книги / Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 , Пермь, 3-7 октября 2016 г

Рис. 7. Диаграмма экономии по удельному расходу топлива ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт

Рис. 8. Абсолютный расход топлива ДВС ЕЭС мощностью 1000 кВт: 1 – с регулированием частоты ДГУ; 2 – без регулирования частоты ДГУ

Рис. 9. Диаграмма экономии по абсолютному расходу топлива ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт

По абсолютному расходу топлива ЕЭС с регулированием частоты ДГУ на экономичнее системы без регулирования на 25–27 %

шения экономичности ЕЭС необходимо регулировать ток возбуждения СМ в зависимости от мощности нагрузки в соответствии с выражением [1, 8]:

где iВ = IВ/IВН, p1 = P1/SН.

Как видно из графиков (рис. 10, 11), при регулировании возбуждения (см. рис. 10, кр. 1, 3), удельный расход топлива повышается в диапазоне малых и средних нагрузок.

Согласно многопараметровой характеристике в диапазоне малых нагрузок режим работы ДВС смещается в область более высокого удельного расхода топлива. Результаты расчета топлива представлены на рис. 12, 13.

Рис. 10. Удельный расход топлива ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт: 1, 2 – без регулирования частоты ДГУ; 3, 4 – с регулированием частоты ДГУ; 1, 3 – с регулированием возбуждения СМ; 2, 4 – без регулирования возбуждения СМ

IV. РАСЧЕТ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЕЭС С УЧЕТОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СМ

Приведенные выше характеристики удельного и абсолютного расхода топлива получены без учета возможного регулирования возбуждения СМ. Для повы-

Рис. 11. Диаграмма экономии по удельному расходу ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт с регулированием возбуждения СМ

Рис. 12. Абсолютный расход топлива ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт: 1, 2 – без регулирования частоты ДГУ, 3, 4 – с регулированием частоты ДГУ, 1, 3 – с регулированием возбуждения СМ, 2, 4 – без регулирования возбуждения СМ

Рис. 13. Диаграмма экономии по абсолютному расходу топлива ДВС в составе ЕЭС мощностью 1000 кВт с регулированием возбуждения СМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение ЕЭС на базе ДГУ переменной частоты вращения позволяет обеспечить существенную экономию топлива, что крайне важно в современных условиях повышающихся требований к снижению уровня вредных выбросов в атмосферу. Обеспечение оптимального ре-

жима ДВС с точки зрения топливной экономичности требует нового подхода к управлению топливоподачей и может быть реализовано на основе современных средств управления, в том числе интеллектуальнх систем управления нейросетевого типа [9].

Благодарности

НИР выполнена в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности № 8.2668.2014/К на кафедре «Электрооборудование, электропривод и автоматика» Нижегородcкого гоcударственного техничеcкогоуниверcитетаим. Р.Е. Алекcеева.

Библиографичеcкий спиcок

1.Хватов О.С., Дарьенков А.Б., Самоявчев И.С. Топливная экономичность единoй электроcтанции автонoмного объекта на базе двигателявнутреннегосгоранияс переменнойскоростьювращения// Эксплуатацияморскоготранспорта. СПб., 2013. №1 (71). С. 61–66.

2.Хватов О.С., Дарьенков А.Б., Поляков И.С. Нейросетевой алгоритм системы управления топливоподачей дизель-генераторa переменнoй скороcти вращeния // Вестник Иванов. гос. техн. ун-та.

Вып. 3/2013. Иваново, 2013. С. 50–53.

3.Дарьенков А.Б., Хватов О.С. Автономная дизельная электростанция с нейросетевым задатчиком экономичного режима // Промышленная энергетика. 2013. № 12. С. 26–29.

4.Хватов О.С., Дарьенков А.Б. Электроcтанция нa бaзе дизельгенeратора переменной частоты вращения // Электротехника. 2014. № 3. С. 28–32.

5.Khvatov O.S., Dar’enkov A.B. Power plant based on a variable-speed diesel generator // Russian Electrical Engineering. March 2014, Vol. 85. Iss. 3. P. 145–149.

6.Опрeделение экoномической эффeктивности дизель-генератoрных электроcтанций с переменнoй частотой вращения вала / А.Б. Дарьенков, О.С. Хватов, Ф.Ф. Юрлов, Н.В. Усов // Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология. 2014. № 3. С. 64–68.

7.Хватов О.С., Дарьенков А.Б. Интеллектуальные средства управления высокоэффекивной дизель-генераторной установокой перeменной частoты вращeния // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Издво ТулГУ, 2010. Ч. 4. С. 126–131.

8.Интеллектуальный сервопривод управления топливоподачей автономнойэлектростанциипеременнойскоростивращения/ С.М. Дмитриев, В.В. Кондратьев, О.С. Хватов, А.Б. Дарьенков, Е.А. Чернов // Труды VII Междунар. (XVIII Всерос.) конф. по автоматизирован- номуэлетроприводуАЭП-2012/ИГЭУ. Иваново, 2012. С. 592–596.

9.Хватов О.С., Дарьенков А.Б., Самоявчев И.С. Высокоэффективная система электродвижения автономного объекта // Труды VII Междунар. (XIX Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014: в 2 т. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. Т. 2. С. 396–400.

Выполнен сопоставительный анализ электромеханических характеристик двух вариантов тяговых асинхронных двигателей для привода электромобиля: «длинной» машины с жидкостным охлаждением посредством охлаждающей рубашки и «короткой» машины, охлаждаемой путем орошения лобовых частей «масляным туманом». Показано, что второй концепт предпочтительнее с позиции минимизации массогабаритных показателей.

асинхронные машины, применяемые компаниями Tesla Motors, General Motors (дляChevrolet Bolt EV) идр.

В настоящем докладе поднимаются вопросы концептуального проектирования тяговых асинхронных электродвигателей (ТАЭД) для электромобилей, решение которых позволит приблизить серийный выпуск ТАЭД отечественнымиэлектротехническимипредприятиями.

настоящей работы – положить начало таковому исследованию, рассмотрев конкретный пример.

Типичные тяговые характеристики, исследуемые нами, показаны на рисунке. Пример специально оцифрован, чтобы выполнить электромагнитные расчеты. Характеристики близки к двигателю ASM 1-8.24.10 фирмы BRUSA, но превосходят его. (К сожалению, в открытом доступе отсутствуют характеристики собственно электродвигателей Tesla Motors). На рисунке представлены требования как к длительным моментам, режим S1, так и к кратковременным максимальным моментам, режим S2. Для режима S2, начиная с N = 4500 об/мин, имеется третья зона регулирования – с уменьшением мощности. Дополнительным типичным условием является обеспечение кратковременного режима, до 25 с, в точке РS2 = 85 кВт, N = 1000 об/мин.

Примем Umax = 310 В (на зажимах ТАЭД).

Примем без доказательств аксиоматичный факт, что в длинных асинхронных машинах с малым внешним диаметром (Ls>DaS) при степени защиты оболочки не ниже IP44 наиболее эффективным является жидкостное охлаждение с отводом тепла от магнитопровода статора. При этом охлаждение может быть организовано как посредством охлаждающей «рубашки», охватывающей сердечник статора IC5W7A8, так и пропусканием жидкости через аксиальные каналы сердечника. Дополнительное охлаждение через воздушный зазор считаем неэффективным из-за увеличения тока намагничивания и конструктивных усложнений (впрочем, такое охлаждение используется в некоторых электронасосах). Возможна также организация дополнительного охлаждения через вал ротора. Температуру обмотки статора при жидкостном охлаждении TЖCu будем определять по эвристической формуле, принятой специалистами ПАО «НИПТИЭМ» и проверенной по результатам опытных данных:

где TЖ − температура жидкости на выходе из охлаждающего контура;

(TЖК −TЖ) ≈7÷10 °С − разница между температурой корпуса ТАЭД с жидкостным охлаждением и TЖ;

K411Cu_K − коэффициент, полученный опытным путем на ряде аналогов, определен в (2);

Θ411cCu − рассчитанное превышение температуры обмотки статора для закрытой обдуваемой машины, IC411.

где Θ411eК − опытное значение превышения температуры корпуса для закрытой обдуваемой машины, IC411; Θ411eCu − опытное превышение температуры обмотки

статора для закрытой обдуваемой машины, IC411. Также примем без доказательств, что в асинхронных

машинах с коротким сердечником и большим внешним диаметром (Ls << DaS) наиболее эффективным является охлаждение непосредственным орошением лобовых частей хладагентом. Одновременно охлаждаются сердечник статора и обмотка ротора [5]. Такое охлаждение назовем «масляным туманом», IC3U7A8. Исследования, представленные в [5], показывают, что превышение температуры обмотки статора Θ МТCu при «масляном тумане»:

Проведем сопоставление эффективности обеспечения тяговых характеристик для двух концептуальных направлений:

−для «длинного» ТАЭД с жидкостным охлаждением;

−для «короткого» ТАЭД с охлаждением типа «масляный туман».

II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ОЦЕНКА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ТАЭДВ ДИКТУЮЩИХ ТОЧКАХ

Активная геометрия «длинного» ТАЭД базируется на электромагнитном ядре асинхронного двигателя 7ATrm160M6 для привода оси трамвайной тележки, спроектированного, изготовленного и испытанного в ПАО «НИПТИЭМ». Активные части двигателя 7ATrm160M6 разработаны авторами доклада. В двигателе для электромобиля Ls удлинена, а клетка ротора выполнена из медных стержней.

Активная геометрия «короткого» ТАЭД близка к таковой для тягового асинхронного двигателя для электропривода трансмиссии самоходных сельскохозяйственных машин проекта «Кировец», спроектированного, изготовленного и испытанного в ПАО «НИПТИЭМ». Тем не менее электромагнитное ядро «короткого» ТАЭД подверглось нами дополнительной оптимизации для реализации исследуемых в докладе тяговых характеристик. Клетка роторатакжевыполненаизмедногосплава.

Электромеханические показатели определены для трех диктующих точек:

Точка перехода от первой M = const ко второй P = const зонерегулирования, втаблицеобозначена«Ном».

Упомянутая выше точка РS2 = 85 кВт, N = 1000 об/мин, втаблицеобозначена «Макс».

Точка в конце третьей зоны регулирования Р = 80 кВт, N = 6000 об/мин, втаблицеобозначена«III_e».

Расчеты выполнены по авторскому программному обеспечению [6].

Результаты расчетов представлены в таблице.

ВЫВОДЫ

Анализ расчетов показывает, что асинхронный двигатель с охлаждением типа «масляный туман» имеет меньшую массу активных частей, лучшие энергетические показатели и меньшую температуру обмотки статора. Вместе с тем величина тока статора у данного варианта несколько выше, чем у машины с жидкостным охлаждением посредством теплообменника-рубашки, что может сказаться на удорожании силовых элементов системы управления. При проектировании следует учитывать и специальные требования к габаритным показателям. Так, для низкопольных транспортных средств

зачастую требуются именно длинные двигатели и малым внешним диаметром. В ближайшей перспективе авторы намерены исследовать ТАЭД с 2р>8 литой алюминиевой клеткой ротора.

Библиографический список

1.Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации: Указ Президента Рос. Федерации от 7 июля 2011 г. № 899 [Электронный ресурс] // Президент России. URL: http: //www.kremlin.ru/acts/bank/33514 (дата обращения: 24.04.2016).

2.Первый электромобильный портал [Электронный ресурс]. URL: http: //autotesla.com/category/tip-transporta/legkovye (дата обращения: 24.04.2016).

3.Кобелев А.С. Выбор рационального числа полюсов тяговых асинхронных двигателей при условии постоянства температуры обмотки статора в квазиноминальной точке тяговой характеристики // Состояние и перспективы развития электртехнологии: материалы XVIII Междунар. науч.-техн. конф. Иваново, 2015. Т. 3. С. 120−124.

4.Бергер Ф.Я. Выбор главных размеров электрических машин. Л.:

Энергия, 1972. 90 с.

5.Драгомиров М.С., Журавлев С.А., Зайцев А.М. Анализ эффективности систем охлаждения тяговых асинхронных двигателей и мотор−генераторов // Вестник ИГЭУ. 2016. Вып. 1. С. 39−43.

6.Кобелев А.С. Интеллектуальная полная расчетная подсистема проектирования асинхронных машин // Изв. вузов. Машиностроение. Спец. выпуск. Эффективные методы автоматизации и планирования производства. 2012. № 14. С. 24−33.

7.Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации: Указ Президента Рос. Федерации от 7 июля 2011 г. № 899 [Электронный ресурс] //

Президент России. URL: http: //www.kremlin.ru/acts/bank/33514 (дата обращения: 24.04.2016).

8.Первый электромобильный портал [Электронный ресурс]. URL: http: // autotesla.com/category/tip-transporta/legkovye (датаобращения: 24.04.2016).

9.Кобелев А.С. Выбор рационального числа полюсов тяговых асинхронных двигателей при условии постоянства температуры обмотки статора в квазиноминальной точке тяговой характеристики // Состояние и перспективы развития электротехнологии: материалы XVIII Междунар. науч.-техн. конф. Иваново. 2015. Т. 3. С. 120−124.

10.Бергер Ф.Я. Выбор главных размеров электрических машин.

Л.: Энергия, 1972. 90 с.

11.Драгомиров М.С., Журавлев С.А., Зайцев А.М. Анализ эффективности систем охлаждения тяговых асинхронных двигателей и мотор-генераторов // Вестник ИГЭУ. 2016. Вып. 1. С. 39−43.

12.Кобелев А.С. Интеллектуальная полная расчетная подсистема проектирования асинхронных машин // Изв. вузов. Машиностроение. Спец. выпуск. Эффективные методы автоматизации и планирования производства. 2012. № 14. С. 24−33.

Представлены результаты разработки новой серии электроприводов малошумных герметичных электронасосов на основе синхронных двигателей с постоянными магнитами и преобразователей частоты с векторным бездатчиковым микропроцессорным управлением.

The development results have been revised in that report regarding the new electric drive series of the low-noise canned electric pumps on the basis of the synchronous motors with permanent magnets as well as frequency inverters using the sensorless vector microprocessor control.

Ключевые слова: герметичный электронасос, электропривод, синхронный электродвигатель, малошумный, преобразователь частоты.

Keywords: canned electric pump, electric drive, synchronous electric motor, low-noise frequency inverter.

ВАО «Корпорация “ВНИИЭМ”» впервые в РФ разработано и освоено серийное производство серии герметичных электронасосов (ГЭН). Номенклатура и основные технические характеристики герметичных электронасосов типа ГЭН представлены в таблице.

Вотличие от импортных аналогов, в которых применен асинхронный двигатель, разработанные электронасосы выполнены на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами типа ДСГ, который имеет лучшие массогабаритные показатели, большой зазор и лучшие виброшумовые и энергетические показатели.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

внаибольшей степени по сравнению с другими двигателями (асинхронным, вентильно-индукторным) подходит

Технические характеристики герметичных электронасосов типа ГЭН

для электропривода насосов, где момент нагрузки пропорционален квадрату скорости и максимальная нагрузка соответствует максимальной скорости. Пуск и регулирование частоты вращения электронасосов осуществляются преобразователем частоты (ПЧ).

ПЧ представляет собой инвертор напряжения на IGBT-транзисторах с векторным бездатчиковым микропроцессорным управлением.

При проектировании новой конструкции электронасосов типа ГЭН был реализован ряд новаций , главная из которых – полная интеграция электронасоса с электродвигателем и герметичность электронасоса и электродвигателя. Преобразователь частоты обеспечивает питание двигателя как от основной трёхфазной сети переменного тока (380 В), так и от резервной сети постоянного тока (аккумуляторная батарея (175..320) В) с обеспечением гальванической развязки сетей.

Использование ПЧ обеспечивает регулирование скорости электронасосов в широких пределах, что позволяет оптимизировать их энергопотребление. Программное обеспечение преобразователя позволяет «запрещать» работу на частотах вращения электронасоса, где уровень виброшумовых характеристик электронасоса превышает допустимые значения. Кроме этого, ПЧ позволяет существенно снизить пусковые токи двигателя и импульсные вибрацииэлектронасоса.

В целях унификации все двигатели типа ДСГ (20–60 кВт) электронасосов имеют стандартную форму листов статора и расточку статора диаметром 165 мм, ввалах двигателей предусматривается центральное отверстие, через которое осуществляется циркуляция рабочей среды, обеспечивающей охлаждение разделительной гильзы и подшипников, а также их смазку. Герметичный электронасос мощностью55 кВт представленнарис. 1.

В качестве оболочки, отделяющей статор и его обмотку от внутренней полости двигателя, заполненной рабочей

Результаты разработки нового поколения малошумных электроприводов герметичных электронасосов / М.Е. Коварский, Ю.Т. Портной, В.В. Магин, Д.В. Рожков // Труды VII Междунар. (XVIII Всерос.) конф. поавтоматизированномуэлектроприводуАЭП-2012, 2012 г.

жидкостью, применяетсягильзаизнемагнитногоматериала с большим удельным электрическим сопротивлением. Взависимости от степени агрессивности перекачиваемой жидкости защитные гильзы выполняются из нержавеющей стали или титанового сплава, при этом толщина защитных гильз не превышает 0,8 мм. Для опоры гильзы используются пакет статора и специальная арматура статора, к которымгильзапривариваетсягерметичнымшвом.

Ротор представляет собой цилиндр, на который установлено магнитопроводящее ярмо ротора, с фрезерованными основаниями для установки магнитов. Для защиты магнитов от воздействия рабочей жидкости, заполняющей внутреннюю полость электронасоса, поверхность ротора изолируется немагнитной гильзой. Гильза вместе с торцевыми шайбами пакета ротора образуют герметичную оболочкуротора.

Корпус электронасоса рассчитан на полное рабочее давление системы и образует второй герметичный защитный пояс, дополнительно обеспечивающий защиту помещений от загрязнения токсичными продуктами при прорыве гильзы статора. Клеммная панель является частью корпуса и также выдерживает полное рабочее давление системы.

Другим направлением работы АО «Корпорация “ВНИИЭМ”» является создание мощных циркуляционных электронасосов (ЭЦН), заменяющих циркуляционные турбонасосы (ЦТН) с приводом от паровой турбины.

ЦТН имеют ряд существенных недостатков, в числе которых:

–сложность конструкции подшипниковых опор, требующих тонкой регулировки и подачи конденсата различного давления;

–большие массогабаритные характеристики, вызванные необходимостью обеспечения подвода и отвода пара высокого давления и соответственно наличия паропроводов;

–сложность регулировки производительности насоса для соответствующих режимов работы паротурбинной установки, осуществляемой в основном методом дросселирования;

–большие уровни шумов, вызванных дросселированием поступающего пара и др.

Этих недостатков лишена конструкция разработанного герметичного циркуляционного насоса мощно-

стью 300 кВт. Насос содержит синхронный двигатель с магнитоэлектрическим возбуждением на роторе на

базе редкоземельных материалов. Расточка статора закрыта водонепроницаемой металлической гильзой, выдерживающей совместно с силовой конструкцией статора полное рабочее давление. Ротор выполнен в виде обода, на котором установлены магниты в герметичной оболочке. Ротор электронасоса представлен на рис. 2.

Во внутренней полости ротора установлено рабочее колесо насоса. Опоры ротора выполнены в виде керамических подшипников скольжения, рассчитанных на работу в перекачиваемой среде. Питание иуправление двигателя осуществляются от статического преобразователя частоты с бездатчиковымвекторныммикропроцессорнымуправлением.

Внастоящее время в АО «Корпорация “ВНИИЭМ”» разработано и освоено серийное производство указанного электронасоса.

ВАО «Корпорация “ВНИИЭМ”» создан и аттестован измерительно-испытательный комплекс для проведения полного цикла испытаний насосного оборудования, представленный на рис. 3.

Стенд предназначен для экспериментального определения технических характеристик электронасосов типа ГЭН и их электроприводов, в том числе для измерений их виброшумовых характеристик.

Испытания герметичных электронасосов показали полное соответствие поставленным требованиям в части:

–гидравлических параметров: достигнуты требуемые значения расхода и напора;

–быстрого пуска и отсутствия импульсных вибраций: выход на номинальный режим работы электронасоса происходит за время < 5 с, при этом уровни вибраций не превышают допустимых значений;

–виброшумовых характеристик: достигнуто существенное улучшение ВШХ по сравнению с электронасосами импортного производства.

Рис. 2. Ротор электронасоса

Современные системы управления электромеханическими трансмиссиями, используемыми транспортными средствами большой грузоподъемности, в частности карьерными самосвалами, позволяют в настоящее время реализовывать многие функции, обеспечивающие большую безопасность движения и удобство управления. К таким функциям можно отнести функцию предотвращения отката (удержание автомобиля на месте). Данная функция особенно актуальна для большегрузных карьерных самосвалов, в которых электромеханическая трансмиссия используется как основное средство торможения и останова самосвала, механическая тормозная система предназначена для случаев аварийного отказа и штатного выключения трансмиссии.

Nowadays modern electromechanical transmission control systems used by vehicles with high payload, such as mine dump trucks, make it possible to realize many functions providing significant traffic safety and drive convenience. The rollback prevention function (that keeps truck from moving) is one of them. This function is especially urgent for heavy dump trucks, that uses electromechanical transmission as the main braking system, mechanical brake system is intended for emergency failure and in case of transmission shutdow.

Ключевые слова: электропривод, трансмиссия, контур удержания.

электропривода с автономными полупроводниковыми инверторами напряжения, звенья постоянного напряжения которых получают питание от выпрямленного напряжения статорной обмотки синхронного генератора, и шкаф приборов систем управления (ШПСУ). Асинхронные тяговые двигатели приводят в движение индивидуально правое и левое колесо заднего ведущего моста [1].

Общее управление режимами движения самосвала реализует контроллер верхнего уровня (КВУ), входящий в состав электромеханической трансмиссии. В соответствии с положением органов управления (педали акселератора и электрического торможения, ручки выбора направления движения и ручного тормоза), текущей скоростью движения самосвала и общим состоянием трансмиссии он вырабатывает управляющие сигналы задания крутящего момента тяговых электродвигателей, уровня напряжения статора синхронного генератора и скорости вращения дизельного двигателя, приводящего в движение генератор. Программное обеспечение данного контроллера реализует, в частности, и режимы, удерживающие самосвал от непроизвольного скатывания.

I. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЖИМАМ УДЕРЖАНИЯ САМОСВАЛА

Keywords: electric drive, transmission, position loop.

ВВЕДЕНИЕ

Электромеханические трансмиссии традиционно применяются в транспортных средствах с большой грузоподъемностью, таких как карьерные самосвалы. В данной статье рассматривается электромеханическая трансмиссия, разработанная концерном «РУСЭЛПРОМ» для карьерного самосвала БелАЗ грузоподъемностью 240 т. Трансмиссия включает в себя синхронный генератор с регулируемым возбуждением, два асинхронных

Удержание самосвала на месте (т.е. предотвращение его непроизвольного скатывания под уклон) требуется

вследующих режимах:

♦если автомобиль стоит на месте, не удерживаемый никаким механическим тормозом, и при этом водитель не возобновляет движение. В данном исполнении электрической трансмиссии в качестве сигнала начала движения выступает выбор направления (селектор

вположение ВПЕРЁД или НАЗАД) и нажатие педали газа. Режим удержания должен работать до момента начала движения самосвала в выбранном направлении

либо до момента включения механического тормоза (парковочный тормоз);

♦если автомобиль останавливается выбегом либо торможением. В этом случае при достижении скорости движения, близкой к нулевой, необходимо обеспечить полную остановку самосвала и предотвращение скатывания, которое может быть вызвано, например, уклоном дороги. Таким образом, необходимо обеспечить корректный переход к режиму, описанному в предыдущем пункте;

♦в случае, если водитель инициировал движение, но задание крутящего момента, которое он сформировал нажатием на педаль акселератора, недостаточно для начала движения. Например, автомобиль стоит на склоне и при недостаточном задании крутящего момента начинает скатываться в направлении, противоположном выбранному.

В связи с этим при реализации режима удержания требовалось решить следующие задачи:

♦синтезировать структуру контура удержания, обеспечивающего снижение скорости самосвала до нулевой и выполнить настройку на оптимальную для данного режима динамику;

♦разработать алгоритм входа в режим удержания при снижении скорости автомобиля независимо от текущего режима движения: выбег, торможение пневматической тормозной системой либо тормозным режимом электрической трансмиссии;

♦разработать алгоритм выхода из режима удержания для начала движения.

II. СТРУКТУРА КОНТУРА УДЕРЖАНИЯ

При разработке контура удержания самосвала было принято решение об использовании раздельных контуров для каждого из тяговых электроприводов, т.е. для каждого из бортов самосвала, так как в общем случае связь между правым и левым ведущими колесами не является абсолютно жесткой.

Оба контура имеют одинаковую структуру, которая представлена на рис. 1.

Структура регулятора удержания, реализованная в КВУ (на рис. 1 выделена пунктирной линией) имеет два входа с обратной связью по углу и по скорости и один выход – задание крутящего момента электропривода. Структура объекта управления представлена упрощенной моделью тягового электропривода с векторным управлением в виде апериодического звена

Рис. 1. Структура системы и объекта управления, использовавшаяся для синтеза контура удержания

(постоянная времени Tм ) и абсолютно жёсткой механической частью с моментом инерции Jk .

Регулятор удержания в КВУ на рис. 1 представлен пропорциональной составляющей по углу (коэффициент ki ) и пропорциональной составляющей по скорости (ко-

эффициент kp ). Момент, требуемый для удержания са-

мосвала в статике, накапливает составляющая по углу, а динамический момент в переходном процессе формирует составляющая по скорости. Отметим, что угол φr

в обратной связи всегда начинает отсчитываться с нуля в момент перехода в режим удержания, отмеряя, таким образом, угол поворота ротора электродвигателя.

Применяя метод настройки регулятора удержания на биноминальное распределение корней характеристического уравнения, получаем следующие значения коэффициентов:

При входе в контур удержания необходимо правильно выбрать начальные условия– в общем случае начальное значение скорости ωrz0 и угла поворота φrz0 . Начальные

условия должны согласовать электромагнитные моменты доипослевходавудержание.

III. АЛГОРИТМ ВХОДА В РЕЖИМ УДЕРЖАНИЯ

КВУ осуществляет вход в режим удержания самосвала, исходя из соотношения состояния следующих переменных (сигналов):

♦органы управления (педаль акселератора, рукоятка выбора направления движения);

♦текущие скорости ведущих колес (частоты вращения вала двигателей обоих тяговых электроприводов).

Вход в удержание возможен в ситуациях, которые можно объединить в следующие группы:

♦самосвал находился в неподвижном состоянии

иудерживался на месте механическими тормозами либо стоял на горизонтальной поверхности, не требующей никаких действий по удержанию, но работа электромеханической трансмиссии была при этом запрещена (например, она была выключена). Такая ситуация складывается после запуска дизельного двигателя и включения трансмиссии либо после длительной стоянки на ручном тормозе. При этом водитель не нажимает на педаль акселератора;

♦самосвал двигался, и выполняется его остановка. В этом случае водитель либо нажимает на педаль электрического тормоза (торможение электромеханической трансмиссией), либо использует для торможения пневматическую тормозную систему, либо вообще не выполняет торможения, т.е. автомобиль двигается выбегом, снижая скорость. При этом водитель не нажимает педаль акселератора;

♦автомобиль находится в неподвижном состоянии либо движется с небольшой скоростью в направлении,