CC BY
16
УДК 621.337.522
Н. Г. В1С1Н, I. Ю. АФАНАСЬЕВ (ДПТ)
МОДЕРН1ЗАЦ1Я ФУНКЦIОНАЛЬНОÏ СХЕМИ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ РЕКУПЕРАТИВНИМ ГАЛЬМУВАННЯМ ДЛЯ ЕЛЕКТРОВОЗ1В ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ З1 СТАТИЧНИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ
Коротко викладено модернiзацiю функцiональноï схеми системи автоматичного керування рекуператив-ним гальмуванням для електровозiв постiйного струму у разi живлення обмоток збудження ввд статичного збуджувача.
Кратко изложена модернизация функциональной схемы системы автоматического управления рекуперативным торможением для электровозов постоянного тока при питании обмоток возбуждения от статического возбудителя.
The article briefly expounds the upgrading of а functional chart of automatic control system of recuperative braking for DC electric locomotives with power supply of excitation windings coming from a static activator.
Для усунення недолтв, властивих юную-чим системам керування [1; 2], розроблено доповнення функцiональноï схеми системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням (САКРГ) для електровозiв по-стшного струму iз статичними перетворюва-чами (рис. 1).
Пропонована система створена з метою за-безпечувати рацюнальне, з погляду збшьшення енерги повернення, гальмування в мюцях, що наперед спланували. У всш решт випадюв за-стосовуеться рекуперативне гальмування iз змiною гальмiвноï сили по обмеженнях гальм> вноï характеристики.
Рис. 1. Функцюнальна схема САКРГ для електровозiв постiйного струму з статичними перетворювачами
Система, що розробляеться, володie такими можливостями i нововведеннями:
- наявнiсть мшроконтролера для розра-хунку величини задано! гальмiвно! сили для кожно! конкретно! дшянки шляху i можливостi обмеження швидкостi руху електровоза;
- можливють плавного входу в режим ре-куперацi!;
- наявнiсть допомiжного кола шдтримки постiйностi задано! швидкостi в режимi рекуперативного гальмування;
- наявнiсть кола вирiвнювання струмiв рекуперацi! мiж тяговими двигунами, що ввiм-кнутi паралельно в секцiях електровоза;
- обмеження гальмiвного зусилля при ви-никненш юза.
Пропонована система автоматичного керу-вання рекуперативним гальмуванням складаеть-ся з основного кола - кола регулювання по струму рекуперацi!; трьох вiток зворотного зв'язку -по струму збудження, по вiдношенню струмiв збудження i рекуперацi!, по максимальнiй напрузi на колекторах тягових двигунiв; допомiжного кола - кола регулювання швидкосп.
Принципова схема силового кола рекуперативного гальмування однiе! секцi! на «П» з'еднаннi наведена на рис. 2.
рiв ДС1, 2 i ДСЗ, 4. Обмотки збудження тягових двигушв М1, М4 сполучеш попарно посль довно i кожна пара обмоток збудження одержуе живлення вщ свого збудника: М1, М2 вiд З1, МЗ, М4 вщ З2. Живлення обмоток збудження не змшюеться на рiзних з'еднаннях тягових двигушв. Парне з'еднання обмоток збудження i живлення кожно! пари вщ окремого статичного перетворювача забезпечуе полшшення розпод> лу струмiв рекуперацi! мiж паралельно включе-ними тяговими двигунами в режимi рекуперацi! на «П» i «СП» з'еднаннях.
У колi обмоток збудження включенi датчики струшв збудження ДЗ1 i ДЗ2. Вихвдна напруга збудниюв З1 i 32 регулюеться за допомогою сиг-налiв керування фазорегуляторiв ФР1 и ФР2.
Вхщними сигналами системи автоматичного керування режимами рекуперативного галь-мування е: маса складу, необхщне уповшьнен-ня, кiнцева швидкiсть при гальмуванш, середне значення величини випрямленого ухилу, що задаються з пульта керування електровоза, а також сигнали датчикiв струму якорiв 1я1 i I я11, датчикiв струмiв збудження !з1 i 1з1, датчика напруги контактно! мережi (або е.р. с. тягових
двигушв) идн1, датчикiв швидкостi V,
тр1 , итр2 ,
итр3, Vтр4, датчикiв боксування.
Розглянемо дiю нових або вдосконалених блокiв САКРГ.
Блок початкових умов. У блок початкових умов (БПУ) з пульта керування вводяться зна-чення маси складу, необхiдне уповшьнення, юн-цева швидюсть при гальмуванш, середне значен-ня величини випрямленого ухилу, а також з дат-чиюв - поточна швидюсть руху складу i напруга в контактнш мереж1, наявнiсть боксування.
Розрахунковий пристрш. Сформований сигнал в БПУ подаеться у розрахунковий пристрш (РП), в якому провадиться обчислення необхщ-но! величини гальмiвно! сили для гальмування по необхщному закону.
Використана наступна залежнiсть для ращ-онального закону змiни гальмiвно! сили з по-гляду збшьшення енергi! повернення[2]:
В =
(V - V1 ).[1 + к-(V + V1 )]-(В2 - В) ( - V! )-[1 + к. ( + V! )
+ В, (1)
Рис. 2. Принципова схема силового кола при рекуперативному гальмуванш одше!' секцп електровоза на «П» з'еднанш
У кожному колi включенi по два якорi тягових двигушв - М1, М2 i МЗ, М4. Послiдовно яюрнш обмотцi включенi датчики струмiв яко-
де (У^;В1), (V2;В2) - точки, через якi проходить розрахункова крива другого порядку, що використовуеться для формування гальмiвно! характеристики; к - коефщент деформаци розрахунково! криво!.
Гнучкий зворотнш зв'язок. Дя вщ гнучкого зворотного зв'язку (ЗЗ) з'являеться тшьки при стрибкоподiбнiй змш напруги в контактнш мережа При стрибкоподiбному зменшеннi напруги в контактн1й мереж ЗЗ виробляе сигнал, що тдви-щуе вихiдну напругу РСЯ. Це спричиняе форсова-не скидання струму збудження вiдповiдно е.р.с. тягових двигутв i величина стрибка якiрного струму буде знижена. У разi стрибкоподiбного збiльшення напруги в контактн1й мереж ОС виробляе сигнал, що знижуе вихщну напругу РТЯ. Це спричиняе форсоване зростання струму збудження вщповщно е.р.с. тягових двигун1в i величина провалу яюрного струму буде значно знижена.
Форма змши напруги гнучкого зворотного зв'язку вщповщае закону, що описуеться алге-бра!чним рiвнянням:
ся додатковий негативний сигнал вщ А/я1-11, який зменшить кут регулювання ФР1, спри-чиняючи збшьшення струму збудника 31 i збь льшення струму А/я1. На вхщ ФР2 буде поданий додатковий позитивний сигнал, що зменшуе струм збудника З2, i отже зменшиться струм А/я11. Таким чином, струми в кожнiй вiтцi якорiв виявляться приблизно однаковими.
Форма змши напруги на виходi елемента вирiвнювання навантажень А/я1-11 вiдповiдае закону, що описуеться алгебра!чним рiвнянням:
U.
А1я1
= К.
А1я1
(I я1 -1 я11)
(3)
UЗЗ = КЗЗ • идн :
(3)
де Кзз - коефщент передачi зворотного
зв'язку; идн - величина поточно! напруги на
колекторах тягових двигушв, одержуване з датчика напруги, В.
Елементи вирiвнювання навантажень. У разi порушення розподшу навантажень з'являються сигнали на елементах вирiвнювання навантажень А/я1_п i А/я11_j. Цi сигнали ддать так, щоб струми якорiв тягових двигунiв були при-близно однаковими. Наприклад, якщо зменши-вся струм А1я1, а шший А/яП залишився тим самим, то на вхщ фазорегулятора ФР1 подаеть-
«МАКС2(0 _
(
иРМН КРМН
де КА1 - коефiцiент передачi елемента вирiв-нювання навантажень А1я1_ п, Ом; А1я1, А/яП -сигнали датчикiв струмiв якоря вiдповiдних тягових двигунiв.
Форма змши напруги на виходi елемента вирiвнювання навантажень А/яП_j вщповщае закону, що описуеться алгебра!чним рiвнянням:
UА1я11-1 = КА1яц-1 СяН _ /я! К (4)
де К А1!! - коефщент передачi елементу вирь
внювання навантажень А/ яП_ j, Ом; А/ я1, А/ яП -сигнали датчикiв струмiв якоря вщповщних тягових двигунiв.
Враховуючи наведений вище математичний опис елеменпв, що входять в систему автоматичного керування, складемо систему диферен-щальних рiвнянь, яка i буде математичною мо-деллю розроблено! САКРГ [2]:
( _t ЛЛ
ДН
(t) _ Uj
км(зад)
1_ ег
if UДН - Uкм(зад)
JJ
К
РМЗ
•(з(t) _7з(зад)) if ¡з(t) -7з(зад)
( :
K
ЕПВС
ш
¡з (t)
_ КТ
if
hd ¡з (t)'
- КТ
UРСЯ КРСЯ
B • Кп •Пзп
V М'ред • СмФ
_ 'я (t)
otherwise
Р _ «МАКС2 (t) • КФР r du3 (t) (1 _Р) •Мкм (t)
dt di3 (t) dt diя (t)
N • К
_ «з (t) • R
тр
dt
= «з (t) _ ¡з (t) • Коз
= сФ(т • Идв (t) _ «км(t) _ ¡я (t) • К
J •-
dra„
>(t) _M • Кп • g •Пзп • (ic _®o)
dt
М-ред •Cо
•103
_ cO(i(t)) • ¡я (t)
(5)
L
де UРМН , - сигнал на виходi блока регулювання за piB^M напруги в мережi РМН, В; иРМЗ - сигнал на виходi блока регулювання струму збудження (РМЗ), В; UЕПВС - сигнал на виходi блока ЕПВС, В; UРСЯ - сигнал на виходi блоку РСЯ в головному колi керування, В; Кфр - постшний коефiцieнт пеpедачi фазоpегулятоpiв; 1я (t) -значення струму в обмотщ якоря тягового дви-гуна, А; 1з (t)- значення струму в обмотщ збудження тягового двигуна, А; из (t) - вихщна напруга збудника, В; Ьз - !ндукгившсть внутрь шнiх кiл збудника, Гн; в - кут регулювання; U км (t) - значення напруги в контактнiй мереж1, В; N - юльюсть силових комipок перетворюва-ча, од; К - коефщент трансформащ! трансформатора; R - внутpiшнiй опip збудника, Ом; Ья, Ьоз - вщповщно сеpеднi значення !ндуктивнос-тей яюрного кола i обмотки збудження тягового двигуна, Гн; Rя , R^ - вiдповiдно активнi опори яюрного кола i обмотки збудження тягового двигуна, Ом; юдв - кутова швидюсть обертання вала тягового двигуна, с-1; J - момент шерщ! по!зда, зведений до валу тягового двигуна, кгм2; Мп -маса по!зда, кг; пзп - ККД тягово! пеpедачi; Ф -магшгний потiк головних полюсiв, Вб; с - конструктивна стала двигуна; со - юльюсть осей електровоза; Rm - pадiус колюно! пари, м.
Для розрахунку перехщних пpоцесiв та для отримання графшв залежностей /я (t), /з (t) викоpистанi вiдповiднi програми розроблеш Устiменко Д. В [2]. Для розрахунюв використо-вувався пакет програм MathCAD 2003 PRO. Для штегрування системи дифеpенцiальних piвнянь була використана вбудована функщя Rkadapt(v, х1, x2, npoints, D), що повертае мат-рицю piшень дифеpенцiального piвняння, вка-заного похiдними в D, i що мае початковi умо-ви v на iнтеpвалi [ Xi, Х2 ] по методу адаптивного кроку Рунге-Кутта.
Пpоаналiзуемо залежностi, отримаш в ре-зультатi розрахунку перехщних пpоцесiв, з метою пеpевipки пpацездатностi розроблено! сис-темi автоматичного керування рекуперативним гальмуванням.
На графшах залежностей /я(t), /з (t) (рис. 3, 4 вiдповiдно), показаний момент р!зко! змiни напруги в контактнш мереж на величину AUкм (500 В, 400 В, 300 В, 200 В, 100 В) на «С» з'еднанш тягових двигушв при швидкосп V = 22 км/год i напpузi в контактнш мереж 3 300 В при стpумi рекуперацн Ip = 279 А.
Рис. 3. Залежнють струму якоря в1д часу, з р1зними значениями стрибка напруги контактно! мереж!
Рис. 4. Залежшсть струму збудження в1д часу, з р1зними значениями стрибка напруги контактно! мереж!
Як можна побачити з результата розрахунку, жодного разу стрибок струму не сягнув критичного значення - величини двократного номша-льного струму двигуна (для тягового двигуна ЭД141АУ1 21н = 1130 А), максимальна його величина склала 1я = 627 А при стрибку напруги контактно! мережi Дикм = 500 В, тривалiсть перехщного процесу склала 0,26 с, струм збудження змшився з 1з = 315 А до 1з = 260 А, тобто збудження зменшилося на 17,5 %.
Отримаш результати свщчать про дiездат-шсть розроблено! САКРГ.
Б1БЛ1ОГРАФИЧНИЙ СПИСОК
1. Висин Н. Г. Функциональная схема системы автоматического управления рекуперативным торможением для электровозов со статическими преобразователями / Н. Г. Висин, Б. Т. Вла-сенко, А. И. Кийко // Вюник ДПТу. - Д., 2003. -Вип. 1. - С. 36-40.
2. Успменко Д. В. Щдвищення ефективносп тяги по!зд1в шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Д., 2006.
Надшшла до редколегп 03.01.2007.
