Расчет параметров элементов и компьютерной модели контура регулирования тока

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