Файл: южноуральский государственный университет (национальный исследовательский университет).pdf

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
38
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
M
(δ)
=
2
∙ 406.52 ∙ (1 + 1.02 ∙ 0.345)
0.345 1 +
1 0.345
+ 2 ∙ 1.02 ∙ 0.345
=
279.6 Нм.
При скольжении равным 0,01
M
(δ)
=
2
∙ 406.52 ∙ (1 + 1.02 ∙ 0.345)
0.345 0,01 +
0,01 0.345 + 2 ∙ 1.02 ∙ 0.345
=
31,2 Нм.
Значения по оси скорости рассчитываются по выражению
ω(δ)
= ω
0
∙ (1-δ).
(4.25)
Подставляем числовые значения в формулу
При скольжении ровным 1
ω(δ)
= 314 ∙ (1-1) = 0 рад с
При скольжении ровным 0,01
ω(δ)
= 314 ∙ (1 - 0,01)= 311 рад с
Проведя расчеты можем построить естественную характеристику асинхронного двигателя.
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя представлена на рисунке 4.1.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
39
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
Рисунок 4.1 – Естественная механическая характеристика двигателя
Электромагнитная характеристика асинхронного двигателя представляет собой зависимость тока статора от скорости. Полагая ток намагничивания 0 реактивным ток статора через приведенный ток ротора можно найти по формуле
I
1
(ω) =√I
0 2
+ (I
2
,
(ω))
2
+ 2 ∙ I
0
∙ I
2
,
(ω) ∙ sin
φ
2
(ω).
(4.26)
Для того чтобы произвести вычисления воспользуемся дополнительными формулами
I
2
,
(ω) =
U
ф
√(R
1
+
R2
,
ω0 - ω
ω0
)
2
+ X
КН
2
;
(4.27) sin
φ
2
(ω) =
X
кн
√(R
1
+
R2
,
ω0-ω
ω0
)
2
+X
КН
2
(4.28)
Подставляем числовые значения в формулу
При диапазоне скорости равным 7

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
40
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
I
2
,
(ω) =
220
√(0,48 +
0,471 314
- 7 314
)
2
+
1,307 2
= 135.57А; sin
φ
2
(ω) =
1,307
√(0,48 +
0,471 314
- 7 314
)
2
+ 1,307 2
= 0,80.
Подставляем получение значения в формулу
I
1
(ω)=√19.81 2
+ (135,57)
2
+
2 ∙ 19.81 ∙ 135.57 ∙ 0.80=151.88А.
При диапазоне скорости равным 170
I
2
,
(ω) =
220
√(0,48 +
0,471 314
- 170 314
)
2
+ 1,307 2
= 110.28А;
sin
φ
2
(ω) =
1,307
√(0,48 +
0,471 314-170 314
)
2
+ 1,307 2
=
0,65.
Подставляем получение значения в формулу
I
1
(ω)=√19.81 2
+ (110,28)
2
+ 2 ∙ 19.81 ∙ 110,28 ∙ 0.65=124.07А.
При диапазоне скорости равным 270
I
2
,
(ω)=
220
√(0,48+
0,471 314
- 270 314
)
2
+ 1,307 2
= 54.22А;

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
41
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ sin
φ
2
(ω)=
1,307
√(0,48+
0,471 314
- 270 314
)
2
+1,307 2
= 0.322.
Подставляем получение значения в формулу
I
1
(ω)=√19.81 2
+ (54.22)
2
+ 2 ∙ 19.81 ∙ 54.22 ∙ 0.322 = 63,43А
На основе полученных данных в ходе вычислений построим естественную электромеханическую характеристику двигателя рисунок 4.2
Рисунок 4.2 – Естественные электромеханические характеристики двигателя
Проведенные расчеты подтверждают, что выбранный двигатель обеспечивает наибольшую производительность системы охлаждения. При этом производительность режим работы электродвигателя близок к номинальному по скорости вращения и статорным токам.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
42
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
5
СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И АЛГОРИТМ РАБОТЫ МОДУЛЯ
ОХЛОЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
5.1Микропроцессорна система управления и диагностики
Микропроцессорная система управления и диагностики (МПСУиД) предназначена для управления тяговыми двигателями, вспомогательными машинами и другими аппаратами электровоза с числом секций не более четырех.
МПСУиД на основании информации, получаемой с пульта управления, а также от аппаратов и датчиков, осуществляет управление силовыми преобразователями и аппаратами электровоза и обеспечивает:

безопасные режимы работы оборудования;

взаимодействие отдельных секций электровоза;

взаимодействие с системами безопасности и цифровой технологической радиосвязи
Аппаратура МПСУиД устанавливается в каждой секции электровоза, при этом осуществляется взаимодействие между секциями электровоза по межсекционной линии связи.
5.1.1 Тхнические характеристики МПСУиД
МПСУиД обеспечивает работу электровоза в трех режимахуправления:

Ручном;

Полуавтоматическом;

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
43
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ

Автоматическом;
При работе в ручном режиме МПСУиД обеспечивает защиту оборудования от опасных режимов и управление системами электровоза по командам с пульта управления и сигналам, получаемым от датчиков и аппаратов
В полуавтоматическом режиме МПСУиД обеспечивает:

Разгон с заданным тяговым усилием и возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых
Тяговыми характеристиками электровоза;

Электрическое торможение с заданным тормозным усилием и возможность последующего автоматического поддержания скорости в диапазонах, определяемых тормозными характеристиками электровоза;
В автоматическом режиме МПСУИД обеспечивает:

поддержание давления сжатого воздуха в питательной магистрали;

регулирование частоты вращения вентиляторов охлаждения тяговых двигателей и пуско-тормозных резисторов;

автоматизированное, рациональное управление тяговыми двигателями, для ведения поезда по сигналам автоматической локомотивной сигнализации с учетом профиля пути.

защиту от скольжения (боксования и юза) колесных пар;

диагностику оборудования и аппаратов;
5.1.2. Состав МПСУиД
Аппаратура МПСУиД представляет собой блочную конструкцию с открытой архитектурой, что позволяет, при необходимости изменять как

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
44
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ количество блоков и их подключение, так и заменять в блоке центрального вычисления управляющую программу (алгоритм МПСУиД). Состав МПСУиД определяется для конкретного электровоза, и может изменяться при внесении изменений в конструкцию электровоза.
В состав МПСУиД одной секции электровоза входят:

Девять блоков управления контакторами (БУК), каждый из которых предназначен для включения — выключения контакторов или реле, в соответствии с получаемыми командами;

Три блока входных сигналов (БВС), каждый из которых предназначен для ввода в систему мпсуид 16 дискретных сигналов от целей управления локомотивом;

Блок связи с пультом (БСП), который предназначен для ввода в систему мпусид до 40 дискретных сигналов получаемых от органов управления электровоза других внешних устройств;

Два блока связи со средствами измерения (БС-СИ) и с ПСН (БС-ПС входит в состав ПСН), которые предназначены для ввода в систему мпсуид аналоговых сигналов (тока и папряжения) от датчиков, подключенных кразличным электрическим цепям электровоза. Блок
БС-ПС осуществляет сбор аналоговой и диагностической информации от блоков связи выпрямителей и преобразователей частоты ПСН, от контроллера зарядного устройства и преобразователя;

Блок связи с датчиками давления (БС-ДД), который предназначен дляпреобразования напряжений с датчиков давления в последовательный код, и передачи его в систему МПСУиД по двум парам линии связи RS485;

блок связи с датчиками пути и скорости (БС-ДИС-БЗС), который предназначен для выявления скольжения колесных пар;

Блок центрального вычислителя (БЦВ), который на основании информации, полученной от БСП, БВС, БС-СИ и БС-ДИС-БЗС,

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
45
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ вырабатывает команды управления для БУК и регуляторов, кроме тогообеспечивает связь отдельных секций многосекционных локомотивов;

Два мониторных блока с клавиатурой, расположенные на пульте управления и предназначенные для вывода полной информации о состоянии цепей управления и силовой схемы электровоза;

Преобразователи давления измерительных дд-и-1,00 (или датчиков избыточного давления ДДИ-1);

Преобразователей напряжения в код ПНКВ-1;
5.1.3 Структура управления МПСУиД
Все устройства входящие в систему МПСУиД разделялся на три уровня на которых происходит управления.
Первый уровень МИСУиД включает в себя подсистему аналоговых измерений (СИ), а также подсистему защиты от скольжения колесных пар и подсистему регулирования и управления ПСН, часть устройств которых не входит в систему МИСУиД, являясь компонентами преобразователя собственных нужд.
Подсистема аналоговых измерений обеспечивает прием и обработку аналоговых сигналов о напряжениях и токах в различных участках силовой цепи электровоза и от датчиков (преобразователей) давления пневматической системы, а также передачу обработанных сигналов в линии связи с МСУЛ-А.
Подсистема аналоговых измерений включает в себя блоки связи со средствами измерения (БС-СИ), преобразователи напряжения в код (ПНКВ) с делителями напряжения (ДНА), блок связи с датчиками давления (БС-ДД) с

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
46
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ преобразователями давления ДД-И-1.00 (или датчиками избыточного давления ДДИ) и измеритель сопротивления изоляции (МГМ) ПСН.
Подсистема регулирования и управления ПСН обеспечивает прием управляющей информации от МПСУиД (уставки, команды включения - выключения), а также формирование диагностической информации и передасчу ее в МПСУиД.
Второй уровень МПСУиД включает в себя микропроцессорную систему управления локомотивом (МСУЛ-А)
МСУЛ-А обеспечивает взаимосвязь пульта управления с различным оборудованием всех секций электровоза, а также третьим и первым уровнями системы МИСУиД.
Система МСУЛ-А включает в себя:

Блок связи с пультом управления электровозом (БСП);

Блоки управления контакторами (БУК);

Блоки входных сигналов (БВС);

Блок центрального вычислителя (БЦВ):

Мониторы с клавиатурой;

Пульт управления при маневровой работе (ПУ-МСУЛ);

Источник питания (ИП-ЛЭ-110/400%2);
Микропроцессорная система управления локомотивом
(МСУЛ-А) обеспечивает:

разгон электровоза до заданной скорости;

плавное изменение силы тяги;

электрическое торможение до заданной скорости;

регулирование частоты вращения вентиляторов охлаждения тяговых двигателей, в зависимости от токовой нагрузки тяговых электродвигателей;

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
47
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ

ограничение величины тока и его скорости нарастания в якорях тяговых двигателей;

регулирование и ограничение тока возбуждения тяговых двигателей;

контроль протекающих процессов при управлении электровозом с отображением результатов на мониторе пульта машиниста.
МСУЛ-А осуществляет прием информации от подсистем третьего и первого уровней МПСУиД, органов управления, цепей управления электровоза и выбирает управляющее воздействие на аппараты электровоза и подсистемы авто регулирования регулирования;
Третий «верхний» уровень МПСУиД включает в себя подсистему автоведения, подсистему диагностики и подсистему цифровой технологической радиосвязи
Структурная схема организация обмена информацией между уровнями
МПСУиД показана на рисунке 5.1 5.1.4. Работа микропроцессорной система управления локомотивом
После включения питания, микропроцессорная система управления локомотивом (МСУЛ-А) проводит самодиагностику, по количеству входных сигналов анализирует состояние аппаратов электровоза с выдачей информации на экран пульта машиниста пульт машиниста попутно записывая параметры функционирования в энергозависимую память
В процессе работы электровоза, МСУЛ-А осуществляет периодическую диагностику систем и оборудования, ведется управление системами автоматического управления вспомогательными электромашинами и контроль за действиями машиниста. В случае обнаружения не исправностей своевременно их отключает сообщая об этом на экране пульта машиниста также информция сообщает через речевой информатор.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
48
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
Рисунок 5.1 – Организация обмена информацией

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
49
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
5.2 Алгоритм включения цепей вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей
Трехфазный асинхронный электродвигатель привода вентилятора охлаждения тяговых двигателей включаются под управлением МПСУиД. При включении на пульте управления машиниста кнопки «Вентиляторы» система
МПСУиД проверяет:

Включение быстродействующего выключателя;

Отсутствие команды «Возврат защиты»,

Наличие сигнала «Контроль ПСН».
При наличии этих условий выдается команда в ПСН на включение электродвигателей вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей.
Скорость вращения асинхронного двигателя привода вентиляторов изменяется в зависимости от тока в цепи тяговых электродвигателей.
Это происходит за счет регулирования частоты питающего напряжения в шкафу преобразователя частоты в ПСН
Для правильного регулирования частоты вращения система МИСУиД получает данные через подсистему средств аналогового измерения,
Обрабатывает ее в вычислительном центре и через подсистему управления
ПСН регулирует частоту питающего напряжения электродвигателя привода вентилятора.
При токе в цепях тяговых двигателей не более 200А, а также показания, соответствующие отключенным тяговым электродвигателям, задается скорость вращения мотор-вентилятора, равная 12 Гц (25 %).
Частота вращения двигателя модуля охлаждения тяговых электродвигателей изменяется в только следующих в случаях:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
50
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ

При возрастании тока тяговых электродвигателей от 200 до 380А. В этом случае частота увеличивается от 12 до 20 Гц (25 – 40 %);

При повышения тока тяговых электродвигателей с 380 до 480А. В этом случае частота увеличивается от 20 до 50 Гц (40 – 100 %);

При понижении тока тяговых двигателей до 380А происходит уменьшение частоты с 50 до 20 Гц (100 – 40 %);

При дальнейшем понижении тока тяговых двигателей от 380 до 200А происходит уменьшение частоты 20 до 12Гц (40 – 25%).

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
51
ЮУрГУ-13.03.02.2019.140.01ПЗ
140604.2015.204.00.00ПЗ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения работы была описана система охлаждения тягового электродвигателя. Сформулированы основные требования к системе охлаждения, также были рассмотрены недостатки системы.
На основе требований к системе охлаждения был выбран новый электродвигатели на привод вентилятора модуля охлаждения тяговых двигателей электровозы 2ЭС6 «Синара».
Также в ходе выполнения была рассмотрена система электропитания и управления модулем системы охлаждения.
Рассмотрен алгоритм автоматической работы системы охлаждения.