Система автоматического регулирования электровоза ВЛ80р

Описание силовой схемы электровоза ВЛ80р. Режим рекуперативного торможения. Двигатель последовательного возбуждения. Тяговый двигатель в режиме генератора. Плавное регулирование напряжения на коллекторе тягового двигателя и частоты мультивибратора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

КУРСОВАЯ РАБОТА

Система автоматического регулирования электровоза ВЛ80р

Введение

В число научных дисциплин, образующих науку об управлении, входит теория автоматического управления и регулирования. Для осуществления автоматического управления техническим процессом создается система, состоящая из управляемого объекта и связанного с ним управляющего устройства. Как и всякое техническое сооружение, система должна обладать конструктивной жесткостью и динамической прочностью. Эти чисто механические термины в данном случае несколько условны. Они означают, что система должна выполнять заданные ей функции с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и на неизбежные помехи. Пока объект обладает достаточной жесткостью и динамической прочностью, потребности в автоматическом регулировании не возникают.

Значение теории автоматического управления в настоящее время переросло рамки только технических систем. Динамические управляемые процессы имеют место в живых организмах, экономических и организационных человеко-машинных системах. В таких системах функции управления не могут быть полностью переложены на автоматические устройства. Принятие наиболее ответственных решений остается за человеком. Системы, в которых автоматизируется часть операций, а другая часть выполняется человеком, получили название «Автоматизированные системы управления» (АСУ). АСУ создаются на нескольких уровнях: технологических процессов (АСУТП) и предприятия (АСУП), отрасли и т. д. В АСУ широко используется вычислительная техника. Изучение принципов построения АСУ составляет предмет специального учебного курса.

Соотношение между числом автоматизированных и неавтоматизированных операций в АСУ различных уровней неодинаково. На низшем уровне (АСУТП) роль автоматических устройств и роль динамики превалируют. На высших уровнях учет динамики становится существенно труднее как вследствие усложнения структуры системы и возрастания числа управляемых переменных, так и вследствие увеличения числа и возрастания роли не поддающихся формализации на математическом языке факторов. В настоящее время интенсивно развиваются новые разделы динамики управления: «Динамика сложных систем», изучающая системы высокой размерности со сложной структурой, описание которых может быть выполнено на математическом языке, и «Системная динамика», изучающая поведение сложных систем при наличии как формализуемых, так и неформализуемых факторов. Одним из основных методов исследования в системной динамике является имитационное моделирование. В настоящее время изучение динамики сложных систем и системной динамики выходит за рамки излагаемого в данной книге курса обнов теории автоматического управления.

Законы динамики в сложных системах обычно не являются основными и определяющими само управление, как это свойственно техническим системам, но тем не менее их влияние зачастую существенно и отказ от их учета приводит к крупным потерям В автоматизированных системах, управления (АСУ) технологическими процессами роль динамики бесспорна и превалирует, но она становится все более ясной и в других типах АСУ по мере расширения, их не только информационных, но и управляющих функций.

В настоящее время автоматизированные системы внедрены в различные сферы хозяйственной деятельности, и в первую очередь в проектирование, управление оборудованием и технологическими процессами.

Исходные данные

1. Разработать систему автоматического регулирования параметров электровоза ВЛ80р.

2. Основной параметр - тормозная сила.

3. Дополнительный параметр - возбуждение.

4. Режим регулирования - рекуперация

5. Система астатическая.

6. Расчет провести на одну тележку.

1. Описание силовой схемы электровоза ВЛ 80р

Силовая схема в рекуперативном режиме. Все переключения в силовой цепи при переходе из тягового режима в режим торможения и обратно производятся тормозными переключателями 49, 50. При сборе силовой цепи в режиме торможения якорь каждого тягового двигателя отключается от своей обмотки возбуждения и подключается последовательно со стабилизирующим резистором R5 к выпрямительно-инверторному преобразователю. Обмотки возбуждения всех двигателей 1-й и 2-й секций соединяются последовательно. Резисторы постоянной шунтировки Р0-РЗ остаются включенными параллельно обмотке возбуждения.

Обмотка тягового трансформатора с выходами х4, а6, а7 и выпрямительные установки возбуждения 60 1-й и 2-й секций образуют схему двухполупериодного выпрямления с нулевой точкой для питания регулируемым выпрямленным напряжением обмоток возбуждения тяговых двигателей. Напряжение холостого хода между выводами а6-а7 и а7-х4 составляет 180В.

Включение и отключение обмоток возбуждения тяговых двигателей осуществляется электропневматическими контакторами 46, 47. Тяговые двигатели в рекуперативном режиме работают как генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. При рекуперативном торможении осуществляется инвертирование постоянного тока генераторного режима в переменный ток промышленной частоты. Стабилизирующий резистор R5 необходим для обеспечения электрической устойчивости при работе инвертора и улучшения распределения тока между тяговыми двигателями. Измерение тока якоря двигателей М1-М4 осуществляется датчиками тока ДкТ1-ДкТ4, которые подают соответствующие сигналы в систему управления преобразователем в режиме рекуперации.

В рекуперативном режиме работы электровоза тормозное усилие регулируется в зоне высоких скоростей плавным изменением тока возбуждения, а в зоне малых скоростей - плавным изменением э.д.с. трансформатора.

Схемой предусмотрен режим торможения противотоком (I зона, низкая скорость). В этом случае тяговые двигатели работают как двигатели с независимым возбуждением при обратном направлении протекания тока возбуждения. Контур тока якорей двигателей остается прежним, однако моменты открытия тиристоров выбираются так, чтобы ток протекал под действием э.д.с. контактной сети.

Регулирование тормозного усилия плавным изменением тока возбуждения от 0 до 1100А осуществляется изменением угла открытия тиристоров выпрямительных установок возбуждения 60.

Основные регуляторы и датчики.

Регулятор напряжения РН-43. Предназначен для поддержания заданного напряжения цепей управления.

Датчик тока ДТ-39. Предназначен для формирования электрического сигнала, пропорционального токам якорей или токам возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения.

Датчик угла коммутации ДУК. Предназначен для формирования импульсов напряжения, длительность которых соответствует времени коммутации тока в плечах силового преобразователя.

Трансформатор тока ТТ-14. Предназначен для формирования импульсов тока в момент коммутации тока в плечах преобразователя ВИП для датчика угла коммутации.

Контроллер машиниста КМЭ-80. Предназначен для дистанционного управления электровозом в режимах тяги и рекуперативного торможения. КМЭ имеет сельсины марки БД-501НА для управления ВИП в режимах тяги и рекуперации.

Датчик тока ДТ-020. Предназначен для формирования напряжения, пропорционального току якоря.

Рис1. Принципиальная электрическая схема электровоза ВЛ80р в режиме рекуперативного торможения.

2. Функциональная схема САР

Режим рекуперативного торможения предполагает наличие двух управляемых выпрямительных установок. Управляемые выпрямительные установки (ВИП и ВУВ) осуществляют питание обмоток возбуждения и инвертирование тока. Для вентилей ВИП и ВУВ необходимы системы управления для регулирования углов открытия тиристоров.

Каждая функциональная схема имеет задающие элементы (задатчики) для задания требуемого значения регулируемого параметра. Поскольку проектируемая система является двухпараметрической, то будем иметь два задатчика.

Функциональная схема содержит задатчики для снятия действительных значений регулируемых параметров и элементы сравнения для сравнения заданных и действительных значений параметров регулирования.

Функциональная схема проектируемого САР представлена на рисунке № 2.

На рисунке № 2 применены следующие обозначения:

ЗдТВ - задатчик тока возбуждения (КМЭ-80);

ЗдТС - задатчик тормозной силы (КМЭ-80);

БП - блок питания;

БВУ - блок выпрямительной установки возбуждения (БВУ-758);

БУ - блок управления (БУВИП-113);

ДТЯ - датчик тока якоря (ДТ-020);

ДТВ - датчик тока возбуждения (ДТ-39);

ДТС - датчик тормозной силы;

ОР - орган регулирования (ТЭД).

3. Разработка принципиальных схем основных элементов системы

3.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Функциональные схемы являются основой для конструирования всей системы, состоящей из отдельных элементов. Для исследования статических и динамических характеристик системы в целом составляют ее структурную схему, которая состоит из отдельных типовых динамических звеньев и является ее математической моделью. Поэтому, конструируя тот или иной функциональный узел, удобно давать математическую модель, которая отражает его статическую и динамическую характеристики, служит основой для составления общей структурной схемы. Заметим, что число звеньев (узлов) в функциональной и структурной схемах...