2.8 Тяговые расчеты автоматизированного электропривода

2.8.1 Постановка задачи

Рассмотренная выше технология производства тяговых расчетов независимо от способа вычисления основного уравнения движения поезда (аналитического, графического или на ЭВМ) предусматривает использование фиксированных тяговых характеристик ЭПС. При этом выбор режимов ведения поезда (тяга, выбег или торможение) осуществляется методом подбора по условию v_i ≤ Vдоп.

Очевидно, для автоматизированного электропривода, имеющего «площадные» тяговые характеристики, такая технология производства тяговых расчетов не годится. Кроме того, должен быть предусмотрен автоматический алгоритм выбора режимов ведения поезда.

2.8.2 Выбор алгоритма производства тяговых расчетов автоматизированного электропривода

Рассмотрим обобщенную функциональную схему автоматизированного по току тягового двигателя (ТЭД) и скорости движения поезда (П) тягового электропривода – рисунок 2.14. Здесь

U_з1 – напряжение, пропорциональное заданной скорости движения поезда;

РС – регулятор скорости;

U_з2 – напряжение, пропорциональное заданному току ТЭД;

РТ – регулятор тока;

ИЭ – исполнительный элемент (для ЭПС постоянного тока – это тиристорно-импульсный преобразователь, а для ЭПС переменного тока – это управляемый выпрямитель);

ДТ – датчик тока;

ДС – датчик скорости;

W_к – полное сопротивление движению поезда.

Такая система автоматического регулирования (САР) называется двухконтурной подчиненного регулирования: внутренний контур ведет регулирование по току двигателя, а внешний – по скорости движения поезда.

При этом выходное напряжение регулятора скорости РС внешнего контура регулирования является заданием тока двигателя для внутреннего контура

регулирования.

Если учесть, что постоянная времени тягового электродвигателя примерно на три порядка меньше постоянной времени поезда, то при составлении структурной схемы рассматриваемой САР весь внутренний контур регулирования может быть представлен одним пропорциональным динамическим звеном с коэффициентом передачи Км – рисунок 2.15.

Рисунок 2.14 – Функциональная схема САР тягового электропривода

Рисунок 2.15 – Структурная схема САР скорости поезда

Здесь в качестве управляющего элемента регулятора скорости использовано апериодическое звено 1-го порядка, что позволяет обеспечить необходимое ограничение интенсивности нарастания тока, а значит и силы тяги ТЭД. Передаточная функция поезда определена по (2.41) и (2.42) (рисунок 2.11).

Анализ схемы рисунка 2.15 показывает, что расчет структурной схемы

САР скорости поезда позволяет определить все три координаты процесса движения поезда – скорости, пути и времени. А это, собственно, и является задачей тяговых расчетов! Если при этом учесть, что сила тяги двигателя может принимать любое значение в площади тяговой характеристики F_к(v), то САР скорости поезда может быть взята за основу при разработке алгоритма производства тяговых расчетов автоматизированного тягового электропривода.

2.8.3 Алгоритм производства тяговых расчетов автоматизированного электропривода

Итак, если провести совместный анализ структурной схемы математической модели процесса движения поезда (рисунок 2.12) и структурной схемы САР скорости поезда (рисунок 2.15), то можно сделать вывод о том, что их объединение позволит получить алгоритм производства тяговых расчетов автоматизированного электропривода. При этом вновь образованная структурная схема САР скорости поезда (рисунок 2.16) должна дополнительно иметь программное устройство, обеспечивающее задание допустимой скорости движения поезда по участку, устройство автоматического выбора режима ведения поезда и величины силы тяги (или торможения), устройство ограничения наибольших значений силы тяги (или торможения). Рассмотрим все эти устройства по-отдельности.

Программное устройство (ПУ) – представляет собой зависимость допустимой скорости движения поезда по участку от пути в табличной форме. Очевидно, в тех случаях, когда v_доп.i+1 < v_доп.i , предварительно должны быть выполнены тормозные расчеты.

Устройство автоматического выбора режима ведения поезда и величины силы тяги и торможения (УВРС) – представляет собой нелинейный элемент с нелинейной характеристикой А – В – С – D. На участке А – В, когда U_у > U_уо, реализуется режим тяги. При этом

F_к = K_м · U_у. (2.56)

На участке В – С, когда 0 ≤ U_у ≤ U_уо, реализуется режим выбега.

На участке С – D, когда U_у < 0, имеет место режим торможения, где

–Вт = – Кт ∙U_у. (2.57)

Рисунок 2.16 – Алгоритм производства тяговых расчётов автоматизированного электропривода

Таким образом, по знаку и величине выходного напряжения регулятора скорости РС автоматически выбирается режим ведения поезда и требуемое значение силы тяги или торможения.

Устройство ограничения величины сил тяги и торможения (УОС) – представляет собой предельные тяговую характеристику локомотива и тормозную характеристику поезда в удельной форме.

Используя метод структурного моделирования, приведенный в параграфе 2.7, разрабатывается программное обеспечение по выполнению тяговых расчетов автоматизированного электропривода по условию максимального использования тяговых свойств локомотива, тормозных средств поезда и допустимых скоростей движения поезда по участку.