2.4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Разрабатываемая система электропривода должна обеспечивать скалярное управление двумя тяговыми асинхронными двигателями в функции постоянства мощности. Схематично, требуемая характеристика приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Требуемая характеристика электропривода, P=const.

Для обеспечения требуемой характеристики проектируемый электропривод должен содержать генератор, вращаемый дизельным двигателем, неуправляемый выпрямитель и два преобразователя частоты, по одному на каждый тяговый двигатель. Система управления должна принимать в расчет режим работы самосвала (движение вперед, задний ход, нейтраль, динамическое торможение, режим холостого хода системы привода), потребляемую мощность, и скорость транспортного средства. Рабочее число оборотов дизельного двигателя - 650 об/мин или 1800/1900 об/мин, что соответствует дежурному режиму холостого хода и режиму полной нагрузки. Пониженная скорость вращения дизельного двигателя реализуется в тех случаях, когда самосвал перемещается без груза, то есть полная мощность не требуется. При более низком числе оборотов выходная мощность генератора ограничена приблизительно до 5% его номинальной мощности. Этого достаточно для обеспечения электропитания вспомогательного инвертора (для главного нагнетательного вентилятора) и нагревателей. При переходе к режиму полной мощности число оборотов двигателя увеличивается до максимального уровня так быстро, насколько это возможно с учетом ограничения выброса выхлопных газов и производства выходного крутящего момента. Это необходимо для достижения компромисса между временем реакции системы и управляемостью самосвала и настраивается при вводе самосвала в эксплуатацию таким образом, чтобы обеспечивать оптимальные рабочие характеристики.

Выход генератора питает 3-фазный диодный мост и заряжает конденсаторную батарею постоянного тока С, расположенную в шкафу управления, называемую также "канал связи постоянного тока". Для обеспечения полного скалярного управления соответствующим тяговым колесным двигателем каждый инвертор производит 3-фазное напряжение с переменой амплитудой и частотой. Энергия торможения подается обратно в канал связи постоянного тока и направляется тормозными прерывателями в решетки тормозных резисторов, где происходит ее рассеивание.

Блок управления тяговым приводом (БУТП) контролирует и управляет системой тягового привода в целом, включая управление числом оборотов двигателя, выходным напряжением генератора, крутящими моментами двигателей, токами прерывателя, напряжением в канале связи постоянного тока, системой защиты от пробуксовки и проскальзывания колес и охлаждающим вентилятором.

Для обеспечения требуемой характеристики постоянства мощности применяем обратные связи по скорости и току тяговых двигателей.

Функциональная схема электропривода приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.1 - Функциональная схема тягового электропривода самосвала

В основе системы управления лежит микроконтроллер, позволяющий осуществлять управление тяговыми электродвигателями в функции постоянства мощности, а также реализовывать защиту от перенапряжений и токов, превышающих номинальные значения. Для этого в системе присутствуют термодатчики, установленные на каждом блоке инвертора, а также непосредственно на тяговых двигателях. В случае, если на контроллер поступает сигнал о превышении допустимой температуры нагрева этих элементов, контроллер выдает команду на включение дополнительной вентиляции, а в случае, если нагрев критических элементов продолжается - контроллер принимает решение о принудительном выключении системы привода, с обеспечением наложения механического тормоза.

После поступления команды от оператора на запуск самосвала, контроллер дает команду блоку управления дизелем БУД на включение дизеля, а также подключает вспомогательную цепь возбуждения ОСГ_АБ синхронного генератора СГ, с помощью контактора КМ1 к аккумуляторной батарее самосвала. При этом генератор начнет вырабатывать некоторое напряжение, которое через выпрямитель 1 поступает на основную обмотку возбуждения генератора ОСГ. Одновременно через выпрямитель 1 происходит подача напряжения на конденсатор С и на инверторы напряжения. При поступлении сигнала с датчика напряжения звена постоянного тока ДН сигнала, о достижении номинального значения напряжения, микроконтроллер отключает вспомогательную обмотку возбуждения ОСГ_АБ и синхронный генератор переходит в режим работы с самовозбуждением, подавая номинальное значение напряжения на вход выпрямителей.

После этого самосвал готов к началу работы, и при поступлении соответствующего задания требуемого момента на колесах Uу, начинает управлять преобразователями частоты первого и второго асинхронного двигателя.

В системе реализована возможность торможения машины путем гашения энергии движения на решетках тормозных резисторов. При нажатии на педаль динамического торможения инверторы мгновенно инвертируют двигательный момент и посылают энергию, расходуемую на торможение в канал связи постоянного тока, где она рассеивается тормозным прерывателям (ПТ). Ток в системе управления напряжением двигателя вентилятора для охлаждения решеток тормозных резисторов контролируется и должен оставаться в пределах заданного диапазона, в противном случае в системе регистрируется возникновение неисправности и происходит включение системы защиты. Если индикатор свидетельствует о наличии подобной неисправности, оператор должен немедленно применить динамическое торможение, поскольку время, отводимое в данном случае на динамическое торможение, ограничено. При превышении времени, отводимого на динамическое торможение, оператор должен применить рабочий тормоз для полной остановки самосвала. Исходя из соображений безопасности, на динамическое торможение отводится очень короткий период времени, так как охлаждение тормозных резисторов в данном случае под вопросом.

Блок управления тяговым приводом (БУТП) управляет потоком энергии торможения через решетки тормозных резисторов посредством модулирования рабочих циклов прерывателя (отношение времени включенного состояния к времени выключенного состояния).

Так как энергия, полученная в результате торможения от двигателей не может быть возвращена в источник, то выпрямитель 2 отключается от преобразователя частоты контактором КМ2 и микроконтроллер переключает контактор КМ3. В этом случае электропривод переходит в режим гашения энергии торможения на тормозных резисторах. При этом контролируется величина напряжения в канале постоянного тока, и, при превышении заданной величина напряжения, БУТП включает тормозной прерыватель ПТ с некоторой заданной частотой.