Типовое задание № 1. Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (фгбоу во пгупс) Кафедра "Электрическая тяга" Типовое задание 1 Принципиальная схема силовой цепи и функциональная схема системы автоматического управления

• Название: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (фгбоу во пгупс) Кафедра "Электрическая тяга" Типовое задание 1 Принципиальная схема силовой цепи и функциональная схема системы автоматического управления
• Дата: 14.11.2021
• Размер: 0.83 Mb.
• Имя файла: Типовое задание № 1.docx
• Тип: Документы; #271428

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Кафедра "Электрическая тяга"

Типовое задание №1

«Принципиальная схема силовой цепи и функциональная схема системы автоматического управления»

Вариант 22


Выполнил обучающийся

Курс 5

Группа ПС-704 Бурдейный Н.А.

^{подпись, дата}
Принял Викулов И.П.

^{подпись, дата}

Санкт-Петербург

2021

1. Общие положения

Основные задачи проектирования

Цель проектирования – практическое изучение элементной базы, принципов построения систем автоматического управления (САУ), переходных процессов в силовых цепях современного электроподвижного состава на примере расчета и компьютерного моделирования системы автоматического управления тяговыми электродвигателями (ТЭД) электровоза переменного тока.

Основными задачами проектирования являются расчет статических и динамических параметров элементов контура регулирования тока ТЭД, расчет параметров элементов компьютерной модели силовой цепи и системы автоматического управления, моделирование переходных процессов в силовой цепи электровоза переменного тока 2ЭС5К или ЭП1.

Для выполнения этих задач необходимо:

– изучить расчётную схему электрических цепей, функциональную и структурную схемы контура регулирования тока тяговых электродвигателей (ТЭД) и микропроцессорной системы автоматического управления;

– выполнить расчет динамических параметров элементов контура регулирования тока ТЭД и параметров настройки регулятора тока ТЭД;

– рассчитать параметры элементов и произвести настройку компьютерной модели САУ тяговыми электродвигателями.

– выполнить расчет переходных процессов в силовых цепях проектируемой САУ для режима пуска электровоза и при возмущающем ступенчатом воздействии изменения уровня напряжения контактной сети.

2. Принципиальная схема силовой цепи и функциональная схема системы автоматического управления

Грузовой четырехосный электровоз 2ЭС5К оборудован двумя 4-х зонными тиристорными выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП).

Эти преобразователи осуществляют регулирование напряжения, подводимого к ТЭД в режимах тяги и электрического рекуперативного торможения.

Микропроцессорная система автоматического управления (МПСУ) осуществляет управление выпрямительно-инверторными преобразователями, регулирование тока ТЭД и скорости движения электровоза.

Упрощенная принципиальная схема силовых электрических цепей тяговых электродвигателей секции электровоза 2ЭС5К, питающихся от одного ВИП, и функциональная схема контура регулирования тока ТЭД микропроцессорной системы управления для режима тяги показаны на рис. 1. Контур автоматического регулирования скорости движения в работе не рассматривается. Схема силовых цепей и САУ тяговыми электродвигателями электровоза 2ЭС5К аналогична схеме, приведенной на рисунке 1.

На схеме обозначены переменные: i_я, i_в – токи якорей и возбуждения ТЭД; u_d , i_d - выходное напряжение и выпрямленный ток нагрузки ВИП; U_кс, U₂ – напряжение контактной сети и тяговой обмотки трансформатора; u_дт , i_дт – выходной и масштабированный сигналы датчиков тока ТЭД; C_р – выходная числовая переменная регулятора тока РТЯ; t_р, α_р – переменные временные и фазовые интервалы отпирания тиристоров ВИП; α₀, α_0з постоянные фазовые интервалы отпирания тиристоров ВИП; u_си – импульсы синхронизации модулей МПСУ.

В тяговом режиме стабилизация тока тяговых электродвигателей на заданной уставке I_уст осуществляется регулятором тока якорей (РТЯ) микропроцессорной системы управления, обеспечивающей зонно-фазовое регулирование углов отпирания α_р тиристорных плеч ВИП. Расширение диапазона регулирования достигается применением ступеней ослабления возбуждения ТЭД. В рамках выполняемого курсового проекта применены две ступени, включаемые посредством контакторов КВ1 – КВ4.



Рис.1. Расчетная схема силовых цепей и САУ

На схеме обозначены:

i_я, i_в– токи якорей и возбуждения ТЭД;

u_d , i_d - выходное напряжение и выпрямленный ток нагрузки ВИП;

U_кс, U₂ – напряжение контактной сети и тяговой обмотки трансформатора;

u_дт1 -u_дт4, – выходные сигналы датчиков тока ТЭД;

i_дт –масштабированный сигнал датчиков тока ТЭД;

C_р - выходная цифровая переменная регулятора тока РТЯ;

t_р, α_р–временные и фазовые интервалы отпирания тиристоров ВИП;

u_си – импульсы синхронизации модулей МПСУ.

Уставка тока I_уст тяговых электродвигателей задается потенциометром задающего элемента (ЗЭ) посредством поворота рукоятки контроллера машиниста.

Измерение токовякорей осуществляется датчиками токаДТ1 - ДТ4, установленными в цепи каждого ТЭД. Модуль «ИЛИ-MAX» САУ выделяет из сигналов всех датчиков тока наибольшийпо уровню. Выходные сигналы датчиков тока периодически многократно преобразуются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) в цифровые величины на интервале каждой полуволны напряжения тяговой обмотки трансформатора. Интервал полуволны напряжения называют периодом управленияМПСУ (τ_у = 0,01с).

Функциональная схема САУ контура регулирования тока ТЭД электровозов для тягового режима показана на рис.2.


Рис.2.Функциональная схема контура регулирования тока ТЭД.
В микропроцессорной системе управления производится масштабированиецифровых сигналов датчиков тока u_дт в величины i_дт, кратные действительнымзначениям токов тяговых электродвигателей i_я. Блок-программа числовой обработки сигналов датчика тока производит вычисление среднего значения сигнала ⁱ_дт по окончанию каждой полуволны напряжения тяговой обмотки трансформатора.

Синхронизацияработы всех модулей МПСУ осуществляется импульсными сигналами синхронизации u_си ,которые формируются в модуле синхронизации (СХ) напряжением тяговой обмотки трансформатора U₂ посредством сигнала согласующего трансформатора (ТС).

Блок-программа регуляторатока якорей (РТЯ) ТЭД производит каждый период управления вычисление числовой переменной С_р с заданным законом ^{регулирования по сигналу рассогласования(Iуст -} i _дт ^{). Числовая переменная Ср} передается в таймер-фазорегулятор (ФР).

Формирователь сигналовуправления – таймер-фазорегулятор производит отсчет интервалов времени t_р, пропорциональных числовой переменной С_р, относительно импульсов синхронизации u_си. Выходными сигналами таймера-фазорегулятора являются импульсныесигналы, формируемые с интервальными задержками t_р, соответствующими фазовым угламрегулирования α_р тиристорных плеч ВИП.

Распределитель сигналовуправления – блок-программа фазового управления (БФУ) производит формирование постоянных фазовых интервалов α₀, α_0з отпирания тиристоров ВИП и распределение импульсных сигналов управления α₀, α_0з, α_р по заданному алгоритму каждой зоны регулирования.

Включение контакторов КВ1 – КВ4 ступеней ослабления возбужденияпроизводится автоматически на 4-й зонерегулирования при снижении углов регулирования ВИП до минимальной величины α_рmin.
Вывод: В типовой задаче № 1 была разработана принципиальная и функциональная схема САУ контура регулирования ТЭД микропроцессорной системы автоматического управления (рис.1) с обозначением переменных величин и расчетных параметров элементов. Составлено краткое описание силовых цепей электровоза и функциональных жлементов САУ, и принципа автоматического управления.