машиниста КМ через формирователь уставок ФУ.

Расчет оптимальных значений /1уст и /ауст, соответствующих режиму минимального тока статора, можно упростить. Для тяговых асинхронных двигателей обычно параметр /5 не превышает 0,01-0,02 и /г//2 > *2- Поэтому, приняв хг & 0 и с05ф2 « 1, уравнение (10.3) можно записать в виде

Л48 = 0,478Л?| (;/(/,„„„/•;). (10.7)

Отсюда следует, что фиксированному моменту соответствует множество сочетаний Е0 и /5, удовлетворяющих выражению

??/І = ^8/іном^/(0.478р1). (10.8)

Заметим, что при условии хі =0, <ра = 0 из схемы замещения получаем:

(ю.9)

Іі = гг/С08<ре. (10.10)

При регулировании магнитного потока ток /д в соответствии с характеристикой намагничивания изменяется, что вызывает изменение тока статора /,. Зависимости (/а) для фиксированных моментов име-

Структурная схема системы регулирования АТД

Рис. 10.1. Структурная схема системы регулирования АТД

ют и-образный характер. Оптимальное значение абсолютного скольжения /гост Для заданного момента Мэ соответствует минимальному току /], определяемому по и-образной характеристике для данного значения момента.

При регулировании заданного значения момента Мусх оптимальное скольжение /20пт и ток /Ш|П изменяются. Поэтому в регуляторах РТ и РЧ при изменении уставки момента Муст, задаваемого контроллером машиниста, с помощью формирователя ФУ осуществляется соответствующее изменение уставок /|уст и /2уст.

Приведенные ранее соотношения позволяют построить семейство и-об-разных характеристик по отдельным точкам кривой Е (/м). Задаются фиксированным моментом М и находят несколько пар значений Е0 и /5, удовлетворяющих условию (10.8). Для каждого значения Е0 по кривой намагничивания находят ток /ц. Относительная частота /? может быть выбрана любой в диапазоне от /$ до 1. По приведенным ранее соотношениям в конце расчета определяют значения тока /,. Графическое построение зависимости /2 (/2) позволяет найти для заданного момента минимальное значение тока /т)п И соответствующее ему скольжение/2опт-

Из выражений (10.5), (10.9) и (10.10) следует, что при фиксированных значениях Е0 и /ц момент асинхронной машины и токи /?, /х не зависят от сопротивления обмотки ротора г2, если скольжение /3 изменять пропорционально сопротивлению г2. При изменении температуры сопротивление обмотки г, г20 |1 -0,004 (1 - 20)1, здесь г20 - сопротивление обмотки при 1 = 200 С. Поскольку зависимость г'2 (/) линейна, то скольжение /гопт также линейно зависит от температуры обмоток. Соответственно в ФУ следует ввести сигнал от датчика температуры ДЗ. Такой датчик целесообразно выполнять в виде термопар или терморезисторов, размещенных в пазах статора машины.

По изложенной методике рассчитаны и-образные характеристики тягового двигателя НБ-602 для двух значений кратности момента Км = М1М„ом = 1 и 1,5 (т. е. для значений моментов 8230 и 12 350 Н-м) и при температуре обмоток ПО °С, приведенные на рис. 10.2. Ток статора дан в относительных единицах: /* = /^/щом. гДе /щом = -- 680 А. Там же нанесены относительные значения магнитного потока ф* = Ф/Фном.

Из приведенных характеристик следует, что режим минимального тока статора достигается путем определенного увеличения магнитного

образные характеристики тягового двигателя НБ-602

Рис. 10.2. 11-образные характеристики тягового двигателя НБ-602

Рнс. Ю.З. Зависимости її, Ф* и ОПТ от кратности момента режиме

минимального тока статора для тнго-вого двигателя НБ-602

потока сверх номинального значения. В режиме минимального тока статора относительный магнитный поток для тягового двигателя НБ-602 составляет: Ф* = 1,1 при М = М ном и Ф* = 1,16 при М ~ - 1,5Л4„ом> При этом следует иметь в виду, что обычно для асинхронной машины максимальное значение магнитного потока ограничено значением (1,25-т-1.35) ФИОм из-за чрезмерного увеличения тока намагничивания.

Соответствующие условию минимума тока статора результирующие зависимости !\ и /,0 пт в функции кратности момента Км для двигателя НБ-602 приведены на рис. 10.3. Указанные зависимости определяют значения сигналов /,_ст н /ауст, вводимых в систему регулирования от формирователя ФУ (см. рис. 10.1) при изменении уставки момента М7СТ, задаваемой контроллером машиниста КМ.

Например, для реализации тяговым двигателем НБ-602 момента 1,5 Миом в РЧ и РТ должны быть введены сигналы: fjcr == 1,1 Гц (при t = 110 °С) и /1уст = 1,33 /ном = 910 А, что соответствует амплитудному значению первой гармоники тока статора /шах = 1280 А.

Обычно максимальное выходное напряжение преобразователя частоты выбирается равным номинальному напряжению статора Ux ном. Как отмечалось выше, режим минимального тока статора обеспечивается путем увеличения магнитного потока сверх его номинального значения. Поэтому регулирование по минимуму тока статора можно осуществить только до некоторой частоты f 1, которая меньше номинальной ftном, причем отношение fmoJK практически равно относительному потоку Ф*, соответствующему режиму минимального тока статора для фиксированного момента. Поскольку при увеличении момента относительный поток Ф* возрастает, то отношение частот fiHodfx увеличивается.

В зоне частот выше f{ регулирование по минимуму тока статора исключается, так как возможности увеличения напряжения (У, исчерпаны. Поэтому при частотах выше f\ регулирование момента асинхронной машины осуществляется путем изменения абсолютного скольжения /2. В частности, если в формирователь ФУ от датчика Д2 ввести сигнал fBP и по мере возрастания скорости увеличивать уставку скольжения /ауст, то можно реализовать работу асинхронной машины при постоянной мощности (режим Р = const).

Для перевода асинхронной машины из тягового в тормозной режим используется переключатель ТП, который воздействует на ФУ и изменяет знак уставки скольжения. С помощью этого переключателя путем воздействия на регуляторы РЧ и РТ можно также при необходи

мости зафиксировать частоту и напряжение на статоре для реализации торможения в режимах = const и Ux - const. Как указывалось в главе 9, такой режим целесообразно использовать для торможения поезда на спусках с постоянной скоростью.

Кроме того, в схеме должен присутствовать реверсивный переключатель РП, который воздействует на систему управления преобразователем СУ и производит реверсирование асинхронной машины путем изменения чередования импульсов управления тиристорами двух фаз инвертора.

Использование автономного инвертора напряжении с тиристорами в цепях обратного тока при реализации генераторного режима работы асинхронной машины | Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями | Система регулирования частоты

Рекомендуемый контент: