CC BY
19
ГЛАВА 8. НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО АВИАЦИОННОЙ, КОСМИЧЕСКОЙ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТЕХНИКИ
УДК 629.423
Калиниченко А.Я, , Фесечко А.И.
ФГУ «Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» РАН» (ФГУ "ФИЦ "ИУ" РАН"), Москва, Россия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВАГОНАМИ МЕТРОПОЛИТЕНА С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
В данной статье рассматривается математический подход к обоснованию повышения эффективности работы метрополитенов, непосредственно связанный с обеспечением надежности многофазных систем тиристорно-импульсного регулирования напряжения на электроподвижном составе с учетом полосы частот, на которых работает система безопасности движения, что позволяет повысить безопасность перевозки пассажиров и экономическую эффективность электрической тяги. Ключевые слова:
надежность, тиристорно-импульсные преобразователи, тяговые двигатели, цифровые системы управления.
В метро применение тяристорно-импульского регулирования напряжения на вагонах метрополитена требует многофазного исполнения тиристорных преобразователей по отношению к источнику питания. В зависимости от схемного решения, характеристик тяговых двигателей и соотношения номинального напряжения на двигателе и источника питания число фаз может быть различным. Например, если один вагон метрополитена имеет четыре тяговых двигателя, для поезда максимально из 8 вагонов число возможных фаз широтно-импульсного преобразователя при параллельном включении тяговых может быть равным 32 (при постоянной трансформации напряжения во время движения).
При большом числе фаз тиристорного преобразователя к системе управления предъявляются весьма жесткие требования, особенно в отношении четкого смещения открытия тиристоров в фазах преобразователя относительно друг друга с целью улучшения режимов работы источника питания независимо от колебаний питающего напряжения, температурных режимов, а также к надежности системы, которая с увеличением числа фаз снижается.
Построение системы управления по цифровому принципу с использованием средств вычислительной техники позволяет расширить возможности систем управления электроподвижным составом с тиристор-ным управлением и регулировочные свойства тягового электропривода [1, 2] . Многоканальное регулирование с одновременной подачей большого числа последовательностей сдвигаемых и не сдвигаемых по различным законам импульсов для аналоговых систем управления весьма затруднительно и в отдельных случаях невозможно. Развитие и совершенствование интегральных микросхем позволяет получить цифровые системы управления с приемлемыми габаритами и высокими помехоустойчивостью и надежностью [3].
В общем случае от системы управления широтно-импульсным преобразователем требуется подача двух последовательностей управляющих импульсов, одна из которых - не сдвигаемая, идущая на коммутирующие тиристоры, а другая - сдвигаемая, поступающая на главные тиристоры. В зависимости от рассогласования во времени поступления этих импульсов на соответствующие тиристоры будет определяться уровень напряжения на тяговых двигателях.
Для цифровых систем управления тиристорными преобразователями весьма важной характеристикой является дискретность квантования выходного напряжения, которая определяется количеством триггеров и имеет зависимость:
А и.
и
2п -1
(1)
где: и
0 - напряжение источника питания; п
п
число триггеров в двоичных счетчиках; (2 - 1) = 6 - емкость двоичного счетчика, т. е. число позиций регулирования выходного напряжения.
Как видно из (1), чем больше число позиций 6 тем меньше значение прироста выходного напряжения на каждой позиции.
Специфика эксплуатации подвижного состава метрополитена предъявляет дополнительные требования к дискретной системе управления. Причем, если величина А и оказывает влияние на величину броска тока, то число позиций при дискретном наборе должно быть таким, чтобы в контактном рельсе не возникали частоты, соответствующие частотам работы устройств безопасности, т. е.
f ,
где: 1в
2п -1
■ к т, Гц или f■
2п -1
к т, Гц, (2)
- время выхода на автоматическую характеристику; и Л " - соответственно нижняя и верхняя запрещающие частоты, Л ' = 75 Гц; Л " = 275 Гц; к - число фаз преобразователя на вагон метрополитена; т - число вагонов в поезде.
При существующих мощностях тяговых двигателей
Л
находится в пределах 5-10 с, тогда мини-
мальное число позиций цифровой системы управления вагонами метрополитена должно быть:
п
(2 -1)
>27 5х.10/4х.6>114,
<7 5х.5/4х.6<16. (3)
Следовательно, если поезд метрополитена состоит п = 6 вагонов при 4-фазном исполнении преобразователя одного вагона для обеспечения частоты при дискретном наборе позиций выше верхней запрещающей частоты Л "=275 Гц необходимо, чтобы число позиций было больше 114. Учитывая, что цифровая система управления основывается на использовании двоичных счетчиков, ближайшее возможное число позиций больше 114 является 127, что соответствует построению счетчиков из 7 триггеров. Частота ниже Л '=75 Гц обеспечивается числом позиций ниже 16, т. е. при построении системы управления из трех триггеров. Учитывая, что при таком числе триггеров число позиций соответствует 7, дискретность квантования выходного напряжения весьма велика, что не может удовлетворить плавность хода. Поэтому построение цифровой системы управления вагонами метрополитена из трех триггеров практически нецелесообразно.
На рисунке представлены зависимости частоты, возникаемой в контактном рельсе при дискретном наборе позиций от времени выхода на автоматическую характеристику и от числа триггеров двоичных счетчиков системы управления (реверсивных счетчиков управления и тактовых счетчиков импульсов). Для анализа принята составность поезда метрополитена из 8 вагонов (т = 8), тяговые двигателя соединены по два последовательно, т. е. число фаз на вагон равно 2 (к = 2).
мин >Л с.макс Л вых.макс /кт мин
п
2 -1
мин <Л с мин Л вых.макс /кт макс
Как следует из рисунка, независимо от времени выхода на полное поле, которое практически бывает различным в зависимости от эксплуатационных условий, построение цифровой системы управления из 6 триггеров невозможно ввиду получения частот в контактном рельсе в зоне запрещающих частот f = 275 ^ 75 Гц. Граничным является построение цифровых систем управления из 5 и 7 триггеров. Причем, если при построении системы управления из 5 триггеров в контактном рельсе возникают частоты при дискретном наборе позиций, равные ниж-
ней запрещающей частоте f •
выходе на полное поле ^ < 6,5 с, то при наличии
7 триггеров в системе управления достижение частоты в контактном рельсе, равной верхней запрещающей частоте, происходит при медленном выходе
на с.
автоматическую характеристику поле t > 7,5
при более быстром
Во внутренней диаграмме представлена зависимость частоты, возникающей в контактном рельсе при дискретном наборе позиций, от времени выхода на автоматическую характеристику при построении системы управления из 8 триггеров (п = 8), которая показывает, что при таком построении нет опасности вхождения в зону запрещающих частот 75 ^27 5 Гц.
Кроме того, при дискретном принципе построения системы управления вагонами метрополитена с тиристорным регулированием на частоту, возника-
2п -1
ющую в контактном рельсе -к т от ступенча-
г
вых
того набора позиций, будет накладываться частота работы тиристоров преобразователя ^ = f ^ k т,
где: ^^ - частота на входном фильтре;
^ ^ - рабочая частота тиристоров
фазы преобразователя.
В последнее время появилась тенденция к применению цифровых методов управления тиристорными преобразователями электрического подвижного состава благодаря широким возможностям этих методов построения дискретных систем управления, Таким образом, при построении дискретных систем управления (в частности, вагонами метрополитена с тиристорным регулированием) с учетом изложенного требуется корректный подход к выбору числа триггеров двоичных счетчиков системы управления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стопскай С. Б. Логические схемы на полупроводниках и их применение. Л., Энергия, 1969.
2. Чиликин Г. М. Вопросы управления тиристорами широтно-импульсных преобразователей электроподвижного состава. - Труды Днепропетровского института инженеров железнодорожного транспорта, 1971, вып. 106.
3. Фурман Б. А. Низкочастотные возмущения в цифровых регуляторах скорости электроприводов, определяемые неравномерностью работы дискретных задатчиков. - Электротехн. пром-сть. Сер. Электропривод. 1974, вып. 3 (29).
УДК 629.396.61
Нурлыбай Д.Н., Ергалиев Д.С., Сериков Н.С.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ПРОЕКТНЫЙ ОБЛИК СТУДЕНЧЕСКОГО НАНОСПУТНИКА ЕНУ
В данной статье рассмотрены спутниковые технологии, которые являются важнейшими компонентами при изучении космического пространства. Современные наноспутники отличаются относительно большой функциональностью, несмотря на свой малый размер. Наноспутники это перспективные технологии в космосе. С помощью прграммы PTC Creo собрали сборку наноспутника, присваивая ему условный индекс «СНСЕНУ» - студенческий наноспутник Евразийского Национального Университета. Ключевые слова:
наноспутник, аппараты, кубическая платформа, космос, технология, ресурс, мониторинг, CubeSat, спутник, зондирования.
Спутниковые технологии являются важнейшим компонентом при изучении космического пространства, а также для обеспечения многих других задач. Наряду, с крупнобюджетными серьезными аппаратами, существуют маленькие, так называемые, наноспутники. Об одном из них и ведется речь в данной статье, о наноспутниковом стандарте СиЬе8а1. Наноспутники CubeSat - космические аппараты созданы на базе стандартной спутниковой платформы CubeSat, которые могут иметь вес от 1 до 10 кг. На текущий момент существует три международных стандартных кубических платформ, которые используются для создания наноспутников: CubeSat 1и с размерами 10х10х10 см, CubeSat 2и с размерами 10х10х20 см, CubeSat 3и с размерами 10х10х30 см. В таблице 1 приведена классификация космических аппаратов. Сегодня наноспутники -это приоритетные разработки не только для образовательных учреждений, но и для всех космиче-
ских компаний, потому что их производство и запуск стоит относительно недорого - приблизительно полмиллиона долларов, по сравнению с обычными спутниками, на которые уходят сотни миллионов.
Таблица 1 Классификация космических аппаратов
Большие Более 1000 кг
Малые 500 - 1000 кг
Миниспутники 100 - 500 кг
Микроспутники 10 - 100 кг
Наноспутники 1 - 10 кг
Пикоспутники Менее 1 кг
