2. Функциональная схема сар

Режим рекуперативного торможения предполагает наличие двух управляемых выпрямительных установок. Управляемые выпрямительные установки (ВИП и ВУВ) осуществляют питание обмоток возбуждения и инвертирование тока. Для вентилей ВИП и ВУВ необходимы системы управления для регулирования углов открытия тиристоров.

Каждая функциональная схема имеет задающие элементы (задатчики) для задания требуемого значения регулируемого параметра. Поскольку проектируемая система является двухпараметрической, то будем иметь два задатчика.

Функциональная схема содержит задатчики для снятия действительных значений регулируемых параметров и элементы сравнения для сравнения заданных и действительных значений параметров регулирования.

Функциональная схема проектируемого САР представлена на рисунке № 2.

На рисунке № 2 применены следующие обозначения:

З_дТВ – задатчик тока возбуждения (КМЭ-80);

З_дТС – задатчик тормозной силы (КМЭ-80);

БП – блок питания;

БВУ – блок выпрямительной установки возбуждения (БВУ-758);

БУ – блок управления (БУВИП-113);

ДТ_Я – датчик тока якоря (ДТ-020);

ДТ_В – датчик тока возбуждения (ДТ-39);

ДТ_С – датчик тормозной силы;

ОР – орган регулирования (ТЭД).

3. Разработка принципиальных схем основных элементов системы.

3.1. Общие положения

Функциональные схемы являются основой для конструирования всей системы, состоящей из отдельных элементов. Для исследования статических и динамических характеристик системы в целом составляют ее структурную схему, которая состоит из отдельных типовых динамических звеньев и является ее математической моделью. Поэтому, конструируя тот или иной функциональный узел, удобно давать математическую модель, которая отражает его статическую и динамическую характеристики, служит основой для составления общей структурной схемы. Заметим, что число звеньев (узлов) в функциональной и структурной схемах может не совпадать, так как функциональный узел может быть довольно сложным, а его математическое описание выходит за рамки элементарного математического звена, то есть передаточная функция оказывается типовой.

Наиболее универсальной математической характеристикой звена (или системы в целом) является передаточная функция, являющаяся свернутым изображением дифференциального уравнения, описывающего динамику передачи сигналов с входа на выход. Для ее получения необходимо, прежде всего, установить, что считать сигналами входа и выхода и записать связывающее их дифференциальное уравнение. Далее, пользуясь правилами формализации (в частности переходя к операторной форме записи), установить передаточную функцию.

Рассмотрим основные функциональные узлы применительно к простейшим системам управления ЭПС и дадим их математические описания.

3.2. Объект регулирования (управления)

В качестве объекта управления на ЭПС в большинстве случаев принимается тяговый двигатель, так как с его работой связано движение локомотива и поезда; тяговый двигатель формирует основные регулируемые параметры – ток и зависящий от него вращающий момент (силы тяги и торможения), скорость вращения (в конечном счете – поступательную скорость) и т. п.

Тяговый Двигатель локомотива может работать как в режиме двигателя, так и генератора; в том и другом случаях он может иметь последовательное или независимое возбуждение. имея в большинстве случаев передаточную функцию звена первого или второго порядка, электрическая цепь тягового двигателя неоднозначна по параметрам, входящий в передаточную функцию.

3.2.1. Двигатель последовательного возбуждения. Представлены (рис. 3) принципиальная схема (а), функциональное звено (б) и его передаточная функция (в), когда входным сигналом считается приложенное к коллектору двигателя напряжение , выходным – величина тока .

Передаточная функция тягового двигателя, как звена системы авторегулирования, получена на основе дифференциального уравнения

(1)

где , , - индуктивность, активное сопротивление и ЭДС двигателя.

Рис. 3

Тяговый двигатель – нелинейное звено, так как , а функция представляет кривую намагничивания. Используя приемы линеаризации, можно записать уравнение динамического равновесия в приращениях:

(2)

Учитывая, что электрический переходной процесс развивается достаточно быстро и V=const, уравнение может быть записано в виде

(3)

где

постоянный коэффициент для точки линеаризации.

Тогда

(4)

где и

, (5)

– передаточная функция двигателя последовательного возбуждения, полученная на основе линеаризованного уравнения для конкретной точки линеаризации;

, (6)

, (7)

Необходимые цифровые данные для расчета можно получить по тяговым характеристикам и характеристике намагничивания с использованием следующих формул:

, (8)

где – передаточное число редуктора электровоза;

– число пар полюсов;

число проводников обмотки якоря;

диметр бандажа, м;

число параллельных ветвей обмотки якоря;

, (9)

где индуктивности обмотки возбуждения, якоря и дополнительных полюсов соответственно, Гн:

, (10)

где коэффициент рассеяния главных полюсов;

число витков катушки главных полюсов.

Учитывая, что наибольшая часть индуктивности всей цепи тягового двигателя сосредоточена в его обмотке возбуждения, можно принять

, (11)

, (12)

Отношение находится по кривой намагничивания для тягового двигателя, размерность магнитного потока Вб.

3.2.2. Тяговый двигатель в режиме генератора. При рекуперативном торможении тяговый двигатель переводится в режим генератора, как правило, с независи­мым возбуждением (в системах импульсного регулирования при электрическом торможении может сохраниться последо­вательное возбуждение).

При рекуперативном торможении используются оба канала воздействия: изменение подведенного, противодейст­вующего со стороны сети напряжения (инвертора) и воз­буждения.

Таким образом, тяговый двигатель, как объект регулирования в системах ЭПС, может в линеаризованном виде приниматься звеном первого или второго порядков, однако числовые значения входящих в передаточные функции параметров зависят от выбранных сигналов входа и выхода и способа возбуждения. Возможны и уточненные, но более сложные математические модели тягового двигателя .