Динамика тяговых электроприводов

СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КАК РАЗОМКНУТЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

При анализе тяговых электроприводов возникает необходимость изучения их динамических свойств, которые проявляются, прежде всего, в определении зависимости скорости движения транспортного средства в функции времени v (/) и устойчивости режима движения. При этом электроприводы обычно представляются в виде разомкнутых электромеханических систем, рассматриваемых как объект управления.

Для достижения этих целей тяговый электропривод представляется как совокупность электрической и механической частей его, связанных в единую электромеханическую систему, математическое описание которой (математическую модель) составляют уравнения движения электропривода вместе с уравнениями механических характеристик электромеханических преобразователей. Для составления математической модели привода используется, как отмечалось ранее, представление его механической части в виде двухмассовой расчетной механической системы (рис. 6.1, а).

В зависимости от типа электродвигателя различают следующие структурные схемы и математические модели электроприводов.

Электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения описывается математической моделью и поясняется схемой, показанной на рис. 6.1, а:

где р = d/dt.

Структурная схема модели представлена на рис. 6.1, б.

Рис. 6.1. Двухмассовая модель электропривода на постоянном токе.

с двигателем независимого возбуждения (а) и ее структурная схема (б)

При пуске подвижного состава с нулевой скорости и разгоне до максимально допустимой вследствие непостоянства магнитного потока двигателя Ф (/") система уравнений (6.1) нелинейна. Для исследования динамических процессов, протекающих в приводе, необходимо либо использовать вычислительную технику, либо линеаризовать зависимость Ф (/_я) в области малых отклонений от точки статического равновесия, что чаще всего и делается.

При постоянном магнитном потоке система линейна и второе и третье уравнения после несложных преобразований приводятся к виду.

Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения описывается математической моделью, на основании которой составлена схема, представленная на рис. 6.2, а:

На рис. 6.2, б показана структурная схема модели.

Рис. 6.2. Двухмассовая модель электропривода постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения (а) и ее структурная схема (б).

Электропривод переменного тока с асинхронным электродвигателем (см. рис. 6.3) описывается математической моделью:

Рис. 6.3. Схема электропривода с асинхронным электродвигателем.

Структурная схема показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Структурная схема тягового электропривода с асинхронным электродвигателем.

Необходимость использования для исследования динамики асинхронного электропривода системы уравнений (6.3) возникает в случаях, когда рассматриваемый динамический процесс протекает в широком диапазоне изменения результирующего потока и частоты вращения вала двигателя (например, пуск двигателя включением на сеть). Очевидно, что изучаются динамические процессы, протекающие в окрестности той или иной точки статической характеристики, чаще всего в пределах рабочего участка механической характеристики. При этом целесообразно использовать линеаризованные уравнения динамической механической характеристики асинхронного двигателя.

Электропривод переменного тока с синхронным электродвигателем. Математическую модель электропривода с синхронным тяговым электродвигателем можно получить, записав уравнения его механической характеристики в осях d и q, связанных с явнополюсным ротором, на котором размещена обмотка возбуждения, и объединив их с уравнениями движения механической части:

где V_w=AA/^+?12A;

Р = 2A/_t/co₀s₄ — модуль жесткости для асинхронной составляющей момента, обусловленной действием демпферной обмотки (рис. 6.5).

В данной схеме прослеживаются очевидные существенные нелинейности, обусловленные парными взаимодействиями (произведениями).

Рис. 6.5. Структурная схема электропривода с синхронным двигателем.

переменных и наличием трансцендентных функциональных связей, поэтому качественный анализ возможен только при применении вычислительной техники.