Системы управления и регулирования трансмиссии

контрольная работа

1. Системы регулирования трансмиссий постоянного тока. Принципы построения систем автоматического регулирования. Структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока

Система автоматического регулирования (САР) тягового привода автономного транспортного средства предназначена для распределения энергии, вырабатываемой ЭУ, между ТЭД в соответствии с их предельными и частичными характеристиками, обеспечивающими заданный режим движения электромобиля. Так, в частности, САР теплоэлектического подвижного состава (ТЭПС) должна обеспечивать:

- наибольшее использование мощности теплового двигателя при всех рабочих скоростях поезда;

- работу теплового двигателя с наибольшей экономичностью в режимах пониженной мощности;

- изменение силы тяги от минимальной, необходимой при пуске и движении одного локомотива (без поезда) до максимальной по сцеплению;

- поддержание приблизительно постоянной силы тяги в процессе разгона поезда;

- изменение скорости движения поезда от нуля до максимальной;

- обеспечение наибольшего к. п. д. самой электропередачи в рабочих режимах и ограничение ее режимов работы в пределах, допустимых по напряжению, току, нагреванию и т. п.

Первые два требования относятся к обеспечению определенных режимов работы теплового двигателя в соответствии с его свойствами и характеристиками. Они могут быть по существу объединены в одно следующее: обеспечить оптимальную зависимость подачи топлива от угловой скорости теплового двигателя. При номинальной скорости подача топлива должна быть наибольшей допустимой, при уменьшении угловой скорости она должна снижаться по линии наибольшей экономичности или наибольшего срока службы. Выполнение этого требования желательно при различных условиях движения, характеризуемых весом поезда, профилем и планом участков пути, графиком движения и т. п., и при различных положениях органа управления ТЭПС.

Остальные требования определяют режимы работы и характеристики самой электропередачи, так как сила тяги и скорость движения зависят от магнитного потока тяговых электродвигателей, тока тяговых двигателей и генератора, напряжения генератора. Выполнение некоторых из этих требований, например, поддержание постоянной силы тяги при разгоне или ограничения режима работы электропередачи, могут приводить к отклонениям режима работы теплового двигателя от оптимального. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти отклонения были минимальными или хотя бы кратковременными.

Желательно, чтобы указанные требования выполнялись автоматически, без участия машиниста, так как при этом, как указывалось выше, достигается наибольшее приближение к оптимальным режимам работы оборудования и повышается безопасность движения.

Применение замкнутых систем автоматического регулирования с узлом сравнения, в котором действительное значение регулируемой величины сравнивается с заданным, позволяет резко снизить отклонение от требуемого режима и повысить степень использования установленного оборудования и тяговых свойств подвижного состава.

В общем случае на теплоэлектрическом подвижном составе могут быть применены три системы автоматического регулирования: теплового двигателя, тягового генератора и тяговых электродвигателей. В САР тепловых двигателей регулируемой величиной является угловая скорость вращения вала ДВС, а регулируемым параметром - подача топлива. В САР генератора исполнительный орган всегда воздействует на возбуждение генератора, так же, как и в САР тяговых двигателей - на их возбуждение. Поэтому САР генератора или электродвигателей может быть выполнена в виде нескольких узлов с измерительными (а иногда и усилительными элементами), воздействующими на общий исполнительный орган.

При выборе и разработке САР необходимо определить:

- какие из факторов, характеризующих режим работы тягового привода, являются внешними (возмущающими воздействиями);

- какие факторы должны под действием САР поддерживаться постоянными или изменяться по заданной программе;

- какие из факторов следует выбирать в качестве регулирующих, т.е. те, на которые воздействует САР с целью установления заданного режима работы.

Основным внешним воздействием во время движения транспортного средства является сопротивление движению. Его изменение вызывает отклонение скорости движения, и, как следствие - изменение токов тяговых двигателей, тока генератора и момента сопротивления генератора. Для двигатель-генератора внешним воздействием будет отклонение тока нагрузки.

Внешним воздействием для ЭУ является также изменение положения органа управления локомотивом (например, рукоятки контроллера машиниста), которое может воздействовать либо непосредственно на режим работы ДВС и (или) генератора (например, путём изменения подачи топлива или возбуждения генератора), либо на САР посредством изменения настройки (программы) регулирования, либо на то и другое одновременно.

Влияние других факторов (вспомогательной нагрузки, температуры и т.п.) в большинстве случаев приводит к отклонения режимов работы как ДВС, так и электропередачи.

В зависимости от того, для выполнения каких требований предназначена САР, регулироваться должны различные факторы и по различным программам, а именно:

1. Для полного использования мощности теплового двигателя необходимо, чтобы его угловая скорость и подача топлива поддерживались постоянными. Для регулятора мощности регулируемыми могут быть обе величины или одна из них, если вторая при его работе поддерживается постоянной другими средствами.

2. При программном регулировании теплового двигателя по линии наибольшей экономичности должны одновременно изменяться мощность, угловая скорость и подача топлива, причем для заданного значения мощности должны поддерживаться определенные величины угловой скорости и подачи топлива. Поскольку мощность определяется произведением крутящего момента (зависящего от подачи топлива) и угловой скорости, достаточно задать любые две из этих величин, которые могут быть выбраны в качестве регулируемых. Если одна из них будет задаваться независимо от САР, можно ограничиться одной регулируемой величиной. В большинстве случаев задается органом управления угловая скорость посредством настройки регулятора теплового двигателя. В некоторых случаях орган управления задает подачу топлива.

3. Для изменения силы тяги не требуется определенной программы. При движении с установившейся скоростью сила тяги равна силе сопротивления движению. При изменении сопротивления движению изменяется скорость поезда, и сила тяги должна стремиться приблизиться к новому значению силы сопротивления движению. Если имеется САР, поддерживающая постоянный режим теплового двигателя, то произведение силы тяги на скорость автоматически будет поддерживаться на уровне, определяемом режимом теплового двигателя.

Величина силы тяги при разгоне поезда должна устанавливаться в зависимости от его веса, условий сцепления, требуемого ускорения, а при переходе на тяговый режим после выбега - от скорости движения, профиля пути и путевых сигналов. Как правило, пусковая сила тяги задается положением органа управления.

4. Заданная органом управления пусковая сила тяги может поддерживаться приблизительно постоянной в процессе разгона поезда под действием САР. Для этого в качестве регулируемой величины могут быть выбраны непосредственно сила тяги или ток и магнитный поток тяговых двигателей. При двигателях последовательного возбуждения магнитный поток определяется током, и достаточно поддерживать постоянной одну из этих величин.

5. Автоматическое регулирование скорости поезда в существующих локомотивах не предусматривается. В принципе возможно ввести автоматическое регулирование постоянной скорости, значение которой задается органом управления. Однако при заданной скорости изменение сопротивления движению вызывает изменение мощности теплового двигателя. Поэтому одновременное регулирование постоянного режима теплового двигателя и постоянной скорости поезда невозможно.

6. САР могут быть использованы для ограничения предельных режимов работы электропередачи. Ограничение наибольшего тока важно более всего для генератора, который, как правило, работает при этом с наибольшей угловой скоростью и условия коммутаций являются тяжелыми. Ограничение тока может быть осуществлена посредством САР, используемой для регулирования постоянной силы тяги при разгоне. Регулируемой величиной при этом должен быть ток генератора или электродвигателя. Автоматическое ограничение напряжения генератора целесообразно, если режим работы его или электродвигателей при наибольшем расчетном напряжении близок к предельному по допустимому межламельному напряжению. Для САР, осуществляющей регулирование постоянного наибольшего напряжения, оно и является регулируемой величиной.

Как уже указывалось, при низких температурах необходимо ограничить мощность, реализуемую газотурбовозом. Для этого вводят в систему регулирования ГТУ устройство, уменьшающее подачу топлива при понижении температуры (коррекция по наружной температуре), или предусматривают в системе регулирования электропередачи ограничение мощности. В последнем случае регулируемой величиной является мощность генератора.

Таким образом, для наиболее полного использования локомотива при наибольшей экономичности его следует регулировать по определенным программам подачу топлива, угловую скорость двигатель-генератора, силу тяги локомотива, ток и напряжение генератора. Не все оптимальные программы могут осуществляться одновременно. При различных режимах работы тепловоза необходимо либо изменять программу регулирования какой-либо величины либо регулировать другие величины.

Принципы построения САР

1. САР должна содержать минимум органов управления тяговым приводом автономного транспортного средства (например, одну или в крайнем случае две рукоятки, обеспечивающие управление режимами пуска и торможения);

2. САР должна обеспечивать переход с одного режима работы на другой в течение минимального промежутка времени при условии соблюдения регламентированных ограничений (например, по предельно допустимым величинам ускорения подвижного состава, скорости его нарастания, ограничениям по току, напряжению, мощности и т.д.);

3. САУ отдельными параметрами должны быть автоматическими и объединяться в САР тягового привода;

4. Объединение САУ идентичных элементов трансмиссии в САР должно производиться с применением перекрёстных обратных связей по аналогичным параметрам;

5. При возникновении переходных процессов САР должна обеспечивать такое воздействие на элементы трансмиссии, при котором не происходило бы выхода регулируемых параметров за пределы, установленные ограничениями;

автоматический тяговой привод двигатель

6. При одновременном появлении взаимно недопустимых управляющих воздействий САР должна обеспечивать отработку приоритетного сигнала (например, при поступлении сигналов управления на пуск и торможение должна обеспечиваться отработка сигнала на торможение подвижного состава);

7. Для повышения надёжности управления приводом САР должна иметь дублирующие каналы получения и отработки сигналов.

Упрощенная структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока приведена на рис. 7.1.

Первичным источником энергии в силовой цепи является ДВС, свободная мощность на валу которого

Nсвдщд.

Входным параметром для ДВС является расход топлива g (или другие факторы от которых зависит мощность ДВС), а регулируемым - угловая скорость щд вала ДВС. Основное внешнее возмущающее воздействие на тепловой двигатель оказывает момент сопротивления вращению, создаваемый тяговым генератором постоянного тока ГПТ.

Входными параметрами для ГПТ являются угловая скорость щг=iред щд и ток обмотки возбуждения генератора iвозб г. Выходным - Uг. Основное внешнее возмущающее воздействие оказывает ток нагрузки, т.е. Iг, потребляемый двигателем постоянного тока ДПТ, являющийся последним агрегатом в силовой цепи.

Входными параметрами для ДПТ являются питающее напряжение Uг и магнитный поток Ф, определяемый величиной тока обмотки возбуждения iвозб д. Выходными параметрами являются угловая скорость вращения вала двигателя щк и крутящий момент Мк, приведённые к ободу колеса. Основное возмущающее воздействие - момент сопротивления вращению, создаваемый на ободе колеса МС.

Особенность работы силового электрооборудования автономного транспортного средства заключается в том, что одновременному регулированию подлежат несколько (не менее двух) параметров, связанных между собой определенными функциональными зависимостями.

Возможны две различные системы автоматического управления агрегатами трансмиссий. На рис. 7.2а в качестве примера приведена структурная схема простейшей системы управления ЭУ ТЭПС, в которой тепловой двигатель ДВС и тяговый генератор постоянного тока ТГ, питающий тяговые электродвигатели ТЭД1…ТЭДт последовательного возбуждения, управляются автономными, никак не связанными, САР.

ДВС имеет автономную систему управления СуТД, на вход которой подаётся сигнал рассогласования Дпд по скорости вращения вала ДВС, полученный как разность между уставкой скорости пуст и реальной величиной пд. В соответствии с сигналом СуТД (регулятор подачи топлива) изменяет количество топлива g, подаваемого в ДВС. При использовании дизеля и применении в качестве СуТД, например всережимного регулятора, изменением подачи топлива обеспечивается внешняя характеристика пд=f(Mд). Точка а соответствует номинальной мощности, для использования которой необходимо, чтобы момент генератора Мг оставался неизменным.

Так как МгмФгIг, то Фг и Iг должны изменяться обратно пропорционально. Поскольку измерить магнитный поток в генераторе затруднительно, а при постоянной скорости вращения вала ДВС UгеФгпд, то крутящий момент на валу генератора можно определить как Мг=сUгIг, где с=см епд. Следовательно, для обеспечения неизменного момента Мг мощность генератора, равная произведению выходной координаты Uг на возмущающее воздействие Iг, должно быть постоянной, что и определяет принцип работы и структуру САР генератора ТГ. СуТГ обеспечивает постоянство развиваемой генератором мощности по сигналу рассогласования ДР, определяемой как разность уставки мощности Руст и вычисленного её текущего значения путём перемножения сигналов от датчиков напряжения на зажимах генератора Uг и тока Iг, установленного в его якоре. Регулирование мощности осуществляется изменением тока iвозб в обмотке возбуждения генератора.

Возмущающее воздействие Iг определяется суммарным током тяговых двигателей, включённых параллельно. С увеличением возмущающих воздействий Мс1…Мст уменьшается скорость вращения колёс п1…пт, что приводит к возрастанию токов ТЭД, тока тягового генератора ТГ Iг, а, следовательно - к снижению напряжения на зажимах генератора Uг.

Структурная схема САР, приведённая на рис. 7.2б отличается от рассмотренной тем, что системы управления тепловым двигателем и тяговым генератором объединены путём заведения сигнала пропорционального частоте вращения вала ДВС пд в сумматор на входе СуТГ. При уменьшении пд происходит снижение тока в обмотке возбуждения ТГ, а, следовательно, и развиваемой им мощности, что исключает перегрузку ДВС.

Необходимость одновременного управления несколькими физическими величинами объектов регулирования - тяговых электродвигателей, других силовых агрегатов обусловливает применение многоконтурной САР, объединяющей автономные контуры (подсистемы) автоматического регулирования, в первую очередь ЭУ и ТЭД. Поэтому прежде чем рассматривать САР тягового электропривода в целом, изложим принципы работы отдельных контуров регулирования.

Делись добром ;)