Научная статья на тему 'Математическое моделирование стрелочного электропривода'

Математическое моделирование стрелочного электропривода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
210
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / СТРЕЛОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПРОВОД / МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ / СТРіЛОЧНИЙ ЕЛЕКТРОПРОВіД / MATLAB + SIMULINK / MATHEMATICAL MODELING / DIAL ELECTRICALLY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Буряк С. Ю.

Приведён способ математического моделирования стрелочного электропривода в системе «MATLAB + Simulink».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Буряк С. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE METHOD OF MATHEMATICAL MODELING OF SWITCH ECLECTIC DRIVE

The method of mathematical modeling of switch eclectic drive in the system MATLAB + Simulink is presented.

Текст научной работы на тему «Математическое моделирование стрелочного электропривода»

УДК 656.25 : 621.318.5

С. Ю. БУРЯК (Д11Т)

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СТР1ЛОЧНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Наведено cnoci6 математичного моделювання стрiлочного електропривода в систем1 «MATLAB + Simulink».

Приведён способ математического моделирования стрелочного электропривода в системе «MATLAB + Simulink».

The method of mathematical modeling of switch eclectic drive in the system MATLAB + Simulink is presented.

Вступ

В сучаснш практищ експлуатацп стршочних переводiв !х стан визначаеться пращвниками коли, а стрiлочних приводiв i гарнiтури пращв-никами дистанцп сигналiзащl та зв'язку. Контроль здшснюеться вiзуально, тому не може да-ти повноцшно1 шформаци, щодо можливих в> дхилень вiд вiльного переводу стршки [1].

В процесi експлуатацп на переводi можливе забруднення башмаюв, вiдсутнiсть на них мас-тила, потрапляння стороннiх предметiв мiж го-стряком i рамною рейкою, викривлення гостря-кiв та iншi випадки, коли перевiд стрiлки стае неможливим чи здшснюеться уповшьнено та ускладнено. Утримання стрiлочного приводу передбачае змащення редуктора, контроль за-тиснення фрикцшного зчеплення, перевiрку колодок та контакпв автоперемикача i т.iн. [1], що в сучаснiй практицi експлуатацп також не перевiряеться автоматизовано.

Для шдвищення надiйностi експлуатацп стрiлочного переводу необхщне застосування системи автоматизованого контролю парамет-рiв стрiлочного переводу, яке б дозволило ви-являти недолши в роботi стрiлочного переводу шд час кожного спрацьовування. Це дасть мо-жливiсть завчасно усувати причини, яю в май-бутньому могли б призвести до вщмови, що в свою чергу могла б стати причиною затримки руху по].здв.

Дiагностування стану стршочних переводiв централiзованих стрiлок з поста електрично! централiзацil доцiльно проводити за кривою струму, що протшае в колi електродвигуна стрiлочного електроприводу пiд час переводу, адже ампл^удне значення струму змiнюеться в залежност вiд моменту на валу двигуна, який в свою чергу е результатом дп сил опору пересу-ванню гострякiв в крайне положення. До сил, якi перешкоджають вшьному переведенню

стршки, кр1м згаданих рашше, можна також в> днести нер1вном1рн1сть розподшу навантажен-ня на привод через нер1вн1сть поверхш, що утворюе поверхня башмаюв, на яку вкладають-ся гостряки. Кр1м цього пошкодження можлив1 i в самому електродвигуш: обриви та коротю замикання в обмотках, несправнють шдшипни-ка i т.д. [2].

Для розробки дiагностичних систем необ-хiдно мати модель об'екту дiагностування в справному сташ, а також iз можливими (ймов> рними) дефектами [4], для того, щоб потiм, по-рiвнюючи струмовi кривi переводу стрiлок, якi знаходяться в експлуатацп, з отриманими рашше зразками струмових кривих переводiв стршок, можна було з певною ймовiрнiстю ви-значити стан приводу, що дiагностуeться, i ви-являти у разi появи дефекти. Ц дефекти мо-жуть бути як вже дослщженими i тдтвердже-ними експлуатацшною практикою [5], так i но-сити виключно теоретичний характер, що вщ-повiдаe поглядам проектувальника.

Широке застосування в системах залiзнич-но! автоматики знайшли двигуни постшного струму з послiдовним збудженням, оскшьки вони вiдповiдають усiм вимогам, як висува-ються до стрiлочних двигушв [3].

Зважаючи на це, метою роботи е розробка математично! моделi стрiлочного електроприводу з двигуном постшного струму з послщов-ним збудженням в OT^^i «MATLAB + Simulink» (рис. 1).

Математична модель

Математичне моделювання проведено в си-OT^i «MATLAB + Simulink».

Розроблена схема моделi стршочного елект-роприводу, яка наведена на рис. 1.

Схема включае джерело постшно! напруги DC Voltage Source для живлення машини, блок

© Буряк С. Ю., 2010

From Workspace «Moment» для завдання обер-таючого моменту на валу машини й зняття И динамiчних характеристик, дослщжувану машину постiйного струму з послщовним збу-дженням DC Machine, прилад для вимiру змш-них стану машини Display, блок Demux, який дiлить вхiдний вектор на його складов^ i прилад Scope для вiзуального спостереження стру-мiв i напруг, а також кривих перехiдних проце-шв змiн швидкостi й моменту дослщжувано! машини в тому числi й моменту, що задае-ться [6].

во! криво! в залежносп вщ характеру наванта-ження. Якщо, наприклад, навантаження несе логарифмiчний характер i може бути описане функцiею y = ln(x) (рис. 2), то реакцiя моделi буде такою, як зображено на рис. 3.

Рис. 2. Характер навантаження на валу двигуна у вигляд1 логарифм1чно! функцп

а)

Рис. 1. Модель машини постшного струму з послвдовним збудженням

В залежностi вiд навантаження на двигун, яке задаеться за допомогою блока Moment, на осцилографi (Scope) можна спостернати часовi залежностi змiни швидкостi обертання валу двигуна (Speed) у рад/с, струму обмотки якоря (Ia) та обмотки збудження (If) в А, а також моменту на валу двигуна (Moment), який вимiрю-еться у Нм [6], що шд'еднаш до осцилографа через блок Demux, при цьому одночасно спо-стернаючи за змшою моменту на валу, що за-даеться.

У створенш математичнiй моделi в основу методу обробки сигнатв покладено аналiз за-лежностi величини ампл^уди струму i характеру И змiни у колi двигуна вщ моменту на його валу. Момент на валу двигуна можна задавати як у виглядi масиву чисел, так i вiдповiдно до математичних законiв, або залежностей, яю може створювати i задавати сам проектуваль-ник. При цьому миттевi значення швидкостi обертання валу двигуна (рад/с), струму в обмотках збудження i якоря (А), а також моменту на його валу (Нм) виводяться у виглядi числового значення на Display.

Результати моделювання

Задаючи рiзнi значення моменту на валу двигуна, можна дiзнатися поводження струмо-

о 60 « 40 Си TÏ 20 Ф Ф - -!-1-1- -1-1

1 2 3 4 ,5? 6 7 8 9 10 t,C

lu < 1 ■ Щ

: j ;

1 23456789 10 t,C

В)

< ЦЧ 5 ! !

j j j

"о 1 Î- Ш 4 S tëi Ш Ш 9 I Щ t.С

г)

х И * к щ щ 1 ! !

О S к

й- 1 Щ ä 4 -5' щ s s- ш а t,c

Д)

Moment ,Н*м

'o 1 3 Э Щ Si 6 ï' » э t ,c

Рис. 3. Часовi залежносп при навантаженнi у виглад логарифмiчноl функцп:

а - швидкосп обертання валу двигуна; б - струму в обмо-тщ якоря; в - струму в обмотц збудження; г - моменту на валу двигуна; д - моменту, що задаеться як навантаження

Судячи з отриманих результат можна зро-бити висновок, що швидкiсть обертання валу двигуна обернено пропорцшна моменту, який необхщно розвинути (див. рис. 3, а). Двi наступи осцилограми являють собою часову залеж-нiсть змiни струму вiд моменту на валу. Осю-льки обмотки з'еднаш послiдовно, то i струм в них протшае однаковий, тобто I = 1а = /

Щц час пуску двигуна спостериаеться зрос-тання струму, яке в кшька разiв перевищуе ро-бочий струм (рис. 4). Це забезпечуе великий пусковий момент, який наведено на четвертш часовш залежностi (див. рис. 3, г) i бшьш наглядно показано на рис. 5. Змшу моменту на валу двигуна можна описати формулою [3]:

М = См-!2, (1)

де См - постiйна, яка залежить вiд конструкци двигуна; I - струм у колi двигуна.

Рис. 4. Часова залежнють струму щд час пуску двигуна

t ,с

Рис. 5. Момент на валу шд час пуску двигуна

На пiдставi наведених вище осцилограм можна дшти висновку, що робочi характеристики моделi при даному вид навантаження вщ-повiдають характеристикам двигушв постшно-го струму з послщовним збудженням [3]. З'ясу-емо тепер як поводитиметься модель при нава-нтаженнях, що задаються значеннями, якi тд-корюються iншим законам розподiлу.

Надамо навантаженню характер експоненщ-ально! функци виду /х) = е х (рис. 6), реакщя моделi показана на рис. 7.

При даному видi навантаження на основi отриманих осцилограм (див. рис. 7) можна зро-бити висновки, що реакщею моделi на зростан-ня моменту на валу двигуна е пропорцшне зро-стання струму в обмотках двигуна (рис. 7, б та 7, в) ^ як наслщок, збшьшення моменту на валу двигуна (рис. 7, г), та вщповщно зменшення числа обертiв вала (рис. 7, д). Як i в попере-дньому дослiдi, струм в обмотках та момент на валу тд час пуску двигуна також мають зна-

чення, яю в декшька раз1в перевищують робочь Це свщчить про адекватну поведшку модел1 при завданш моменту на валу двигуна у вигщщ навантаження, що шдкорюеться експоненща-льному закону. Отже результати обох дослав, в яких навантаження носило р1зний характер, сшвпадають.

3500 3000

s 2500

*

PG

tj 2000

Б

с

s 1500 1000 500

"о 2 4 6 8 10

t.c

Рис. 6. Характер навантаження на валу двигуна у виглядi експоненщально! функци

а)

и 80 \ я GD ^ 40 t 20 0 И

! ' ^__-1

i j I I I i i 1

1 23456789 10 t,c

г)

! 1 ...../..;.........

../..;.........

/

t„c

Д)

s 500 Ш 400 Jj" 300 S 200 1 100 S 0

! ! !

; , ; j

12345G788 fg t.c

Рис. 7. Часов1 залежносп при навантаженш у вигля-д1 експоненщально! функци:

а - швидкосп обертання валу двигуна; б - струму в обмо-тщ якоря; в - струму в обмотщ збудження; г - моменту на валу двигуна; д - моменту, що задаеться як навантаження

Особливютю двигушв постiйного струму з послщовним збудженням е те, що !х не можна вмикати без навантаження, тому що швидкiсть обертання валу збшьшуеться на стiльки, що до-сягае неприпустимо великих значень i стае причиною виходу з ладу двигуна [7], який фак-тично йде в рознос. Перевiримо можливють цього процесу на данiй модели

Отже при роботi моделi в режимi холостого ходу часовi залежносп параметрiв будуть такими, як показано на рис. 8.

б)

в)

Г)

200 |----Г----,-г-!---1--I----Г---

к 15о1.................;...........................;.........;...................................-

+> 100 ......... ........ .................. ........ ......... ........ ......... ......... ........-

й

а .... : : ■

В 50 ........ :....................... ...... .........................................

К о' ' I I I I -1-1-1-1-1-

О 1 ■ | ¡Ц 4.. 5 I ;7" $ Щ р

г,с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

д)

Рис. 8. Часов1 залежносп при холостому ходу: а - швидкосп обертання валу двигуна; б - струму в обмо-тщ якоря; в - струму в обмотщ збудження; г - моменту на валу двигуна; д - моменту, що задаеться як навантаження

З осцилограм можна встановити, що швид-

юсть обертання вала двигуна поступово i не-ухильно збiльшуеться i навт за 10 с не наби-рае свого максимального значення, що в дшс-ностi призводить до руйнування двигуна.

При цьому момент на валу майже вiдсутнiй, а струм в обмотках стае дедалi меншим.

На основi цих спостережень про вщповщ-нiсть моделi И реальним аналогам можна дiйти висновку, що параметри дано! моделi вщпов> дають реальним i в режимi холостого ходу.

Висновки

Розроблено математичну модель стршочно-го електроприводу в системi «МЛТЬЛБ + 81ши-Ипк».

Проведено моделювання з аналiзом отрима-них результатiв.

Одержано залежностi швидкосп обертання вала двигуна, струму в обмотках i моменту на валу вщ характеру навантаження.

Результати моделювання задовшьно ствпа-дають iз результатами експериментальних до-слiджень.

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. ЦШЕОТ 0012 [Текст] : шструкцш з техшчного обслуговування пристро!в сигнал1зацп, центра-л1зацп та блокування. - К.: Укрзал1зниця, 1998. -72 с.

2. Малов1чко, В. В. Вивчення д1агностичних ознак для автоматизованого контролю техшчного стану стршочних електродвигушв [Текст] / В. В. Малов1чко, В. I. Гаврилюк // Вюник Днш-ропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Ла-заряна. - 2007. - Вип. 16. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2007. - С. 5-8.

3. Станционные системы автоматики и телемеханики [Текст]: учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Вл. В. Сапожников [и др.]; под ред. Вл. В. Са-пожникова. - М.: Транспорт, 2000. - 432 с.

4. Сапожников, В. В. Основы технической диагностики [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов ж-д. трансп. / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. - М.: Маршрут, 2004. - 318 с.

5. Перникис, Б. Д. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ [Текст] / Б. Д. Перникис, Р. Ш. Ягудин. - М.: Транспорт, 1984. - 224 с.

6. Герман-Галкин, С. Г. Электрические машины: лабораторные работы на ПК [Текст] / С. Г. Герман-Галкин, Г. А. Кардонов. - СПб.: КОРОНА принт, 2003. - 256 с.

7. Вольдек, А. И. Электрические машины [Текст] : учеб. для студ. высш. техн. учебн. заведений / А. И. Вольдек. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

Надшшла до редколегп 13.04.2010. Прийнята до друку 29.04.2010.

т с о 5 0

\ \ I I 1

1 Щ 4 5 7 | 9 10 г.,с

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.