Требуемые тяговые характеристики БЭПС могут быть получены на основе взаимосвязей между потоком инвертора Ф, током в реактивной шине /2, напряжением Uі, подводимым к индуктору, частотами ft и /2 и скоростью движения [32]. Режим постоянства силы тяги Fx может быть получен при изменении Ui=fi (Ui/fi-const) и f2=const, а режим постоянства мощности Р-Fxv = Upf2/R?fi = const может быть реализован либо при f2 =const, либо при ?/1 = const изменением соответственно
Ul = Vfl и /2=/,.
Исходя из выражения
режим постоянства скорости движения БЭПС обеспечивается изменением напряжения Ui при фиксированных значениях fi и /2. Режим P = const, соответствующий предельной тяговой характеристике, как правило, реализуется при U = Ui max = const.
Пуск ЛТЭД с происходит практически при Ф„ =
= COnst И /2 = COnst С Углах, ПрИ /2==Const И уМеНЬШении Ф.
Режим работы ЛТЭД может быть изменен регулированием величин иь /ь /2 и Яг, входящих в (4.21). Практически же можно использовать лишь его входные параметры и изменение которых по определенному закону обеспечивает получение нужных тяговых и тормозных характеристик. Трудности использования прямого способа управления частотой на базе зависимости /1=/у+/г применительно к БЭПС привели к системам управления по косвенным показателям, например по Пь I,, /ь усилию взаимодействия между индуктором и реактивной шиной. Из этих способов прежде всего следует выделить способ относительной частоты вторичного элемента, реализуемого на основе уравнений идеализированной асинхронной машины, и способ, основанный на измерении усилий взаимодействия между индуктором и реактивной шиной.
Фактическая относительная частота тока
В практической реализации этого способа векторные величины должны быть представлены в виде составляющих, однозначно определяемых фазными величинами, например
Аналогично может быть определен вектор к-
Второй способ обеспечивается при регулировании частоты тока таким образом, чтобы нормальное усилие между индуктором и реактивной шиной Яг = 0. При этом ЛТЭД без учета краевого эффекта будет развивать максимальную силу тяги Ях и будет иметь наилучшие энергетические показатели. Для практической реализации данного способа необходимо чтобы Яг, действующее на индуктор, не равнялось нулю.
Наряду с регулированием /у при частотном управлении ЛАТЭД требуется также и изменение Ых. Регулирование /у обеспечивает оптимизацию режима работы ЛТЭД, а регулирование ?/1 дает возможность получить заданные усилия Ях. Выбор способа регулирования напряжения в ТПЧ предопределяет форму кривой выходного напряжения, принципы построения схемы управления, массогабаритные показатели системы питания. Способы регулирования напряжения в основном зависят от структурной схемы ТПЧ, основным узлом которого в большинстве случаев является автономный инвертор.
Все известные способы могут быть подразделены на широтное и импульсное управление. Последнее, в свою очередь, подразделяется на широтно-частотное, широтно-импульсное и частотно-импульсное управление.
При широтном (амплитудном) регулировании частота коммутации главных тиристоров равна выходной частоте инвертора /и. Изменяя длительность проводящего состояния тиристоров t„, можно изменять среднее значение выходного напряжения инвертора. В импульсном регулировании частота коммутации f„ главных тиристоров /н больше выходной частоты инвертора в п раз. В широтно-импульсном регулировании длительность импульсов и изменяется при /н = const, при частотно-импульсном- изменением f„ при fH = const, а в широтно-частотном регулировании одновременно изменяются длительность импульсов И /н.
Диапазон регулирования напряжения Ui при управлении указанными способами зависит от реальных параметров тиристоров: Времени включения taK И выключения ^выкл.
Из сравнительного анализа способов регулирования инвертора [32] следует, что широтное регулирование не может применяться для регулирования напряжения инвертора во всем диапазоне регулирования частот; диапазон регулирования при широтно-частотном регулировании с постоянной кратностью регулирования больше, чем при широтно-импульсном и частотноимпульсном регулировании, кроме того, лучше гармонический состав кривой выходного напряжения, поэтому этот способ является предпочтительным; для получения хорошего гармонического состава и уменьшения коэффициента искажения Ки необходимо производить комбинированное регулирование с электронным переключением кратности частот.
При регулировании напряжения в звене постоянного тока появляется возможность независимого регулирования частоты и напряжения. Это обеспечивает практически любые законы регулирования для режимов работы ЛАТЭД. Причем искажение формы кривых выходного тока и напряжения преобразователя вызывает незначительные ухудшения рабочих характеристик двигателя [21, 32]. Напряжение регулируется широтным (амплитудным) способом путем изменения фазы включения вентилей выпрямителя либо длительности включения вентилей прерывателя. Для улучшения cos ф питающей сети плавное регулирование напряжения осуществляют с помощью многозонного управляемого выпрямителя таким образом, чтобы двигатель поочередно подключался с малого напряжения трансформатора до максимального. Массовые и габаритные показатели такого выпрямителя очень велики. Кроме того, в связи с бесконтактным переключением ступеней усложняется устройство управления.
Повышения СОЭф можно достичь при однозонном управляемом выпрямителе импульсно-фазовым способом регулирования напряжения, который заключается в принудительном закрытии тиристора в течение полуволны напряжения сети, начиная от его середины, с помощью устройств искусственной коммутации. Этим достигается искусственный сдвиг тока в сторону уменьшения ер. Применение данного способа регулирования позволяет исключить трансформатор из системы питания.
В случае регулирования напряжения в непосредственном преобразователе частоты (НПЧ) возможна близкая к синусоидальной форма кривой выходного напряжения при питании от
Рис. 4.9. Схемы ЛСТЭД:
а — принципиальная электроснабжения; б — структурная с микро-ЭВМ; -х-х — линия системы измерения угла 0М с экипажа илн от датчиков положения на пути; —-линии измерений параметров управления источника повышенной частоты и достаточно большом соотношении питающей и выходной частоты. Возможно регулирование напряжения путем изменения коэффициента трансформации, однако при этом не обеспечивается плавность регулирования.
Согласно изложенному, в случае электропитания БЭПС от сети постоянного тока может быть выбран широтно-частотный способ регулирования напряжения, а от сети переменного тока — плавное бесконтактное регулирование напряжения в звене постоянного тока.
Особенности систем управления БЭПС состоят в обеспечении взаимосвязи эффективного функционирования различных по исполнению ЛТЭП, магнитного подвеса и направления высокоскоростного движения. Например, сохранение постоянства силы тяги при переходе стыков секций якорной обмотки БЭПС с ЛСТЭД обеспечивается с помощью схемы (рис. 4.9, а). Здесь якорная обмотка ЛСТЭД получает электроснабжение через путевые выключатели БА1-БА2 от двух систем трехфазных питающих линий, каждая из которых соединена с преобразователями 1 или II. Таким образом, напряжение Vф и частота 1 на каждой линии могут регулироваться в соответствии с требуемым тяговым режимом. Предварительное включение последующего питаемого участка и выключение предыдущего по мере продвижения экипажа осуществляется по сигналам датчиков А2-А5, контролируемых центральной станцией управления движением (ЦСУ.Д). Длина питающей зоны должна определяться на основании технико-экономического анализа с учетом схем преобразователей, уровня напряжения, сечения питающих кабелей. Длина может находиться в пределах 10-40 км и ограничивается величиной потерь мощности. Система управления преобразователями должна предусматривать регулирование тока /т для обеспечения тягового режима; угла нагрузки 0М для достижения высоких значений КПД и коэффициента мощности, а также частоты питающего напряжения [ при разгоне и торможении экипажа. На схеме рис. 4.9, а обозначены блоки: //, 1ц — логика инверторов; 21г 2ц — датчики частоты; 3,, 3,, — фазовая задержка; 4,, 4,, — датчики угла нагрузки; 5/, 5ц — датчики тока якорной обмотки; 6и 6ц-логика управляемых выпрямителей. Информация о действительном угле 0М поступает в систему управления преобразователями от датчиков положения на пути либо по каналам связи с экипажа.
Вторым примером может быть ОЛИТЭД, как двухфункциональный объект управления. Разработка системы управления им представляет непростую задачу, решение которой определяется адекватностью используемых математических моделей. Одной из них может быть модель, учитывающая возмущающее воздействие со стороны якорной цепи. В данном случае алгоритм управления
где 1Уу — управляющее напряжение, приложенное к обмотке возбуждения; &1-&5 — коэффициенты обратных связей для уравнения [34, 57] и=-КХ /(=(&ь к.2, къ, к4, к$) -вектор-строка; Х= (6, б, у, у, /вт)-вектор переменных состояния; б, у, /в — отклонения соответствующих величин от их номинальных значений 6о, Уо и /в°; ф -угол сдвига по фазе между током 1а и ЭДС якоря.
Качественно новые возможности быстрого поиска оптимальных условий пуска ЛТЭД в синхронном режиме появляются с применением в системах микроЭВМ, которые позволяют достаточно просто реализовать не только управление с адаптацией к внешним воздействиям, но и диагностику системы и всех ее элементов. Структура такой схемы показана на рис. 4.9, б, где можно выделить три основные части: электромеханическую, полупроводниковую и управления. В последней интерфейс является устройством согласования, предназначенным для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код, последовательного кода в параллельный и т. д.
Пр имерная структура САУ БЭПС может состоять из пяти подсистем [32, 40]:
1. Передачи телеуправления с пункта управления на экипаж.
2. Передачи информации о положении объектов с экипажа на пункт управления.
3. Преобразования и записи телеметрической информации.
4. Программы проведения эксперимента или движения по заданному перегону между остановками.
5. Обеспечения безопасности.
Подсистема передачи команд телеуправления состоит из пульта управления, передающего и приемного полукомплектов, каналообразующей аппаратуры. Она должна обеспечивать передачу десяти команд управления двухпозиционными объектами, вызов любого из 38 параметров телеметрической информации, выбор одной из пяти программ проведения эксперимента.
Подсистема передачи информации с экипажа на пункт управления состоит из передающего и приемного полукомплектов телесигнализации, каналообразующей аппаратуры, пульта передачи информации на пункте управления. Ее задача — передавать информацию о положении 20 двухпозиционных объектов, осуществлять цифровую телеметрию по вызову, телесигна-лизировать факт выхода любого из 38 измеряемых параметров за поле допуска.
Подсистема преобразования и записи информации состоит из 38-канального аналого-цифрового преобразователя, видеомагнитофона, используемого в режиме записи цифровой информации, блока выборки данных и устройства управления. Ею может осуществляться преобразование унифицированного выходного сигнала 0-5В измерительного датчика в двоичный код, записываемого последовательно на магнитную ленту видеомагнитофона, выбор любого из 38 параметров для передачи в цифровом коде по тракту передачи информации на пункт управления.
Подсистема программ проведения эксперимента или движения по перегону генерирует во времени сигнал, соответствующий заданной программе. Та или иная программа выбирается оператором по тракту передачи управления на экипаж.
Подсистема обеспечения безопасности сравнивает на борту экипажа допустимые измеряемые параметры с их действительными значениями, формирует сигнал пункта управления при выходе параметра за поле допуска, прекращает проведение эксперимента или движения при аварийных параметрах или контролируемых неисправностях.
⇐Особенности и параметры рабочих режимов ЛТЭД в системе линейного тягового электропривода БЭПС | Транспорт с магнитным подвесом | Особенности электроснабжения БЭПС⇒