Системы управления и регулирования трансмиссии

Системы управления и регулирования трансмиссии

Контрольная работа

Системы управления и регулирования трансмиссии

План

. Системы регулирования трансмиссий постоянного тока. Принципы построения систем автоматического регулирования. Структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока

2. Автоматические системы совместного управления трансмиссий постоянного тока

Литература

1. Системы регулирования трансмиссий постоянного тока. Принципы построения систем автоматического регулирования. Структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока

Система автоматического регулирования (САР) тягового привода автономного транспортного средства предназначена для распределения энергии, вырабатываемой ЭУ, между ТЭД в соответствии с их предельными и частичными характеристиками, обеспечивающими заданный режим движения электромобиля. Так, в частности, САР теплоэлектического подвижного состава (ТЭПС) должна обеспечивать:

- наибольшее использование мощности теплового двигателя при всех рабочих скоростях поезда;

работу теплового двигателя с наибольшей экономичностью в режимах пониженной мощности;

изменение силы тяги от минимальной, необходимой при пуске и движении одного локомотива (без поезда) до максимальной по сцеплению;

поддержание приблизительно постоянной силы тяги в процессе разгона поезда;

изменение скорости движения поезда от нуля до максимальной;

обеспечение наибольшего к. п. д. самой электропередачи в рабочих режимах и ограничение ее режимов работы в пределах, допустимых по напряжению, току, нагреванию и т. п.

Первые два требования относятся к обеспечению определенных режимов работы теплового двигателя в соответствии с его свойствами и характеристиками. Они могут быть по существу объединены в одно следующее: обеспечить оптимальную зависимость подачи топлива от угловой скорости теплового двигателя. При номинальной скорости подача топлива должна быть наибольшей допустимой, при уменьшении угловой скорости она должна снижаться по линии наибольшей экономичности или наибольшего срока службы. Выполнение этого требования желательно при различных условиях движения, характеризуемых весом поезда, профилем и планом участков пути, графиком движения и т. п., и при различных положениях органа управления ТЭПС.

Остальные требования определяют режимы работы и характеристики самой электропередачи, так как сила тяги и скорость движения зависят от магнитного потока тяговых электродвигателей, тока тяговых двигателей и генератора, напряжения генератора. Выполнение некоторых из этих требований, например, поддержание постоянной силы тяги при разгоне или ограничения режима работы электропередачи, могут приводить к отклонениям режима работы теплового двигателя от оптимального. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти отклонения были минимальными или хотя бы кратковременными.

Желательно, чтобы указанные требования выполнялись автоматически, без участия машиниста, так как при этом, как указывалось выше, достигается наибольшее приближение к оптимальным режимам работы оборудования и повышается безопасность движения.

Применение замкнутых систем автоматического регулирования с узлом сравнения, в котором действительное значение регулируемой величины сравнивается с заданным, позволяет резко снизить отклонение от требуемого режима и повысить степень использования установленного оборудования и тяговых свойств подвижного состава.

В общем случае на теплоэлектрическом подвижном составе могут быть применены три системы автоматического регулирования: теплового двигателя, тягового генератора и тяговых электродвигателей. В САР тепловых двигателей регулируемой величиной является угловая скорость вращения вала ДВС, а регулируемым параметром - подача топлива. В САР генератора исполнительный орган всегда воздействует на возбуждение генератора, так же, как и в САР тяговых двигателей - на их возбуждение. Поэтому САР генератора или электродвигателей может быть выполнена в виде нескольких узлов с измерительными (а иногда и усилительными элементами), воздействующими на общий исполнительный орган.

При выборе и разработке САР необходимо определить:

какие из факторов, характеризующих режим работы тягового привода, являются внешними (возмущающими воздействиями);

какие факторы должны под действием САР поддерживаться постоянными или изменяться по заданной программе;

какие из факторов следует выбирать в качестве регулирующих, т.е. те, на которые воздействует САР с целью установления заданного режима работы.

Основным внешним воздействием во время движения транспортного средства является сопротивление движению. Его изменение вызывает отклонение скорости движения, и, как следствие - изменение токов тяговых двигателей, тока генератора и момента сопротивления генератора. Для двигатель-генератора внешним воздействием будет отклонение тока нагрузки.

Внешним воздействием для ЭУ является также изменение положения органа управления локомотивом (например, рукоятки контроллера машиниста), которое может воздействовать либо непосредственно на режим работы ДВС и (или) генератора (например, путём изменения подачи топлива или возбуждения генератора), либо на САР посредством изменения настройки (программы) регулирования, либо на то и другое одновременно.

Влияние других факторов (вспомогательной нагрузки, температуры и т.п.) в большинстве случаев приводит к отклонения режимов работы как ДВС, так и электропередачи.

В зависимости от того, для выполнения каких требований предназначена САР, регулироваться должны различные факторы и по различным программам, а именно:

1. Для полного использования мощности теплового двигателя необходимо, чтобы его угловая скорость и подача топлива поддерживались постоянными. Для регулятора мощности регулируемыми могут быть обе величины или одна из них, если вторая при его работе поддерживается постоянной другими средствами.

2. При программном регулировании теплового двигателя по линии наибольшей экономичности должны одновременно изменяться мощность, угловая скорость и подача топлива, причем для заданного значения мощности должны поддерживаться определенные величины угловой скорости и подачи топлива. Поскольку мощность определяется произведением крутящего момента (зависящего от подачи топлива) и угловой скорости, достаточно задать любые две из этих величин, которые могут быть выбраны в качестве регулируемых. Если одна из них будет задаваться независимо от САР, можно ограничиться одной регулируемой величиной. В большинстве случаев задается органом управления угловая скорость посредством настройки регулятора теплового двигателя. В некоторых случаях орган управления задает подачу топлива.

3. Для изменения силы тяги не требуется определенной программы. При движении с установившейся скоростью сила тяги равна силе сопротивления движению. При изменении сопротивления движению изменяется скорость поезда, и сила тяги должна стремиться приблизиться к новому значению силы сопротивления движению. Если имеется САР, поддерживающая постоянный режим теплового двигателя, то произведение силы тяги на скорость автоматически будет поддерживаться на уровне, определяемом режимом теплового двигателя.

Величина силы тяги при разгоне поезда должна устанавливаться в зависимости от его веса, условий сцепления, требуемого ускорения, а при переходе на тяговый режим после выбега - от скорости движения, профиля пути и путевых сигналов. Как правило, пусковая сила тяги задается положением органа управления.

4. Заданная органом управления пусковая сила тяги может поддерживаться приблизительно постоянной в процессе разгона поезда под действием САР. Для этого в качестве регулируемой величины могут быть выбраны непосредственно сила тяги или ток и магнитный поток тяговых двигателей. При двигателях последовательного возбуждения магнитный поток определяется током, и достаточно поддерживать постоянной одну из этих величин.

. Автоматическое регулирование скорости поезда в существующих локомотивах не предусматривается. В принципе возможно ввести автоматическое регулирование постоянной скорости, значение которой задается органом управления. Однако при заданной скорости изменение сопротивления движению вызывает изменение мощности теплового двигателя. Поэтому одновременное регулирование постоянного режима теплового двигателя и постоянной скорости поезда невозможно.

6. САР могут быть использованы для ограничения предельных режимов работы электропередачи. Ограничение наибольшего тока важно более всего для генератора, который, как правило, работает при этом с наибольшей угловой скоростью и условия коммутаций являются тяжелыми. Ограничение тока может быть осуществлена посредством САР, используемой для регулирования постоянной силы тяги при разгоне. Регулируемой величиной при этом должен быть ток генератора или электродвигателя. Автоматическое ограничение напряжения генератора целесообразно, если режим работы его или электродвигателей при наибольшем расчетном напряжении близок к предельному по допустимому межламельному напряжению. Для САР, осуществляющей регулирование постоянного наибольшего напряжения, оно и является регулируемой величиной.

Как уже указывалось, при низких температурах необходимо ограничить мощность, реализуемую газотурбовозом. Для этого вводят в систему регулирования ГТУ устройство, уменьшающее подачу топлива при понижении температуры (коррекция по наружной температуре), или предусматривают в системе регулирования электропередачи ограничение мощности. В последнем случае регулируемой величиной является мощность генератора.

Таким образом, для наиболее полного использования локомотива при наибольшей экономичности его следует регулировать по определенным программам подачу топлива, угловую скорость двигатель-генератора, силу тяги локомотива, ток и напряжение генератора. Не все оптимальные программы могут осуществляться одновременно. При различных режимах работы тепловоза необходимо либо изменять программу регулирования какой-либо величины либо регулировать другие величины.

Принципы построения САР

. САР должна содержать минимум органов управления тяговым приводом автономного транспортного средства (например, одну или в крайнем случае две рукоятки, обеспечивающие управление режимами пуска и торможения);

. САР должна обеспечивать переход с одного режима работы на другой в течение минимального промежутка времени при условии соблюдения регламентированных ограничений (например, по предельно допустимым величинам ускорения подвижного состава, скорости его нарастания, ограничениям по току, напряжению, мощности и т.д.);

. САУ отдельными параметрами должны быть автоматическими и объединяться в САР тягового привода;

. Объединение САУ идентичных элементов трансмиссии в САР должно производиться с применением перекрёстных обратных связей по аналогичным параметрам;

. При возникновении переходных процессов САР должна обеспечивать такое воздействие на элементы трансмиссии, при котором не происходило бы выхода регулируемых параметров за пределы, установленные ограничениями;

автоматический тяговой привод двигатель

6. При одновременном появлении взаимно недопустимых управляющих воздействий САР должна обеспечивать отработку приоритетного сигнала (например, при поступлении сигналов управления на пуск и торможение должна обеспечиваться отработка сигнала на торможение подвижного состава);

. Для повышения надёжности управления приводом САР должна иметь дублирующие каналы получения и отработки сигналов.

Упрощенная структурная схема силовой цепи трансмиссии постоянного тока приведена на рис. 7.1.

Первичным источником энергии в силовой цепи является ДВС, свободная мощность на валу которого

_св≡М_дω_д.

Входным параметром для ДВС является расход топлива g (или другие факторы от которых зависит мощность ДВС), а регулируемым - угловая скорость ω_д вала ДВС. Основное внешнее возмущающее воздействие на тепловой двигатель оказывает момент сопротивления вращению, создаваемый тяговым генератором постоянного тока ГПТ.

Входными параметрами для ГПТ являются угловая скорость ω_г=i_ред ω_д и ток обмотки возбуждения генератора i_{возб г}. Выходным - U_г. Основное внешнее возмущающее воздействие оказывает ток нагрузки, т.е. I_г, потребляемый двигателем постоянного тока ДПТ, являющийся последним агрегатом в силовой цепи.

Входными параметрами для ДПТ являются питающее напряжение U_г и магнитный поток Ф, определяемый величиной тока обмотки возбуждения i_{возб д}. Выходными параметрами являются угловая скорость вращения вала двигателя ω_к и крутящий момент М_к, приведённые к ободу колеса. Основное возмущающее воздействие - момент сопротивления вращению, создаваемый на ободе колеса М_С.

Особенность работы силового электрооборудования автономного транспортного средства заключается в том, что одновременному регулированию подлежат несколько (не менее двух) параметров, связанных между собой определенными функциональными зависимостями.

Возможны две различные системы автоматического управления агрегатами трансмиссий. На рис. 7.2а в качестве примера приведена структурная схема простейшей системы управления ЭУ ТЭПС, в которой тепловой двигатель ДВС и тяговый генератор постоянного тока ТГ, питающий тяговые электродвигатели ТЭД1…ТЭДт последовательного возбуждения, управляются автономными, никак не связанными, САР.

ДВС имеет автономную систему управления СуТД, на вход которой подаётся сигнал рассогласования Δп_д по скорости вращения вала ДВС, полученный как разность между уставкой скорости п_уст и реальной величиной п_д. В соответствии с сигналом СуТД (регулятор подачи топлива) изменяет количество топлива g, подаваемого в ДВС. При использовании дизеля и применении в качестве СуТД, например всережимного регулятора, изменением подачи топлива обеспечивается внешняя характеристика п_д=f(M_д). Точка а соответствует номинальной мощности, для использования которой необходимо, чтобы момент генератора М_г оставался неизменным.

Так как М_г=с_мФ_гI_г, то Ф_г и I_г должны изменяться обратно пропорционально. Поскольку измерить магнитный поток в генераторе затруднительно, а при постоянной скорости вращения вала ДВС U_г≈с_еФ_гп_д, то крутящий момент на валу генератора можно определить как М_г=сU_гI_г, где с=с_м /с_еп_д. Следовательно, для обеспечения неизменного момента М_г мощность генератора, равная произведению выходной координаты U_г на возмущающее воздействие I_г, должно быть постоянной, что и определяет принцип работы и структуру САР генератора ТГ. СуТГ обеспечивает постоянство развиваемой генератором мощности по сигналу рассогласования ΔР, определяемой как разность уставки мощности Р_уст и вычисленного её текущего значения путём перемножения сигналов от датчиков напряжения на зажимах генератора U_г и тока I_г, установленного в его якоре. Регулирование мощности осуществляется изменением тока i_возб в обмотке возбуждения генератора.

Возмущающее воздействие I_г определяется суммарным током тяговых двигателей, включённых параллельно. С увеличением возмущающих воздействий М_с1…М_ст уменьшается скорость вращения колёс п₁…п_т, что приводит к возрастанию токов ТЭД, тока тягового генератора ТГ I_г, а, следовательно - к снижению напряжения на зажимах генератора U_г.

Структурная схема САР, приведённая на рис. 7.2б отличается от рассмотренной тем, что системы управления тепловым двигателем и тяговым генератором объединены путём заведения сигнала пропорционального частоте вращения вала ДВС п_д в сумматор на входе СуТГ. При уменьшении п_д происходит снижение тока в обмотке возбуждения ТГ, а, следовательно, и развиваемой им мощности, что исключает перегрузку ДВС.

Необходимость одновременного управления несколькими физическими величинами объектов регулирования - тяговых электродвигателей, других силовых агрегатов обусловливает применение многоконтурной САР, объединяющей автономные контуры (подсистемы) автоматического регулирования, в первую очередь ЭУ и ТЭД. Поэтому прежде чем рассматривать САР тягового электропривода в целом, изложим принципы работы отдельных контуров регулирования.

. Автоматические системы совместного управления трансмиссий постоянного тока

При рассмотрении САР приняты следующие допущения:

- изменение возмущающего воздействия, т.е. статического момента нагрузки на двигатель, вызывающее переходный процесс, происходит мгновенно;

влияние работы одного двигателя на другой пренебрежимо мало;

при одновременном и равном по величине изменении моментов сопротивления на колёсах транспортного средства происходит переходный процесс, сводящийся к изменению напряжения генератора в зависимости от тока нагрузки и равномерному распределению напряжения (мощности) между двигателями;

при составлении дифференциальных уравнений учитываются постоянные времени только тех звеньев, которые существенно влияют на переходные процессы.

САР по отклонению напряжения на двигателе.

Принципиальная схема системы управления одним двигателем приведена на рис. 7.3а, а структурная схема линейной модели - на рис. 7.3б.

Сумматором (рис. 7.3а) формируется сигнал управления

где к, а, в - коэффициенты пропорциональности; т - количество последовательно включённых ТЭД.

Уравнения для приращений моментов и ЭДС двигателя Е_м имеют вид

ΔМ - ΔМ_С=JрΔω (7.1)

ΔЕ_м=с_ек_ф(i₀Δω + ω₀Δi_в0), (7.2)

где ΔМ=с_мк_фI₀Δi_в - приращение момента двигателя; с_м - постоянная двигателя по моменту; к_ф - коэффициент пропорциональности между магнитным потоком двигателя и током возбуждения; I₀ - начальное значение тока якоря двигателя; Δi_в - приращение тока возбуждения; ΔМ_С - приращение момента сопротивления; J - приведённый к двигателю момент инерции привода; р - оператор дифференцирования; Δω - приращение угловой скорости вращения якоря двигателя; с_е - постоянная двигателя по ЭДС; i_в0 и ω₀ - начальные значения тока возбуждения и угловой скорости соответственно.

Поскольку принято считать, что САР работают практически точно, а после возникновения возмущающего воздействия ΔМ_С ток в цепи якоря остаётся неизменным, то приращение напряжения на двигателе ΔU_м равно приращению его ЭДС ΔЕ_м.

Передаточные функции звеньев структурной схемы, приведённой на рис. 7.3б имеют вид:

усилитель У

,

где к_у - коэффициент усиления усилителя У по напряжению; ΔU_в - приращение напряжения возбуждения; Т_у - постоянная времени усилителя;

обмотка возбуждения L1 двигателя

 ,

где r_в и Т_в - сопротивление и постоянная времени обмотки возбуждения;

якорь двигателя

.

В соответствии со структурной схемой

ΔЕ_м(р)=с_ек_фi_в0(ΔМ- ΔМ_С)W_я(р) - с_ек_фω₀ΔЕ_мW_у(р)W_в(р)

Поскольку ΔМ=-с_мк_фI₀ΔЕ_мW_у(р), то после преобразования получаем

, (7.3)

где; Е_м10- начальное значение ЭДС двигателя;

;

Т_Σ=Т_в+Т_у;

;

;

;_в0=r_вi₀ .

В квазистационарном режиме (р=0) выражение (7.1) принимает вид

. (7.4)

Из приведённых выражений видно, что динамическая ΔЕ_м (р) и статическая ΔЕ_мс ошибки САР имеют положительые значения при отрицательных приращениях ΔМ_С, т.е. при снижениях нагрузки.

Анализ САР в общем виде при свободном и вынужденном движении возможен с помощью решения уравнения (7.3) и построения зависимости ΔЕ_м(t) от возмущающего воздействия ΔМ_С. Практический интерес представляют затухающие переходные процессы, характер которых определяется корнями уравнения р³+К₁р²+К₂р+К₃=0.

САР по отклонению частоты вращения якоря двигателя

На рис. 7.4 представлены принципиальная и структурные схемы управленя одним двигателем постоянного тока. Управляющий сигнал, как и в схеме рис. 7.3 формируется в соответствии с выражением

,

где U_мт - напряжение на зажимах тахогенератора.

Параметры САР подбираются так, чтобы при равенстве моментов на всех двигателях и одинаковой скорости вращения их якорей выполнялось условие . Поскольку обмотка возбуждения тахогенератора включена параллельно обмоткам добавочных полюсов ТЭД, то протекающий по ней ток пропорционален току якаря I_м, а напряжение на зажимах тахогенератора U_м1 - напряжению на тяговом двигателе.

При анализе САР приняты следующие допущения:

падение напряжения в цепи якоря тахогенератора пренебрежимо мало;

постоянные времени цепей обмоток якоря и возбуждения также пренебрежимо малы вследствие значительных величин их активного электрического сопротивления.

При этих допущениях ЭДС тахогенератора ΔЕ_т≈с_етк_фтI₀Δω, где с_ет - постоянная тахогенератора по ЭДС; к_фт - коэффициент пропорциональности между магнитным потоком тахогенератора и током якоря двигателя.

Уравнения (7.1) и (7.2) справедливы и в данном случае. Справедливы также выражения для передаточных функций усилителя У - W_у(p), обмотки возбуждения двигателя L1 - W_в(p)и якоря двигателя М - W_я(p).

Схема рис. 7.4б преобразуется к схеме рис. 7.4в и для неё справедливо выражение

или после преобразования

.

После преобразования выражение (7.4) приводится к виду (7.3) с той лишь разницецей, что коэффициенты

  и ,

где Е_т0=с_етк_фтI₀ω_o - начальное значение ЭДС тахогенератора.

Статическая ошибка данной САР определяется по формуле

.

Эта формула существенно отличается от формулы (7.4) для предыдущей схемы. Преимуществами даной САР являются возможности обеспечения динамической и статической погрешности любого знака, что позволяет желательным образом перераспределять мощности между последовательно включёнными двигателями; незначительной погрешности в режиме максимальной тяги при соответствующем выборе параметров.

Основной недостаток обусловливается необходимостью применения тахогенераторов, вызывающих снижение надёжности трансмиссии.

САР по разности напряжений на двигателях

Принципиальная схема САР приведена на рис. 7.5. Обмотка возбуждения первого тягового двигателя М1 питается от усилителя У, управляемого сигналом i_у, поступающим от сумматора. На вход сумматора подаются сигналы пропорциональные току якоря М1, напряжению на последовательно включённых тяговых двигателях М1 и М2. При этом сигналы вU_м1 и аU_м2 противоположны по знаку, поэтому при увеличении напряжения на одном из двигателей вследствие, например, буксования колеса его магнитный поток ослабляется, а поток другого ТЭД - возрастает.Полагаем, что:

двигатели питаются от генератора с U_г=const, и при этом ΔU_м1=-ΔU_м2;

до начала перходного процесса моменты сопротивления движению на колёсах - равны (М_С1=М_С2);

ток двигателей изменяется незначительно.

В этих условиях справедливы следующие соотношения:

для двигателя М1:

уравнение динамики - с_М1к_ф1(i_{в1 0}ΔI_M1-I_{М1 0}Δi_в1) - ΔМ_С1=jpΔω₁;

ЭДС якоря  -ΔЕ_М1=с_е1к_ф1(i_{в1 0}Δω₁+ Δω₁₀Δi_в1);

приращения напряжения

на обмотке возбуждения -ΔU_в1=r_в1(Т_в1р+1)Δi_в1;

ΔU_в1=к_у1(ΔI_M1-ΔU_м1+ ΔU_м2);

для двигателя М2: (7.5)

уравнение динамики - с_М2к_ф2(i_в20ΔI_M2-I_{М2 0}Δi_в2) - ΔМ_С2=jpΔω₂;

ЭДС якоря  -ΔЕ_М2=с_е2к_ф2(i_{в2 0}Δω₂+ Δω₂₀Δi_в2);

приращения напряжения

на обмотке возбуждения -ΔU_в2=r_в2(Т_в2р+1)Δi_в2;

ΔU_в2=к_у2(ΔI_M2-ΔU_м2+ ΔU_м1),

где ΔЕ_М1,2, Δi_в1,в2, ΔМ_С1,2, Δω_1,2 - приращения ЭДС, токов возбуждения, моментов сопротивления движению и угловых скоростей якореё тяговых двигателей М1и М2 соотвественно, а индексом 0 обозначены начальные значения этих величин.

Совместное решение системы уравнений (7.5) относительно ΔЕ_М1 имеет вид:

.(7.6)

Система устойчива при любых значениях параметров, а переходные процессы носят затухающий апериодический или колебательный характер.

В статических условиях (при р=0) уравнение (7.6) приобретает вид

,

где .

Отсюда видно,что статическая погрешность данной САР вдвое меньше погрешности САР по отклонению напряжения на двигателе. Недостатком является то, что данная САР работает только при последовательном соединении двух двигателей. Однако на практике это наиболее распространённый случай соединения двигателей.

Функциональная САР

САР, приведённая на рис. 7.6 также обеспечивает постоянство мощности каждого из двух последовательно включёных двигателей. Поскольку ток генератора и тягового двигателя один и тот же, то постоянство мощности двигателя можно обеспечить поддержанием напряжения на двигателе, равным доле напряжения генератора.

Поскольку при исходном условии прикладываемое к двигателю напряжение U₀=const и справедливо соотношение

₀=E_м1+I₀R₀=c_e1к_ф1i_в1ω₁₀+I₀R₀,

то выражение для определения тока возбуждения i_в1 тягового двигателя имеет вид

,

где R₀ - сопротивление якорной цепи ТЭД.

Для обеспечения постоянства напряжения на ТЭД (при линейной характеристике намагничивания) ток возбуждения i_в1 должен изменяться обратно пропорционально частоте вращения якоря. Поскольку ток и напряжение генератора связаны между собой (внешней характеристикой генератора), а с изменением нагрузочного момента на двигателе будет изменяться его ток (т.е. ток генератора), то вместо напряжения на двигателе в последнем выражении можно ввести долю напряжения генератора, которая и будет выступать в качестве задающего. Тогда

,

где U_з=U_г /m , m - количество последовательно включённых ТЭД в цепи.

Уравнение делительного устройства в приращениях имеет вид

,

где r_y - сопротивление цепи управления; Δi_y - приращение тока управления, к - коэффициент.

Уравнение усилителя

.

Совместное решение уравнений приводить к получению выражения, совпадающего с (7.3), в котором коэффициенты имеют следующий вид

.

В статике (при р=0) зависимость ΔЕ_с=f(ΔМ_С) имеет вид

, где .

Выбирая r_в>кк_уr_y либо r_в<кк_уr_y можно обеспечить необходимую точность управления с положительной, либо отрицательной ошибкой.

Комбинированная САР по отклонению напряжения и частоты

На рис. 7.7а приведе напринципиальная схема САР, а на рис. 7.7б структурная схема её линейной модели. Эта схема имеет два контура управления: по напряжению на двигателе U_м1 и по сигналу Е_т, пропорциональному частоте вращения вала якоря ТЭД.

Суммарный управляющий сигнал

.

Уравнение (7.1) сохраняется и в данном случае. После преобразвания структурной схемы и проведения алгебраических преобразований получаем выражение для определения зависимости ΔЕ_м(р)=f(ΔM_C), аналогичное (7.3)

,

где ; ,

а остальные коэффициенты идентичны коэффициентам формулы (7.3).

В статическом режиме (при р=0) выражение принимает вид

. (7.7)

Обеспечить условие инвариантности САР в динамике без усложнения схемы невозможно.

В статике условие выполняется при U_в0-к_уЕ_т0=0, чему соответствует начальная частота вращения вала якоря ТЭД

, где α=I_м0 /i_в0.

Следовательно, данная САР инвариантна в статическом режиме только при одном значении ω₀. которое целесообразно выбирать для наиболее тяжёлого режима работы. В окрестностях этого режима можно добиться существенного уменьшения погрешности САР путём увеличения значения знаменателя в выражении (7.7).

Таким образом, данная САР сочетает положительные свойства исходных схем и может обеспечить более высокую точность работы.

САР для выравнивания токов в параллельных цепях

Рассмотренные САР пригодны при последовательном соединении ТЭД. Однако на практике применяются схемы последовательно-параллельного их соединения с источником питания. В этом случае выравнивание мощностей параллельных цепей целесообразно осуществлять регулированием (выравниванием) токов в этих цепях и напряжений на двигателях. В качестве примера решения этой задачи рассмотрим схему, приведённую на рис. 7.8.

Тяговые двигатели М1…М4 соединены последовательно-параллельно с генератором, их обмотки возбуждения L1…L4 запитываются токами от усилителей У1…У4 соответственно.

В данном варианте САР объединены две системы управления: первая обеспечивает выравнивание токов в параллельно включённых цепях двигателей, вторая служит для выравнивания напряжений между двигателями в каждой цепи. Обе САУ действуют через один усилитель.

Приращения суммарных токов управления усилителей определяются выражениями

Δi_y1=aΔI_M1-bΔI_M2-cΔU_M1+ cΔU_M3

Δi_y2=aΔI_M2-bΔI_M1-cΔU_M2+ cΔU_M4 ( 7.8)

Δi_y1=aΔI_M1-bΔI_M2-cΔU_M3+ cΔU_M1

Δi_y1=aΔI_M2-bΔI_M1-cΔU_M4+ cΔU_M2,

где а,b,c - коэффициенты; ΔI_M1,М2 и ΔU_M1…М4 - приращения токов и напряжений соответственно I_M1,М2 и U_M1…М4.

Для элементов линейной модели САУ справедливы следующие соотношения:

уравнения динамики двигателей

с_Мк_ф(I_М10Δi_в1+ i_в10ΔI_М1)- ΔМ_С1=JpΔω₁;

с_Мк_ф(I_М20Δi_в2+ i_в20ΔI_М2)- ΔМ_С2=JpΔω₂; (7.9)

с_Мк_ф(I_М30Δi_в3+ i_в30ΔI_М3)- ΔМ_С3=JpΔω₃;

с_Мк_ф(I_М40Δi_в4+ i_в40ΔI_М4)- ΔМ_С4=JpΔω₄;

напряжения на двигателях

ΔU_M1= с_ек_ф(i_в10Δω₁+ ω₁₀Δi_в1)+ΔI_М1R₀ ;

ΔU_M2= с_ек_ф(i_в20Δω₂+ ω₂₀Δi_в2)+ΔI_М2R₀;

ΔU_M3= с_ек_ф(i_в30Δω₃+ ω₃₀Δi_в3)+ΔI_М1R₀;

ΔU_M4= с_ек_ф(i_в40Δω₄+ ω₄₀Δi_в4)+ΔI_М2R₀;

токов обмоток возбуждения двигателей

связи напряжений

ΔU_M1+ΔU_M3=0; (7.12)

ΔU_M2+ΔU_M4=0;

связи токов

ΔI_М1+ΔI_М2=0;(7.13)

связи моментов нагрузки при неизменном сопротивлении движению

ΔМ_С1+ΔМ_С2+ΔМ_С3++ΔМ_С4=0. (7.14)

Решение уравнений (7.8)…(7.14) относительно, например, ΔI_М1 равестве параметров входящих в систему элементов выражается формулой

,

где т=К₁Т_вТ₁+К₂Т_вТ₂; п= К₁(Т_в+Т₁)+К₂(Т_в+Т₂); g=К₁+К₃; т₁=К₃Т_вТ₁;

п₁= К₃(Т_в+Т₁); g₁= К₃; ; ;

;

К₀=i_в0/I_М0; К₁=ак_уr_уМ_С0; К₂=к₀r_вМ_С0; К₃=bк_уr_уМ_С0;

;

;

; ; .

В статических условиях (при р=0)

.

Поскольку К₀<<1, а к_у>>0, то последними двумя членами в знаменателе можно пренебречь и тогда

.

Литература

1. Богатырев А.В. Автомобили. - М.: Колос, 2004.

. Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А. А.. Под ред. Юрчевского А. А.. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательский центр "Академия", 2003. - 816 с.

. Гуревич А.М. и Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили. Изд. 4-е, перераб. И доп. М.: Колос, 2008.

. Дзюба П.Я., Монтаков В.А. Автомобили, тракторы и сельскохозяйственные машины: Учеб. пособие. - Киев: "Вища школа". Головное изд-во, 1983.

.Пехальский А.П. Устройство автомобилей: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. - М.: Издательский центр Академия, 2005.