Delist.ru

Выбор рациональной структуры, основных компонентов и систем управления электротрансмиссией гусенечных машин (23.03.2007)

Автор: Назаров Сергей Витальевич

Для реализации указанных требований и в соответствии с принятой взаимосвязью частоты и уровня напряжения на выходе преобразователя, схемой управления энергоисточника и структурной схемой стабилизации тягового двигателя по скольжению сформирована следующая структурная схема системы управления ЭТ с АД (рис. 2.)

Структурная схема управления включает контуры стабилизации скорости ротора АД, абсолютного скольжения и тока.

Для предотвращения ''жесткого'' режима управления АД при высоком темпе изменения частоты, когда ротор АД в силу большой инерционности не успевает за безинерционным магнитным полем и не выполняется условие ? ‹ ?рк, в цепь передачи управляющего воздействия на устройство управления выпрямителем (ВУ) и преобразователя частоты (ПЧ) введено динамическое звено (ДЗ), с Кдз=1 и постоянной времени Тдз=Тм, в виде апериодического звена второго порядка.

Рис. 2 Структурная схема управления ЭТ с АД

Частотно-токовое управление АД построено по трехконтурной схеме, в которой абсолютное скольжение fs задается в функции тока, а уставка тока регулируется в функции отклонения скорости от заданной с помощью датчика частоты вращения (ДЧВ).

Тормозной режим осуществляется выработкой задатчиком торможения (ЗТ) управляющего сигнала Uт, воздействующего на систему управления генератором, уменьшающей ток возбуждения генератора и тем самым, переводя ТЭД в генераторный режим работы.

Тормозное усилие регулируется изменением напряжения СГ в функции угла нажатия педали ЗТ. Регулирование напряжения в этом случае в отличие от тягового режима осуществляется в контуре СУГ.

Реверсирование движения вездехода осуществляется выработкой сигнала по реверсированию движения Uрх регулятора движения (РД), передающего его на задатчик реверсирования движения (ЗРД).

Схема автоматического управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, управляемым тиристорным преобразователем с автономным инвертором тока предложена в виде, представленном на рис. 3.

Рис. 3. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

Блок регулирования для этой схемы построен по принципу подчиненного регулирования. Входными сигналами блока регулирования являются: задающее напряжение Uз,с, напряжение отрицательной обратной связи по выпрямленному току Ui, напряжение отрицательной обратной связи по угловой скорости асинхронного двигателя Uw.

Управляемый выпрямитель может быть выполнен по различным схемам и на основе различной элементной базы. В предложенной схеме (рис. 4) тиристоры, относительно просто управляемы однополупериодными магнитными усилителями МУ, с помощью которых можно регулировать угол включения тиристоров.

Рис. 4. Схема тиристорного выпрямителя и его системы управления.

Управление тяговым ВД осуществляется изменением напряжения Uд и угла опережения ? в функции его угловой скорости ?д и положения ротора (или частоты тока fд). При этом необходимо учитывать, что нагрузочная способность ВД при малых углах ? ограничивается пределом коммутационной способности, а при больших ? пределом статической устойчивости схемы управления. Это предполагает выполнение следующих условий:

ток двигателя Iд по коммутационной способности не должен превышать предельного значения, например, для трехфазной мостовой схемы

где ?д ( эквивалентное коммутационное сопротивление; Ед ( коммутационная э.д.с.

Момент нагрузки не должен превышать максимальный момент ВД, определяемый выражением

где p ( число пар полюсов; m1 ( число фаз двигателя; ra ( активное сопротивление фазы.

Для решения задачи по выбору законов изменения напряжения и тока введено среднее значение электромагнитного момента для ВД и выбор осуществляется с учетом следующих условий IД

Предложенная структурная схема системы управления ЭМТ обеспечивает устойчивую работу на участке механической характеристики при широком изменении момента нагрузки.

Оценка внешних условий движения проведена по двум типам дорожно-грунтовых условий (ДГУ): дорожно-грунтовые условия ДГУ-3 (главным образом различные грунтовые дороги) и ДГУ-4 (различные участки бездорожья на местности).

В частности, определены тяговые характеристики ГМ массой около 40 тонн с ЭМТ, ЭТ классического типа и ГМТ, приведены на рис. 5. Анализ полученных расчетных тяговых характеристик показал, что для ГМ с ЭТ, выполненной по классической схеме, средняя скорость движения для ДГУ-3 составила 8.28 м/с, а для ДГУ-4 ( 8.02 м/с.

Рис. 5. Тяговая характеристика ГМ с различными типами трансмиссий

Для ГМ с ЭМТ, выполненной по центральной схеме с поперечным валом и электродвигателем поворота, средняя скорость движения для ДГУ-3 составила 8,76 м/с, а для ДГУ-4 ( 8,29 м/с. Для ГМ с ГМТ значения средней скорости составили 8,3 и 7,85 м/с соответственно.

В четвертой главе предложена структурная схема перспективной ЭТ для заданного класса ГМ. Оптимальной для данного класса ГМ является структурная схема ЭМТ переменного тока с поперечным валом, полнопоточная для прямолинейного движения и двухпоточная для режима поворота.

Предлагаемый вариант трансмиссии состоит из следующих основных систем:

-основной тяговый привод, выполненный по центральной схеме, включающий тяговый электродвигатель, механический двухступенчатый редуктор и основной поперечный вал;

-рулевой привод, включающий электродвигатель поворота, "нулевой" вал (скорость вала при прямолинейном движении равна нулю) и два дифференциальных механизма поворота;

-тормозная система, состоящая из тормозных резисторов и механических фрикционных тормозов;

-гидравлическая система, состоящая из золотников управления фрикционными тормозами, золотников управления редукторами, насосов и аккумуляторов давления;

-генератор, связанный непосредственно с выходным валом дизельного двигателя. Механическая связь дизельного двигателя с трансмиссией отсутствует;

-силовые и управляющие электронные системы тягового электродвигателя, электродвигателя поворота, тормоза и генератора.

Наличие двухступенчатого редуктора и "нулевого" вала с дифференциальным механизмом поворота значительно снижают требования к электрическим двигателям и релейным силовым электронным компонентам по сравнению с полностью электрическим приводом.

Предлагаемая структурная схема (рис. 6) состоит из двух частей: электрической и механической.

Рис. 6. Структурная схема ЭМТ

На рис. 7 представлена функциональная блок-схема системы управления электромеханической трансмиссией ГМ. На представленной блок-схеме введены следующие условные обозначения: 1 – двигатель внутреннего сгорания (ДВС); 2 – механический редуктор от ДВС к генератору; 3 – тяговый синхронный генератор (СГ); 4 –управляемый выпрямитель; 5 – инвертор тягового электродвигателя; 6 – инвертор двигателя поворота; 7 – электродвигатель поворота; 8 – тяговый электродвигатель; 9 – дифференциальный механизм поворота левый; 10 ( дифференциальный механизм поворота правый; 11 – двухступенчатая планетарная коробка передач; 12 – бортовой редуктор левого борта; 13 – бортовой редуктор правого борта; 14 – блок задания режимов движения; 15 – блок управления двигателем внутреннего сгорания; 16 – блок регулирования; 17 – блок управления выпрямителем; 18 – блок управления инверторами; 19 – датчик тока управляемого выпрямителя тягового двигателя; 20 – датчик угловой скорости электродвигателя поворота; 21 – датчик угловой скорости тягового электродвигателя; 22 – блок коммутации емкостного накопителя; 23 – блок МНЭ; 24 – датчик напряжения тягового электродвигателя; 25 – тормозные резисторы; 26 – датчик перехода системы в тормозной режим; 27 ( блок управления генератором.

Основное внимание уделено разработке блока коммутации МНЭ с элементами ЭМТ. На рис. 8. представлена функциональная схема блока коммутации, в состав которого входят следующие элементы: 28 – логический блок управления; 29 – шина постоянного тока; 30 – блок переключения емкостного накопителя и тормозных резисторов; 31 ( датчик напряжения емкостного накопителя; 32 ( датчик частоты вращения двигателя внутреннего сгорания.

Шина питания постоянного тока 29 обеспечивает электроэнергией составные элементы блока коммутации.

Логический блок 28 анализирует сигналы, поступающие от датчиков 24, 31 и датчика перехода в тормозной режим 25, и управляет работой блока переключения 30.

Блок переключения 30 осуществляет подключение и отключение блока МНЭ 23 и тормозных резисторов 26 к инверторам, в различных режимах работы трансмиссии.

загрузка...