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