Электропривод транспорта. 1. Конструкция и характеристики тягового преобразователя и электродвигателя
 Скачать 86.04 Kb.
|
|
Реферат Тема 7 Электропривод электрифицированного транспорта Структура и характеристика электроприводов трамвая, троллейбуса, метрополитена. Номинальные напряжения, тока, мощности электроприводов, режимы работы. 1.Конструкция и характеристики тягового преобразователя и электродвигателя. Асинхронный тяговый двигатель получает питание от специальных статических преобразователей. Преобразователи по управляющим сигналам системы управления регулируют на выходе напряжение и частоту питания. Преобразователь тяговый ПТАД-202М-180 ЧС3.211.053 в комплекте тягового электрооборудования трамвайного вагона. ПТАД обеспечивает без-реостатное управление движением трамвайного вагона вперед и назад с плавным изменением ускорения и скорости в интервале напряжений контактной сети от 400В, до 720В, в длительном режиме до 950 В, в кратковременном режиме. При автономной работе (движение при обесточке) минимальное напряжение аккумуляторной батареи – 18В. ПТАД состоит из двух комплектов (инверторов напряжения). Каждый инвертор обеспечивает управление двигателями одной тележки (два двигателя). Инверторы работают независимо друг от друга. В состав ПТАД входят: –преобразователь тяговый (два комплекта), расположенный на крыше трамвайного вагона –два преобразователя напряжения «Устройства подзаряда», расположенные в преобразователях тяговых –система индикации, диагностики состояний электропривода и бортовых устройств вагона трамвая Тяговый асинхронный электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую работу, необходимую для движения вагона. Этот же электродвигатель преобразует механическую энергию вагона в электрическую энергию во работы в режиме торможения. Конструктивно электродвигатель состоит из двух частей: неподвижной части, называемой статором и вращающейся части, называемой ротором. Обмотка статора равномерно распределена по его окружности. Обмотки фаз статора соединены в звезду. Обмотка ротора состоит из короткозамкнутых стержней. При питании трёхфазной обмотки статора трехфазным током создается магнитное поле с частотой вращения n-1. Вращающийся магнитный поток индуцирует в обмотках статора и ротора ЭДС Е1 и Е2. Под действием ЭДС Е2 в обмотке ротора возникает ток I2, при взаимодействии которого с магнитным полем статора создается электромагнитный вращающий момент М. Величина ЭДС Е и частота ее изменения f2 зависят от скорости пересечения магнитным полем статора витков обмотки ротора. Частота пересечения магнитным полем статора обмотки ротора является относительной частотой поля статора относительно ротора и равна его разности f1-f2. Если разность равна нулю, то нет движения поля. При увеличении разности частот f1-f2 величины E2, I2, f2 и М увеличиваются. Условием работы асинхронного электродвигателя является неравенство частот вращения поля статора и ротора. Относительная разность частот вращения называется скольжением. Под действием вращающего момента ротор вращается в направлении вращения магнитного поля. Для реверсирования направления вращения электродвигателя, т.е. для изменения направления вращения ротора, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается в трехфазных электродвигателях изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами включение двух любых из трех проводов, подключающих ТАД к сети. 2.2 Режимы работы. Характеристики циклов движения SAE Комплект асинхронного тягового электропривода в составе порожнего или груженого вагона, на ровном горизонтальном участке пути, при движении на подъеме или уклоне до 0,01 позволяет реализовать режимы движения: - пуск и автоматический разгон до скорости – 70 км/ч при процессе пропорционального увеличения частоты и амплитуды напряжения питания ТАД; - автоматический разгон до максимальной скорости, осуществляется постепенным увеличением величины скольжения до ее критической величины; - выбег - электрический тормоз (рекуперативный или реостатный) - экстренное электрическое торможение (совместное действие электрического и механического рельсовых тормозов) - торможение вагона механическим тормозом (стояночный тормоз) - реверсирование - регулирование интенсивного пуска путем задания водителем трамвая величины фазного тока от минимального значения 100А до максимальной величины 400А - удержание вагона в заторможенном состоянии при стоянке под уклоном, или подъемом - защита от юза и буксования. Скорости для циклов SAE:
2.3 Моторная тележка Вагон оборудован двумя моторными тележками. Тележка представляет собой две колесные пары с электроприводами (рис. 1).  Рисунок 1 – Общий вид моторной тележки На ходовых тележках размещены: колесные пары, карданно-редукторная передача, тяговые электродвигатели, тормозные устройства, дисковые тормоза с электрическим приводом и электромагнитные рельсовые тормоза. Колесная пара состоит из двухступенчатого редуктора и двух подрезиненных колес. Максимальная статическая нагрузка на колесо не должна превышать 70 кН. Максимальный вращающий момент (тяговый или тормозной) передаваемый колесом 15 кН*м. Колесо предназначено для эксплуатации на открытом воздухе. Основные параметры колеса:
3 Особенности кинематической схемы На кинематической схеме показана последовательность передачи движения от электродвигателя через карданный вал и двухступенчатый редуктор к колесным тележкам трамвая (рис. 2).  Рисунок2 – Кинематическая схема 1 – электродвигатель; 2 – двухступенчатый редуктор; 3 – колесная пара. 4. Силы сопротивления движению К силам сопротивления движению трамвая относят внешние неуправляемые силы, направленные, как правило, против движения вагона. Силы сопротивления движению делят на основные, действующие при движении трамвая всегда, и дополнительные, возникающие только при движении по отдельным участкам пути с уклоном, в отдельные периоды времени. Сумму сил основного и дополнительного сопротивлений называют общей силой сопротивления движению трамвая. Значение величины силы общего сопротивления движению трамвая должно быть меньше, значения величины силы движения трамвая. Это необходимое условие для сохранения трамваем номинальной скорости при движении под уклоном. Все дальнейшие расчеты будут приведены для одного электродвигателя, а учитывая, что в трамвае модели ЛМ-2008 установлено 4 электродвигателя, по одному для каждой колесной пары, масса вагона с пассажирами, будет делиться на четыре. 4.1 Работа силовой схемы, содержащей комплект асинхронного электропривода. При наличии на входе комплекта напряжения контактной сети блоки ПТАД-202М-180 формируют выходные параметры движения (напряжение, фазные токи, частоту питания и скольжение ТАД). При наличии механических сил сопротивления вагона (сопротивление движению) и заданных водителем управляющих величин фазных токов и частоты определяется величина момента, развиваемого ТАД как при пуске, так и при тормозе. На электромеханические характеристики работы ТАД накладываются физические ограничения (по мощности, скорости движения, величине коэффициента сцепления и напряжению). Контроллером водителя задается величина фазного тока, которая определяет ускорение вагона при пуске или замедлении, при торможении. При правильно заданном фазном токе, когда сумма электромеханических моментов всех электродвигателей превышает величину сопротивления движению и не превышает величину ограничения по сцеплению, происходит трогание и разгон вагона. В момент трогания вагона частота питающего напряжения обмоток статора тягового асинхронного электродвигателя равна частоте тока в роторе (скольжение) пропорциональное заданному фазному току. 5. Обоснование выбора системы управления Для решения задач регулирования скорости в современном электроприводе существуют два метода частотного управления: - скалярное управление; - векторное управление. В рассматриваемом трамвае нашла применение векторная система управления по принципу ведущий - ведомый. При использовании векторной системы управления достигаются следующие преимущества: - плавное, без рывков, вращение двигателя в области малых частот; - возможность обеспечения номинального момента на валу при нулевой скорости; - быстрая реакция при изменении нагрузки, при резких скачках нагрузки практически не происходит скачков скорости; - обеспечение такого режима работы двигателя, при котором снижаются потери на нагрев и намагничивание, а следовательно возрастает КПД. Наряду с очевидными преимуществами, методу векторного управления присущи некоторые недостатки, такие, как большая вычислительная сложность и необходимость знания параметров двигателя. Кроме того, при векторном управлении колебания скорости на постоянной нагрузке больше, чем при скалярном управлении. Эти параметры по предварительным расчетам должны были обеспечить достаточную силу сжатия, скорость сгибания около двух секунд и приемлемую точность управления устройством. Первая попытка оказалась неудачной: реализовать винтовую передачу с указанными характеристиками не удалось (шаг резьбы должен был составлять 11 мм). Далее был выбран вариант с обычной резьбой болта М5, у которого шаг резьбы составляет 0.8 мм. В этом случае скорость сгибания пальца составила 24 с. Поэтому мотор–редуктор был заменен на такой же типоразмер, но с меньшим передаточным числом и более высокой скоростью оборотов в минуту, теперь номинальная скорость двигателя составляет – 2200 об/мин и номинальное напряжение - 12 В, что позволило реализовать скорость сгибания пальца в 2 с, однако пришлось пожертвовать силой сжатия. Данная конструкция разработана для того, чтобы была возможность удерживать большие веса не с помощью электропривода, а благодаря своей конструкции. Червячная передача позволяет зафиксировать предмет и не дать ему выпасть, а выбранная конструкция дает возможность отключить приводной двигатель и зафиксировать предмет в одном положении. Это дает экономию энергии и увеличение длительности работы устройства в условиях автономной длительной эксплуатации. Можно увеличить этот показатель, заменив пластиковые делали на определенный сплав металлов для усиления конструкции и уменьшения люфтов между деталями конструкции. |