Одним из условий получения электромеханических характеристик ЛТЭП на базе ЛАТЭД является наличие в системе управления тиристорным преобразователем частоты (ТПЧ) ЛТЭП устройств:
автоматического регулирования (УАР) и управления преобразователем (УУП). Первое из них формирует сигналы управления частотой и напряжением на базе информации о режиме работы ЛТЭП, ограничения физических величин, сигналы от пульта управления о режиме его последующей работы, второе — импульсы управления главными и коммутирующими тиристорами на основании управляющих сигналов по частоте и напряжению питания ЛАТЭД, поступающих от УАР, и признаков режима работы, задаваемых от пульта управления.
Связующим элементом между УАР и УУП могут рассматриваться идеальные предельные требуемые электромеханические характеристики (ПТХ) проектируемого ЛТЭП, помогающие согласованию параметров ТПЧ, ОЛАТЭД и УАР (рис. 5.1).
При построении УАР на основании требуемых характеристик ЛТЭП стабилизируются необходимые режимы работы: заданного тока индуктора ЛАТЭД (регулирование напряжения с поддержанием скольжения 5 = сопз1;) (точки 1 и 2); заданного тока индуктора ЛАТЭД (регулирование скольжения при наибольшем напряжении), режимы 180°-го управления и ослабления возбуждения (точки 2, 3) скорости (регулирование скольжением) (точки 3, 4) скорости (регулирование напряжения с поддержанием 5 = сопз1) (точки 4, 5).
Из этих режимов видно, что система автоматического управления (САР) должна быть двухконтурной (независимое формирование сигналов управления напряжением и частотой) и с переменной структурой, зависящей от режима работы ЛТЭП. Наиболее важным и сложным каналом регулирования в САР
является канал регулирования частоты, поскольку именно он обеспечивает мягкую тяговую электромеханическую характеристику и позволяет осуществлять движение и при ручном управлении напряжением. Ручное же управление частотой исключает возможность трогания, разгона и движения при переменной нагрузке. Согласно ПТХ канал регулирования частоты должен обеспечить два основных режима — регулирование требуемого скольжения ЛАТЭД и режим ослабления возбуждения. Оба они базируются на измерении фактического скольжения. Наиболее предпочтительным представляется косвенный способ, снимающий жесткие требования к точности измерения скорости движения, что, в случае экипажа с ЛАТЭД и магнитным подвесом, представляет особые трудности. Фактически косвенный способ измерения сводится к вычислению измеренной величины по некоторым, желательно легкодоступным величинам. Зависимость, определяющая характер исходной информации и требуемые операции над ними, может быть получена из статических уравнений ЛАТЭД, разрешенных относительно скольжения совместно с ограничениями, накладываемыми на физические величины. Окончательные выражения, определяющие структуру регулятора частоты, применительно к астатическому способу регулирования, позволяющему повысить статическую точность и оперативно изменять динамические свойства УАР, имеют вид
Рис. 5.1. Предельные требуемые электромеханические характеристики ЛТЭП:
1-5 — точки перехода с характеристик на характеристику
Mj,
где <%, — o>, = —регулируемая величина, ее заданное и фак-
Ri
тическое значения; ом — частота питания ЛАТЭД; /?ь Tis — параметры ЛАТЭД; lu Id, Ud — ток статора, ток входной инвертора, напряжение входное АИ; К, К2, Кз- динамические ко эффициенты регулятора, определяющие постоянные времени интеграторов.
Регулятор напряжения строится также по астатическому принципу в соответствии с ПТХ привода, что отражается как выражениями (5.1), (5.2), так и
~гг — Ки(11з-‘Л)- (5-3)
0.1
где Ки — динамический коэффициент канала напряжения; /и — заданная сила тока.
Для реализации соотношений (5.1) — (5.3) требуется информация о текущих значениях токов в фазах ЛТЭД и на входе инвертора и напряжений фазных и входного. Кроме этих величин, желательно для улучшения динамических свойств регулятора ввести в систему связь по скорости, которая облегчает также вход в рабочий режим после выбега. Однако в этом случае требования к точности ее измерения существенно снижаются.
Каждый из функциональных блоков структурной схемы регулирования (рис. 5.2) реализует математические операции, необходимые для формирования управляющих сигналов по частоте и напряжению ЛАТЭД, а именно:
датчики электромагнитных величин и линейной скорости осуществляют гальваническую развязку от силовых элементов и корпуса и приводят входные сигналы к требуемым масштабам;
формирователи модулей векторов напряжения и тока—выпрямление и усреднение напряжений и токов фаз ЛАТЭД;
Рис, 5.2, Структурная схема УАР
Рис. 5.3. Структурная схема УУП
вычислитель скольжения определяет фактическое скольжение ЛАТЭД, являющееся основной регулируемой величиной для регулятора частоты;
регулятор частоты — сигнал управления на основании фактических и заданных регулируемых величин, меняющихся в зависимости от режима работы и формируемой характеристики ЛТЭП;
регулятор напряжения выполняет те же функции для определения сигнала управления напряжением;
блок фиксации структуры определяет тип формируемой характеристики в зависимости от текущих величин и положения граничных токов ПТХ и формирует команды на изменение структуры регуляторов напряжения и частоты.
Устройства управления преобразователем (рис. 5.3) предназначены для управления ТПЧ с обеспечением режимов: ШИР; 180°-го управления; холостого хода — аварийного и ручного управления частотой и напряжением; реверса. Режим ШИР предусмотрен для всего диапазона частот от пусковой до наибольшей с изменением кратности несущей и рабочей частот скачкообразно в зависимости от сигнала управления частотой (необходимо чтобы частота была постоянна в каждой зоне). Алгоритм переключения фаз здесь должен быть выбран таким образом, чтобы при смене знака выходного напряжения длитель ности граничных импульсов фазного напряжения были равны половине длительности импульса ШИР. Такой способ имеет меньшее содержание 5-й гармоники в кривой выходного напряжения и осуществляется с помощью равномерного изменения длительности импульса в обе стороны от его середины.
Режим 180°-го управления необходим для экономичного режима работы преобразователя в области высоких рабочих частот, где потери на коммутацию тиристоров в режиме ШИР недопустимо высоки, а также исключается возможность увеличения коэффициента заполнения.
Режим холостого хода заложен в систему в соответствии с требованием обеспечения работы преобразователя при нулевом токе ЛАТЭД; а аварийный режим — для исполнения функций ТПЧ. Режимы ручного управления частотой и напряжением предусмотрены с целью обеспечения возможности наладки, исследования стационарных режимов, снятия статических характеристик ЛТЭП.
Система управления ТПЧ второго варианта (см. рис. 4.17,6) обеспечивает режимы, аналогичные описанным выше. Алгоритм переключения фаз выбран таким образом, чтобы смена знака выходного напряжения граничных импульсов происходила в момент паузы импульсов ШИР, т. е. при коммутации фазного напряжения момент переключения фазы ЛАТЭД с полюса источника питания на минус и обратно приходится на паузу между импульсами ШИР.
В целом проблема улучшения показателей ЛТЭП на базе ЛАТЭД с продольным замыканием потока и ТПЧ неразрывно связана с энергетическими показателями двигателя, наибольшая полная мощность которого определяет установленную мощность преобразователя. В этом плане представляют большой интерес ЛАТЭД с поперечным возбуждением, к которым может поступать ток от сети промышленной частоты без преобразователя. Скорость таких двигателей может регулироваться изменением полюсного деления, питающего напряжения, а также частичным участием вторичного элемента, выполненного из материала с различной электропроводностью и уложенного на определенных участках трассы.
Выбор наиболее рациональных способов разгона и торможения БЭПС с ЛСТЭП имеет прямое отношение к схемам управления приводом и движением экипажей. При асинхронном пуске экипаж должен разгоняться за счет сил взаимодействия бегущего магнитного поля путевой обмотки с токами, наводимыми в пусковой обмотке, роль которой в ЛСТЭД может выполнять электропроводящее днище экипажа. На показатели ЛСТЭД существенно влияют интервалы времени и ?о, зависящие от скорости движения экипажа, быстродействия путевых выключателей, а также от принципиального построения системы уп равления и контроля в целом. Для численного анализа принято /в = (<> = 2 с, предполагая, что быстродействие переключателей этим обеспечено и система управления изменяет соответствующим образом напряжение на питаемых участках, сохраняя необходимый тяговый режим.
Процесс движения БЭПС должен завершаться его остановкой, которая наступает в результате служебного, экстренного или аварийного торможения при замедлениях, соответственно равных 1; 3 и 6 м/с2 [32]. Прй высоких скоростях движения переход от режима тяги к режиму торможения должен происходить достаточно плавно, чтобы исключить динамический удар. Оценкой плавности такого перехода может служить темп изменения замедления й2п/с^2. При служебном торможении он рекомендуется равным 0,25 м/с2, при экстренном 10 м/с2.
Тормозное усилие, действующее на экипаж БЭПС,
где Мэ — масса экипажа,—замедление экипажа, /ча- аэд/
родинамическая сила; /ч, — магнитная сила; Рхв — усилие торможения, развиваемое ЛТЭД.
Желательно иметь постоянство замедления во всем диапазоне скоростей. ЛТЭД при этом условии должен обеспечивать усилие торможения
/",8=^3-^-/Ж-/7«. (5-4/
а?
Торможение БЭПС может быть: противовключением фаз на частоте 5-15 Гц при скоростях движения менее 10-15 м/с; генераторным методом (конденсаторным, рекуперативным или реостатным), наиболее эффективным при высоких скоростях; динамическим методом, являющимся частным случаем генераторного при нулевой частоте питающего напряжения и целесообразным в зоне скоростей 15-30 м/с; постоянным током (для ЛАТЭД); несимметричным включением обмотки индуктора.
На основе исследований [32, 69] в первую очередь можно рекомендовать для служебного торможения из всех указанных способов первых три. По экономичности предпочтительно генераторное рекуперативное торможение с переходом на противо-включение с пониженной частотой электроснабжения при скоростях менее 15 м/с.
Степень влияния аэродинамической, электромагнитной (для ЭМП) и электродинамической (для ЭДП) сил сопротивления видна на рис. 5.4.
Рекуперативное торможение БЭПС при высоких скоростях имеет особенности по сравнению с традиционным подвижным составом. При скоростях 400-500 км/ч значительно возрастает
І
расход электроэнергии в связи с резким возрастанием аэродинамического сопротивления. Оно же в значительной степени обеспечивает торможение экипажа. Сравнительно редкие пуски и торможения, что обусловлено относительно большими расстояниями между остановочными пунктами, определяют невысокую отдачу электроэнергии в сеть. Это можно видеть из зависимости коэффициента рекуперации Кр от расстояния между остановочными пунктами 5 для экипажа БЭПС с двумя ОЛАТЭД по Л = 2 МВт, приведенными ниже:
5, км…. 25 40 100 200 300 400
К Р….. 0,25 0,1 0,045 0,02 0,013 0,009
⇐Преобразовательное и криогенное оборудрвание и его влияние на технико-экономические характеристики ЛТЭП | Транспорт с магнитным подвесом | Электромеханические характеристики ЛАТЭД в тяговом и тормозном режимах работы⇒