Математическая модель систем автоматического регулирования напряжения низковольтных кругов электровоза

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 629. 423. 32: 621.3. 072. 2
Д. С. Б1ЛУХИ (ДИТ)
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ НИЗЬКОВОЛЬТНИХ К1Л ЕЛЕКТРОВОЗА
Пропонуеться математична модель для дослвдження системи автоматичного регулювання напруги низь-ковольтних кш електровоза з генераторным джерелом живлення.
Ключовi слова: математична модель, автоматичне регулювання напруги, автоколивання
Предлагается математическая модель для исследования системы автоматического регулирования напряжения низковольтных цепей электровоза с генераторным источником питания.
Ключевые слова: математическая модель, автоматическое регулирование напряжения, автоколебания
A mathematical model for research of the system of automatic voltage control of low-voltage circuits of electric locomotive with the generator power source supply is offered.
Keywords: mathematical model, automatic voltage control, natural vibrations
Вступ
На цей час на зал1зницях Украши гострою залишаеться проблема критичного стану елект-рорухомого складу, термш служби 70% якого складае 30 роюв та бшьше. Утримання такого рухомого складу приводить до перевищення нормативних ремонтних витрат бшьш шж в два рази I негативно позначаеться на рентабельнос-т1 зал1зничних перевезень. Критичний стан склався з вантажним парком електровоз1 В по-стшного струму, основою якого е електровози ВЛ8 в кшькосп 515 одиниць з 759. Для ршення проблеми тягового забезпечення шдприемства Укрзал1знищ виконують каштально-вщновлю-вальш ремонти електрорухомого складу для продовження! х терм1ну служби до 15… 20 ро-юв. Щоб отримати найбшьший ефект вщ витрат на каштально-вщновш ремонти, до них доцшьно приурочити модершзащю деталей I вузл1 В електрорухомого складу, перш за все таких, модершзащя яких не вимагае великих каштальних вкладень, але дозволяе знизити експлуатацшш витрати на утримання електрорухомого складу. Одним з таких вузл1 В е морально 1 ф1зично застарша система автоматичного регулювання напруги низьковольтних кш електрорухомого складу (ЕРС) постшного струму, зокрема електровоз1 В ВЛ8.
Проведен! дослщження [1] показали, що ре-альний д1апазон можливих середшх значень напруги живлення кш управлшня при номша-льному значенш 50 В знаходиться в межах вщ 35 до 80 В, що значно перевищуе нормоваш допуски параметр1 В. Цей фактор змушуе розро-блювач1 В блоюв живлення для електронних ву-зл1 В вводити апаратурну надм1ршсть, напри-
клад за допомогою використання гром1здких та матер1алоемних фшьтр1 В, найчастше неопти-мальних за параметрами, доповнювати схеми складними стабшзаторами напруги, захистами та ш. Вказане виправдано при одиничних мо-дершзащях. При масштабних впровадженнях ново1 апаратури на основ1 сучасно! нашвпров1-дниково1 бази бшьш надшний шлях — створен-ня стабшьного й надшного джерела живлення низьковольтних кш
Система живлення електровоз1 В постшного струму складаеться? з трьох основних вузл1в: генератор постшного струму, акумуляторна батарея, вузол управлшня на основ1 регулятора напруги того або шшого типу. За шдтримкою стабшьного значения напруги стежить вузол управлшня, що на даний момент е й менш на-дшним з перерахованих вузл1 В. Сучасна елеме-нтна база дозволяе виконати розробку нових вузл1 В управлшня з високими експлуатацшни-ми показниками. При цьому принцип роботи зберпаеться. Тобто, теля запуску генератора на його затисках встановлюються автоколивання в обласп заданого середнього значения напруги живлення.
Мета роботи
Розробити математичну модель системи автоматичного регулювання напруги низьковольтних кш ЕРС для дослщження можливосп оде-ржання автоколивань в систем! автоматичного регулювання напруги (САРН) кш управлшня ЕРС постшного струму при використанш регу-лятор1 В на основ1 сучасних нашвпровщникових елеменпв.
© Бшухш Д. С., 2011
Матер1али дослав
На цей час, у промислових установках набутили широкого застосування силов1 ключов1 елементи на основ! бшолярних i польових тра-нзистор1 В з? зольованим затвором (IGBT й MOSFET). Повна керовашсть цих прилавдв до-зволяе виключити i3 силових схем перетворю-вач1 В пристро! з примусовою комутащею, кола виводу ириладу в робочий режим i иовернутися до схем иеретворення в i'-x найпроспшому кла-сичному виглядь Висою динам1чш характеристики таких прилащв дозволяють i'-x розглядати як щеальш кероваш ключов1 прилади. Достош-ства таких ключових прилад1 В у сполученш? з сучасними мшроконтролерами можна викорис-тати для замши застарших моделей регулятор1 В напруги.
Для оцшки можливосп застосування сучас-них нашвпровщникових прилащв ироионуеться схема регулювання напруги кш управлшня, яка показана на рис. 1. Складаеться з наступних функцюнальних вузл1в: вузол керування на ос-HOBi мшроконтролера й силового ключа. На пристрш пор1вняння поступае сигнал зворотно-го зв'-язку — напруги на навантаженш uH (t) та опорна напруга Uon та формуеться сигнал роз-узгодження up (t). Формувач керуючого впли-ву виробляе? мпульсну напругу u3 (t) на обмотку збудження генератора по однш з типових релейних характеристик. Як було показано в [2], навантаження мае активно-шдуктивний характер та для низьковольтних кш динам1чш параметри знаходяться в широких межах.
Подача керуючого впливу на обмотку збудження залежить вщ обраного способу управлшня. Bei вщом1 способи управлшня ключови-ми перетворювачами дшяться на три основних групи: способи? з запрограмованою заздалепдь послщовшстю перемикання, синхрошзоваш способи 3i зворотними зв'-язками, асинхроннА способи. Програмний cnoci6 не дозволяе одер-жати стабшьну напругу на виходь Синхрошзо-BaHi способи, основою яких служить широтно-?мпульсна модулящя, вимагають ускладнення алгоршмв програм i введения додаткових зв'-я-3KiB. При асинхронних способах управлшня сигнал, пропорцшний вихщнш Hanpy3i вщшма-еться з заданого й при перевищенш по модулю заданого р1вня здшснюеться перемикання силового ключа. При цьому спостер1гаеться до-статньо прискорений перехщний процес на вщ-MiHy вщ широтно-1мпульсних систем, де для
цього потрАбно декшька такпв. Асинхронний принцип здшснюеться релейними системами, яю перебувають в автоколивальному режимг
Рис. 1. Схема регулювання напруги
Для дослщження динам1чних процешв в си-CTeMi автоматичного регулювання напруги роз-роблено математичну модель функцюнування системи у виглад диференщальних р1внянь:
u Р (t) = Uon — u" (t) —
Г 0, u v (t)& lt- 0, u (u) = -j p { Л U up (t)& gt- 0-
u3 (t) = r • i3 (t)+l3 ^-
(t) = гя • i, (t) + Ья ^ + uH (t) = Кг • i3 (t) — (1) uH (t) = rH • iH (t) + LH d- = ег (t) — Auя (t) — Au, (t) = Гя • iM (t)+LM ^-
(t) = iu (t) ,
де U — середне значения напруги кш керування EPC-
u
, (t) — напруга розузгодження-
Uon — опорна напруга-
u3 (t), i3 (t) — напруга та струм в Koni обмот-
ки збудження-
Ь3, т3 — ?ндуктившсть та активный опор обмотки збудження-
вг (7) та? я (^) — вщповщно е.р.с. генератора та струм кола якоря-
Ья, гя — ?ндуктившсть та активний ошр кола якоря-
Кг — коефщент передач!, який визначаеться по характеристик холостого хода генератора-
Ьн та гн — шдуктившсть та активний ошр кола навантаження-
?н) — струм кола навантаження-
Лия (^) — падшня напруги в кол! якоря.
При розробщ математично! модел! не вра-ховувався вплив коливань напруги в контактнш мереж! на частоту обертання генератор1 В керу-вання, оскшьки на бшьшост! ЕРС в якосп приводу генератор1 В керування використовуються мотор-вентилятори, яю, як вщомо, пом'-якшу-ють вплив коливань напруги контактно! мереж! на частоту оберт1 В двигуна. На електропо! здах постшного струму використовуеться двигун постшного струму для приводу генератор1 В, в якому вплив коливань напруги контактно! мереж! на частоту обертання зменшуе обмотка паралельного збудження. Тому основним чин-ником, який визначае динам! чш властивост! системи, е зм! на параметр! в к! л навантаження.
Запропонована математична модель у ви-гляд! структурно! схеми системи автоматичного регулювання напруги низьковольтних к! л ЕРС показана на рис. 2. Бона подана у прийня-тому в теор! автоматичного керування вигляд!, коли основн! динам! чш ланки в! дображаються як передаточн! функцп. Це дозволяе в! домими з теорп автоматичного керування методами ви-конати досл! дження динам! чних режим! в, як! виникають в систем! В! дпов!дно до початково-го завдання необх! дно виявити наявшсть ст! й-ких автоколивань в систем!
На рис. 2 в блоках структурно! схеми подано: К3 — коефщент передач! обмотки збудження генератора- Т3 — стала часу обмотки збудження- Кя — коефщент передач! обмотки якоря- Тя — стала часу кола обмотки якоря- иоп — опорна напруга — ир — напруга розузго-дження- из — напруга збудження- 13 — струм збудження- ии — напруга на навантаженн!- Е -е.р.с. генератора- 1Я — струм якоря- Аия — па-д!ння напруги в обмотках якоря.
Тепер визначимося з типом нелшшносп в САРН. 1стотно нел! н!йним елементом у систем! е релейна характеристика регулятора [3]. Регулятор на основ! мшроконтролера й силового ключа дозволяе, не змшюючи схемних ршень одержати три типи релейних характеристик: щеальну релейну, з г! стерезисною петлею по-ст!йно! ширини й пстерезисною петлею зм! нно! ширини.
Рис. 2. Структурна схема САРН
Для розв'-язання задач! по виявленню режиму стшких автоколивань, застосовано графо-анал!тичний метод Гольдфарба з використан-ням гармон! чно! л! неаризац! нел! н!йних елеме-нпв, в якост! яких використано релейш елемен-ти, як! подають сигнал керування на лшшну частину системи.
Висновок
Досл! дженням годограф! в Гольдфарба вста-новлено, що в раз! щеально! релейно! характеристики вузла керування САРН реатзащя автоколивань в систем! не можлива. Автоколи-вання можлив! в систем! при використанш релейного елементу з пстерезисом зм! нно! ширини. При цьому основними факторами як! впливають на це е параметри низьковольтних к! л Тн та Кн. Частота автоколивань обчислю-еться як
со
(КП Т) =
Кя + Кн
Кн Т3ТЯ — тн Т + тя)]- тн2Кя
. (2)
Останн! й вираз дае можлив! сть отримати сп! вв!дношення
К" =
Т"2 К «
«ТТ _Т (т + Т)
3 Я Н V з я /
(3)
що визначае межу зд1иснення ст1иких автоколивань при використанш вказано! релейно! характеристики.
Б1БЛ10ГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Сергеев, Б. С. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта [Текст] / Б. С. Сергеев, А. Н. Чечулина. -М.: Транспорт, 1998. — 280 с.
2. Бшухш, Д. С. Структурна схема системи автоматичного регулювання напруги електрорухо-мого складу зал1зниць з генераторами постшно-го струму [Текст] / Д. С. Бшухш // Наук. -техн.
зб1рник «Прнича електромехашка та автоматика». — Д., 2007. — № 78. — С. 63−68.
3. Попов, Е. П. Приближенные методы исследования автоматических систем [Текст] / Е. П. Попов, И. П. Пальтов. — М.: Физматгиз, 1960. -792 с.
Надшшла до редколегп 21. 12. 2010.
Прийнята до друку 26. 12. 2010.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой