Введение
Исходные данные
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип ЭПС | Электровоз переменного тока 2ЭС5К |
| Тип тяговых электродвигателей | НБ514В |
Количество тяговых электродвигателей 
| |
| Режим работы ТПС | Пуск-разгон |
Заданный ток ТЭД (ток расчетного режима) 
| 1000 А |
Напряжение контактной сети 
| 24000 В |
Параметры контактной сети
| 0,55 Ом 15 мГн |
Внешнее возмущающее воздействие 
| 15% |
Индуктивность сглаживающего реактора 
| 7мГн |
Постоянная времени датчика тока 
| 0,025 с |
| Цель управления | Стабилизация тока тяговых двигателей |
| Закон регулирования | ПИ |
Масса поезда 
| 3500 т |
Расчет параметров элементов и компьютерной модели контура регулирования тока
2.1 Расчет параметров тяговой сети.
Для ввода параметров 
, Ом/км, 
, Гн/км, в модуль компьютерной модели тяговой сети надо вычислить удельные величины, отнесенные к 1 км. пути, и привести эти величины к цепи одного ТЭД по следующим формулам:
где 
- длина участка, 
2.2 Расчет параметров обмоток тягового трансформатора.
Паспортные данные тягового трансформатора ОНДЦЭ 5000/25 электровоза 2ЭС5К приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Паспортные данные тягового трансформатора ОНДЦЭ 5000/25 электровоза 2ЭС5К.
| № п/п | Параметр | Обозначение | ОНДЦЭ 5000/25 |
| Мощность трансформатора, кВа | 
| ||
| Напряжение первичной обмотки, В | 
|
Продолжение таблицы 2
| Напряжение тяговой обмотки, В полной обмотки 1/4 обмотки 1/2 обмотки 3/4 обмотки |
| ||
| Номинальный ток первичной обмотки, А | 
| ||
| Номинальный ток тяговой обмотки, А | 
| ||
| Коэффициент трансформации | 
| 19,84 | |
| Количество тяговых обмоток | |||
| Индуктивность обмоток трансформатора, Гн | 
| 0,038 | |
| Активное сопротивление обмоток трансформатора, Ом | 
| 1,5 |
Активное сопротивление первичной (сетевой) обмотки трансформатора определяется по формуле:
Активное сопротивление вторичной (тяговой) обмотки (полной) трансформатора определяется по формуле:
Активное сопротивление малых секций тяговой обмотки трансформатора определяется по формуле:
Активное сопротивление большой секций тяговой обмотки трансформатора определяется по формуле:
Индуктивность первичной (сетевой) обмотки трансформатора определяется по формуле:
Индуктивность вторичной (тяговой) обмотки (полной) трансформатора определяется по формуле:
Индуктивность малых секции тяговой обмотки трансформатора определяется по формуле:
Индуктивность большой секции тяговой обмотки трансформатора определяется по формуле:
2.3 Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя.
Эквивалентное сопротивление 
, Ом, определяется по формуле:
Коэффициент усиления ВИП 
, В/град, для 4-ой зоны регулирования вычисляется по формуле:
где 
– угол фазового регулирования, 
Угол коммутации 
буферного контура на 4-ой зоне регулирования вычисляется по формуле:
где 
– угол отпирания тиристорных плеч буферного контура, 
Угол коммутации 
нерегулируемого контура на 4-ой зоне регулирования определяется по формуле:
где 
– интервал задержания отпирания тиристорных плеч нерегулируемого контура ВИП, 
2.4 Расчет параметров тягового электропривода.
В таблице 3 представлены номинальные данные и конструкционные параметры ТЭД.
Таблица 3 – Номинальные данные и конструкционные параметры ТЭД
| № п/п | Параметр | Обозначение | 2ЭС5К НБ514 |
| Напряжение на коллекторе, В | 
| ||
| Ток якоря, А |
| ||
| Частота вращения об/мин | 
| ||
| Число полюсов | 
| ||
| Число витков полюсной катушки | 
| ||
| Число параллельных ветвей якоря | 
| ||
| Сопротивление якоря, доп. полюсов, компенсационной обмотки, Ом | 
| 0,024 | |
| Сопротивление главных полюсов, Ом | 
| 0,007 |
Продолжение таблицы 3
| № п/п | Параметр | Обозначение | 2ЭС5К НБ514 |
| Коэффициент рассеяния | 
| 1,25 | |
| Конструкционный коэффициент обмоток | 
| 10,8 | |
| Приведенный конструкционный коэффициент, 1/с (км/ч) | 
| 206,3 | |
| Передаточное число тягового редуктора | 
| 4,19 | |
| Геометрические размеры остова, м: осевая длина толщина по радиусу длина полюсной дуги |
| 0,53 0,07 0,52 | |
| Геометрические размеры полюсов, м длина ширина высота | 
| 0,38 0,2 0,13 |
Суммарное приведенное сопротивление цепи якоря ТЭД и выпрямительно-инверторного преобразователя рассчитывается по формуле:
где 
– коэффициент постоянного шунтирования обмоток возбуждения, 
– сопротивление обмоток сглаживающего реактора,
Коэффициент усиления цепи якоря ТЭД 
, рассчитывается по формуле:
Характеристики намагничивания 
приведены в таблице 4.
Таблица 4 – характеристика намагничивания.
| Электровоз | 2ЭС5К |
| ТЭД | НБ514 |
| 
|
| 4,0 | |
| 6,8 | |
| 8,8 | |
| 10,2 | |
| 11,5 | |
| 12,6 | |
| 14,4 | |
| 15,7 | |
| 16,9 | |
| 17,8 | |
| 18,5 | |
| 19,0 | |
| 19,4 |
Величина индуктивности обмотки якоря вычисляется по формуле:
Суммарная приведенная индуктивность цепи якоря ТЭД вычисляется по формуле:
Постоянная времени цепи якоря определяется по формуле:
Ток возбуждения рассчитывается по формуле:
Коэффициент наклона рассчитывается по формуле:
Величина проводимости вихревых токов определяется по формуле:
где – удельная проводимость стали остова, 
Постоянная времени вихревых токов определяется по формуле:
Скорость движения электровоза на 4 зоне регулирования ВИП вычисляется по формуле:
Величина индуктивности рассеяния обмотки возбуждения ТЭД рассчитывается по формуле:
где - коэффициент рассеяния магнитного потока главных полюсов ТЭД, 
Постоянная времени цепи возбуждения ТЭД рассчитывается по формуле:
Коэффициент усиления контура обратной связи по ЭДС обмоток якоря и возбуждения ТЭД определяется по формуле:
Для приведения операторной передаточной функции цепи ТЭД к звеньям с табличными передаточными функциями и определения приведенной постоянной времени колебательного звена 2-го порядка необходимо вычислить корни 
, 
квадратного уравнения, соответствующего знаменателя передаточной функции цепи ТЭД.
Приведенная постоянная времени эквивалентного колебательного звена 2-го порядка цепи ТЭД определяется по формуле:
Сопротивление шунтирующих резисторов постоянного шунтирования и двух ступеней ослабления возбуждения ТЭД определяется по формуле:
Сопротивление резистора в цепи 1-й ступени ослабления возбуждения компьютерной модели ТЭД определяется по формуле:
Сопротивление резистора в цепи 2-й ступени ослабления возбуждения компьютерной модели ТЭД определяется по формуле:
Сопротивление резистора в цепи 3-й ступени ослабления возбуждения компьютерной модели ТЭД определяется по формуле:
Сопротивление и индуктивность обмотки сглаживающего реактора компьютерной модели ТЭД, приведенную к одному двигателю определяется по формуле:
Магнитный поток ТЭД по номинальным значениям напряжения, тока, частоты вращения определяется по формуле:
где 
– суммарное сопротивление обмоток якоря, добавочных полюсов, компенсационной обмотки, а так же главных полюсов ТЭД;
– передаточное число тягового редуктора;
– диаметр колесной пары по кругу качения, 
Масса состава, приведенная к одному тяговому электродвигателю с учетом инерции вращающихся элементов экипажной части состава вычисляется по формуле:
Постоянная составляющая сил сопротивления движения состава вычисляется по формуле:
Переменная составляющая сил сопротивления движения состава вычисляется по формуле:
2.5 Расчет параметров элементов обратной связи и таймера фаза-регулятора.
Коэффициент усиления датчика тока определяется по формуле:
2.6. Расчет параметров настройки регуляторов тока.
Величина общего коэффициента усиления контура регулирования тока ТЭД вычисляется по формуле:
Коэффициент усиления пропорционального канала регулятора определяется по формуле:
Параметры настройки – коэффициенты усиления пропорционального и интегрального каналов ПИ – регулятора связаны с постоянной времени и интервалом дифференцирования вычисляется по формуле:
2.7. Оценка адекватности результатов моделирования и качества регулирования САУ.
Амплитудное выходное напряжение компьютерной модели ВИП на 4-ой зоне регулирования при максимальных углах регулирования с расчётным напряжением определяется по формуле:
Ускорение при пуске и разгоне электровоза до контрольной скорости определяется по формуле:
Расчетная величина пускового ускорения вычисляется по формуле:
Расчётная величина пульсации тока ТЭД определяется по формуле
