Введение к работе
Актуальность. Одним из направлений развития электроподвижного состава является применение систем регулирования тягового привода с использованием полупроводниковых тиристорних преобразователей, которые дают возможность осуществлять автоматическое регулирование процессов тяги и торможения. При этом системы управления должны обладать широкими функциональными возможностями, обеспечивать высокую надежность и стабильность заданных параметров. Создание таких систем возможно на базе микропроцессорной техники при программной реализации алгоритмов управления.
ПО "Электровозостроитель" проводил работы по созданию электровоза постоянного тока на базе ВЛ15 с импульсным регулированием напряжения (ИРН) и микропроцессорной системой управления (МПСУ). Необходимо учесть, что микропроцессорная система автоматического регулирования (САР) тока коллекторных тяговых двигателей (КТД) является дискретно-непрерывной, нелинейной, а микропроцессорный регулятор имеет программное запаздывание. Для обеспечения удовлетворительного качества регулирования и устойчивости системы необходимо было провести исследования и выработать требования к структуре и параметрам САР.
В связи с прекращением выпуска электровозов постоянного тока на Тбилисском электровозостроительном заводе АО ВЭлНИИ (г.Новочеркасск) разрабатывает электровоз ЭШ с асинхронными тяговым приводом (АТП) и микропроцессорной системой управления. В числе вопросов, связанных с созданием МПСУ, стоит выбор алгоритмов управления, позволяющих уменьшить потери энергии в автономном инверторе напряжения (АИН), и разработка микропроцессорного устройства управления АИН.
Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка мероприятий по обеспечению работоспособности н улучшению
-2.-свойств систем регулирования тягового привода при использовании
микропроцессорной техники на электровозах постоянного тока. Эта
цель достигается решением следующих задач:
разработка математической модели микропроцессорной САР тока КТД электровоза с ИРН при учете дискретности управления и запаздывания регулятора и проверка ее адекватности;
определение параметров указанной САР, обеспечивающих устойчивость и качество регулирования, тягового привода электровоза;
- разработка и создание микропроцессорного контроллера
(МПК) АИН электровоза ЭП2 с асинхронным тяговым приводом;
снижение потерь энергии в АИН электровоза ЭП2 за счет выбора алгоритма управления инвертором;
оценка работоспособности МПК АИН.
Методика исследования. В работе использованы методы теории электрических цепей, электрических машин, теории автоматического регулирования. Для исследования процессов в САР тока- КТД электровоза с импульсным регулированием применялось математическое моделирование и эксперимент на макетной установке мощностью 35 кВт в лаборатории электрической тягн ПГУПС. Рабочие программы для микропроцессорных контроллеров разрабатывались на языке Ассемблер. Результаты анализа потерь энергии в АИН при различных алгоритмах управления и работоспособность микропроцессорного контроллера АИН подтверждены экспериментами на натурном стенде ВЭлНИИ стяговым двигателем НБ-609 мощностью 900 кВт.
Основные научные результаты.
1. Разработана математическая модель микропроцессорной САР тока КТД электровоза с ИРН, учитывающая основную и высшие гармоники вихревых токов тягового двигателя, дискретный характер работы тирнсторно-импульсного преобразователя, дискретность процессов считывания регулируемой величины и формирования управляющего воздействия, а также программное запаздывание регулятора.
2. Обоснована возможность оценки устойчивости указанной
днскретно-непрерьгоноіі САР тягового привода электровоза по лога
рифмическим частотным характеристикам линеаризованной системы
со звеньями запаздывания.
-
Выработаны рекомендации по структуре н параметрам микропроцессорной САР тока КТД электровоза с ИРН, обеспечивающим заданную устойчивость и удовлетворительное качество регулирования.
-
Проанализированы потери энергии в АИН электровоза ЭП2 с асинхронным тяговым приводом при различных алгоритмах управления инвертором. Показано, что алгоритм с уменьшенным числом коммутаций позволяет снизить потерн энергии в АИН при широтно-нмпульсном регулировании напряжения примерно в 1,5 раза.
-
Разработан и проверен на стенде натурной мощности микропроцессорный хонтроллер АИН, позволяющий реализовать различные алгоритмы управления инвертором электровоза ЭП2.
Практическое значение. Выработанные рекомендации по структуре и параметрам САР тока двигателей приняты ПО "Электровозостроитель" в проекте грузового электровоза с КТД и ИРН. Рекомендации по использованию алгоритмов управления АИН реализованы ВЭлНИИ в проекте элехтропоза постоянного тока ЭП2 с асинхронными тяговыми двигателями. Разработанный микропроцессорный контроллер АИН входит в состав натурного стенда АТП электровоза ЭП2 (ВЭлНИИ).
Апробация. Диссертационная работа обсуждались на заседаниях кафедры "Электрическая тяга" в 1992,1994 и 1995 годах. Основные результаты работы доложены на 52-й и 54-й научно-технических конференциях ПГУПС (1992, 1994 г.), научно-практической конференции ПГУПС и Октябрьской жел. дор. "Слижение потребления электроэнергии и топлива игії железнодорожном транспорте" (1994 г.), научно-технической конференции ПГУПС "Проблемы транспорта решают ученые", (1994 г.), семинаре "Электрические машшіьі и аппараты" в
рамках международной выставки "UNEL-96" (1996 г.), научно-практической конференции в рамках 1-го международного симпозиума "Современные транспортные технологии 96" (1996 г.), а также на технических совещаниях отдела главного конструктора ПО "Электровозостроитель" (1991 г.) и отдела электровозов ВЭлНИИ (1994-1996 г.).
Публикации, По результатам исследования опубликовано шесть печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 93 страницы машинописного текста, 55 иллюстраций, 6 таблиц, а также 5 приложений.
Библиография. Список использованной литературы содержит 92 наименования.
