ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Перспективная система управления тяговым двигателем троллейбуса из "Перспективные направления развития городского нерельсового электрического транспорта " Современные системы, регулирующие скорость электрических транспортных средств (троллейбуса, трамвая, электровоза и др.), базируются в основном на полупроводниковых технологиях. Бурное развитие мощной техники на полупроводниках при доминировании классических (полуавтоматических) тиристоров, тиристоров типа ОТО, транзисторных модулей и пр., позволяет по-новому подойти к решению проблемы управления и регулирования скорости электрических транспортных средств. Максимальное напряжение транзисторных модулей типа ЮВТ достигает 3300 В при силе тока 1200 А. В настоящее время применение этих модулей перешагнуло границу мощности в 1 MB, при тенденции к дальнейшему росту. Применение технологии транспортных модулей позволяет создать преобразователи, решающие ключевые проблемы электротяги, обеспечивающие высокий КПД во всех режимах работы, высокое качество регулирования скорости (плавность хода), снижение массы и габаритов систем управления за счет частотного регулирования ( более 2 кГс), а также дает возможность заменить двигатель с последовательным возбуждением на двигатель с независимым возбуждением. [c.25] Рассмотрим применение транзисторного преобразователя, управляемого от микропроцессора и улучшающего тяговые возможности двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Наряду с улучшением тяговых характеристик предлагаемое устройство контролирует мощность двигателя, а также решает некоторые практические проблемы, связанные с точкой перехода в зону ослабления возбуждения. [c.25] Диаграмма на рис. 19 б иллюстрирует приведенную зависимость момента от частоты вращения вала двигателя. Известно, что двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют естественную характеристику, т.е. зависимость момента от частоты вращения, похожую на ту, что показана на рис. 19 6. Поэтому во всех видах электрических транспортных средств в массовом порядке применяются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. [c.26] В режиме разгона обмотка возбуждения включена в цепь ротора последовательно для того, чтобы обеспечить требуемые тяговые характеристики. В режиме торможения контур возбуждения отделяется от контура ротора. Это вызвано необходимостью обеспечить надежное электродинамическое торможение. Питание обмотки возбуждения в этом случае осуществляется автономно от аккумуляторной батареи. Напомним, что в режиме разгона для достижения соответствующих тяговых характеристик ток возбуждения после набора определенной скорости необходимо уменьшить. Для этого, как правило, обмотка возбуждения шунтируется сопротивлением с помощью контактора. [c.26] Применение же полупроводниковых преобразователей, особенно транзисторных, дает возможность получить требуемые тяговые характеристики ( рис. 19) совершенно новым методом, отказавшись от использования двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Введение независимых функциональных узлов, регулируюш их ток ротора и ток возбуждения, легко решает проблему оптимизации работы в режимах разгона (ослабление поля) и торможения, а также рекуперации или электродинамического торможения. Тяговый двигатель в этом случае имеет независимое возбуждение, что при использовании двух независимых функциональных узлов обеспечивает создание устройства, работающего бесконтактно как в режиме разгона, так и в режиме торможения. [c.26] На рис. 21 показана ситуация, когда начинается торможение, а скорость транспортного средства приближена к максимальной (в зоне ослабления поля). [c.27] На рис. 22 приведена принципиальная блок-схема транзисторного преобразователя с микропроцессорным управлением двигателем постоянного тока с независимым возбуждением. [c.27] В системе преобразователь-двигатель измеряются 4 параметра ток ротора ( / ), ток возбуждения ( /р, напряжение на роторе ( и входное напряжение на преобразователе (Е). Мощность электродвигателя рассчитывается на основе измеренного напряжения U , тока и сопротивления цепи ротора. Эти четыре параметра в качестве сигналов обратной связи вводятся в микропроцессор. в котором создаются соответствующие команды, обеспечивающие регулирование и стабилизацию вышеназванных параметров согласно требуемым характеристикам. Наряду с этими четырьмя командами вводится и управление мощностью, и, таким образом, все параметры двигателя оказываются под контролем. Это значительно улучшает его тяговые характеристики по сравнению с классическим приводом с последовательным возбуждением. [c.27] В тяговом режиме непрерывно осуществляет оптимизацию скорости в диапазоне от состояния покоя до максимума (благодаря непрерывному изменению момента двигателя). В режиме торможения (рис. 21) также имеются 3 зоны рабочей системы. Названные регуляторы поддерживают на заданном уровне параметры (ток ротора, ток возбуждения, ЭДС индукции и мощность) так же, как при режиме тяги. [c.29] В режиме торможения, для которого характерна рекуперация энергии, по необходимости может вступить в действие регулятор входного напряжения через модуль ТО и сопротивление КО. Это происходит только в том случае, когда при торможении контактный провод не может поглотить энергию рекуперации. [c.29] Для получения тяговых характеристик ток ротора на старте и при малых скоростях должен быть больше номинального. В зависимости от типа двигателя превышение может достигать значения в несколько раз больше номинального. В экспериментальной установке допустимый максимальный ток равен 1,8 С ростом скорости растут противоЭДС и мощность, развиваемая двигателем, и очевидно, что при достижении определенной скорости ограничитель тока ротора должен смещаться к более низким величинам. Границей является момент, когда произведение тока и противоЭДС электродвигателя достигнет уровня дозволенной мощности. Дальнейшее увеличение скорости вращения должно сопровождаться уменьшением тока якоря для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки. Уменьшение силы тока с возрастанием скорости также защищает и коллектор. [c.29] Наиболее простой способ достижения этого - не допустить, чтобы произведение заданного значения тока якоря на противоЭДС превысило дозволенную мощность. Для этого необходимое заданное значение тока изменяется в зависимости от значения противоЭДС, которое в свою очередь зависит от скорости вращения ротора. Таким образом формируется заданное значение для регулятора тока ротора. [c.29] Когда ПротивоЭДС достигает определенной величины, то для дальнейшего повышения скорости вращения следует приступить к ослаблению поля (снижению тока возбуждения /). Эту роль играет регулятор противоЭДС, который при повышении скорости снижает ток возбуждения так, что противоЭДС остается постоянной. Граница перехода в эту зону прежде всего определяется типом двигателя, однако в случаях, когда напряжение питания имеет широкий диапазон, эта граница может быть подвижной. Так, на практике, особенно в режиме разгона, напряжение часто изменяется в диапазоне 30% от номинального значения. Когда граница перехода в зону ослабления поля установлена слишком высоко, а напряжение питания преобразователя приближается к этой границе или даже падает ниже нее, могут возникнуть проблемы. [c.29] На рис. 23 показано перемещение рабочей точки при ускорении двигателя от состояния покоя до максимальной скорости, при заданном максимальном токе. Скачок заданного значения тока ротора в состоянии покоя сопровождается ростом тока двигателя до максимального значения (1,8 на экспериментальной установке). Скорость вращения растет значительно медленнее скорости установления тока, так что рабочая точка перемещается по оси 1 (перемещение обозначено цифрой 1). [c.30] Заданное и измеренное значения тока ротора являются исходными величинами для регулирования тока ротора. Регулятор типа ПИ запрограммирован таким образом, что и в линейном режиме, и в режиме больших помех реагирует на превышение до 10%. В режиме торможения используется аналогичная, несколько модифицированная структура. Выходная величина из этого регулятора - широтно-импульсный сигнал, который подключен к драйверам выходного резистора. На экспериментальной установке этот регулятор работает с частотой в 2 кГц, так что выходная индуктивность Ь (см. рис. 22 ) играет только защитную роль и может практически не учитываться. [c.31] На основании измеренного напряжения на роторе двигателя этот регулятор определяет заданное значение для регулятора тока возбуж- а(л дения, который за счет изменения напряжения в контуре возбуждения поддерживает величину измеренного тока. [c.31] МОЩНОСТИ. После этой точки ток равен заданному, а скорость падает до нуля. Ток возбуждения отключается, когда останавливается двигатель, чтобы не перегревался сгатор. [c.33] На рис. 26 показана работа регулятора ЭДС в тяговом режиме и в режиме торможения. Здесь повторен тот же эксперимент. На диаграмме можно видеть общую схему линейного роста ЭДС ( и скорости вращения ) в первой зоне постоянной величины крутящего момента (первые две секунды эксперимента от /= 2,5. у до t - 4,5 5), а также качество поддержания и ЭДС на протяжении эксперимента. Вертикальная прерывистая линия обозначает момент начала торможения. [c.33] Таким образом, изложенное выше представляет собой описание практической реализации транзисторного преобразователя с микропроцессорным управлением, предназначенного для регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. На основе измеренных параметров системы преобразователь - двигатель (ток ротора, ток возбуждения, противоЭДС, входное напряжение преобразователя) с помощью 16-битового микропроцессора формируется такой алгоритм управления, который позволяет добиться таких же тяговых характеристик, как в двигателях с последовательным возбуждением. [c.33] Вернуться к основной статье