Структурные схемы асинхронного тягового электропривода
Уравнения обобщенных векторов, описывающие электромагнитные процессы в АТП в произвольной системе координат с угловой частотой вращения имеют следующий вид:
(9) (10) |
Потокосцепления статора и ротора с учетом всех токов АТД и независимо от выбранной системы координат можно представить выражениями:
; | (11) |
. | (12) |
В уравнении для потокосцепления ротора (10) входит ток ротора , который с учетом выражения для потокосцепления ротора (12), можно представить для ненасыщенной магнитной системы асинхронного электродвигателя в следующем виде:
. | (13) |
Учитывая, что рассматривается асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, т.е. , и, подставляя в уравнение (10) ток ротора из (11), получено следующее выражение:
. | (14) |
Уравнение (14) в проекциях на оси неподвижной системы координат принимает следующий вид:
(15) |
Здесь , ; , - проекции векторов тока статора и потокосцепления ротора на ортогональные оси и неподвижной системы координат.
Система уравнений (15) в операторной форме имеет следующий вид:
(16) |
или:
(17) |
Электромагнитный момент на валу АТД может быть найден через проекции тока статора и потокосцепления ротора на оси и с использованием алгебраического преобразования векторных величин в комплексной форме:
|
|
. | (18) |
Используя правило произведения векторов в комплексной форме, получено операторное выражение электромагнитного момента:
. | (19) |
Электромагнитный момент, асинхронного тягового электропривода в динамических режимах уравновешивается моментом сил сопротивления движению и моментом сил инерции вращающихся частей и поступательно движущейся массы подвижного состава:
, | (20) |
где - момент сил сопротивления движения , приведенных к валу тягового электродвигателя;
- суммарный момент инерции колесно-моторного блока и массы состава, приведенной к валу тягового электродвигателя.
Преобразованное уравнение равновесия моментов (20) в имеет следующий вид операторной форме:
. | (21) |
В соответствии с рисунком 3 угол поворота вектора тока статора в неподвижной системе координат :
, | (22) |
здесь - угол поворота вектора потокосцепления ротора в вращающейся системе координат ,
угол поворота ротора в системе координат :
, | (23) |
- угол между векторами и (угол нагрузки).
Рисунок 3
Угловая частота тока ротора в операторной форме определяется отношением операторов мнимой части произведения модуля вектора потокосцепления ротора и вектора тока статора к произведению модулей этих векторов, выраженных через их проекции , , и , на оси и :
|
|
. | (24) |
Угол нагрузки определяется через проекции векторов потокосцепления ротора и тока статора на оси следующим выражением:
. | (25) |
Модуль вектора потокосцепления ротора:
. | (26) |
Структурная схема асинхронного тягового электропривода в неподвижной системе координат , составленная на основании уравнений (16), (19)-(26) показана на рисунке 4.
Входными величинами для структурной схемы являются проекции обобщенного вектора тока статора , на ортогональные оси неподвижной системы координат и момент сопротивления вращению ротора . Структурная схема асинхронного тягового электропривода содержит блоки формирования проекций вектора потокосцепления ротора , , блоки вычисления модуля вектора потокосцепления ротора , электромагнитного момента электродвигателя , а также блоки вычисления угла нагрузки и угловой частоты тока ротора . Перекрестные обратные связи структурной схемы существенно усложняют математическую модель. Кроме того, приведенная на рисунке 4 структурная схема отображает процессы, происходящие в электрической машине переменного тока, в которой действуют трехфазные переменные величины синусоидальной формы, представленные обобщенными пространственными векторами, с гармоническими функциями их изменения. Такая математическая модель является малопригодной для системы векторного управления асинхронным тяговым электроприводом.
|
|
Рисунок 4
При описании перечисленных ранее переменных обобщенными пространственными векторами, вращающимися вместе с вращающейся системой координат все переменные и входящие воздействия, формирующие электромагнитный момент, представляют собой постоянные величины. Эти величины являются неизменными в установившихся режимах и претерпевают изменения при возникновении переходных процессов.
Если принять систему координат вращающейся с угловой скоростью вектора основного потокосцепления , и сориентировать ее таким образом, чтобы действительная ось совпадала с вектором , т.е. и вектор и его проекция будут равны , , то в этом случае математическая модель асинхронного тягового электродвигателя обладает наибольшей простотой. Взаимное расположение векторов потокосцепления ротора и тока статора показано на рисунке 3.
|
|
Уравнение (14) в проекциях на оси выбранной системы координат принимает вид:
(27) (28) |
где - угловая скорость вращения вектора потокосцепления ротора во вращающейся системе координат ; ;
- модуль вектора потокосцепления ротора;
, -проекции вектора тока статора на ортогональные оси системы координат .
При переходе к операторной форме записи уравнения (27), (28) принимают следующий вид:
(29) (30) |
Электромагнитный момент асинхронного электродвигателя при переходе к системе координат будет определятся произведением модуля обобщенного вектора потокосцепления ротора и проекции вектора тока статора на квадратурную ось :
. | (31) |
В операторной форме записи выражение электромагнитного момента (31) имеет вид:
. | (32) |
При совмещении оси с вектором системы координат , связанной с ротором, и , связанная с потокосцеплением ротора, оси и совпадают, следовательно, угол поворота системы координат относительно ротора будет .
Угол нагрузки в этом случае определяется отношением проекций вектора тока статора на оси и :
. | (33) |
В соответствии с уравнениями (21), (27) - (33), описывающими динамические процессы в асинхронном тяговом электроприводе в системе координат , составлена структурная схема АТД, показанная на рисунок 5.
Рисунок 5
Из представленной структурной схемы асинхронного электродвигателя (рисунок 5) видно, что установившееся значение потокосцепления ротора однозначно определяется составляющей тока статора по прямой оси . В переходном режиме замедление изменения потокосцепления ротора по отношению к составляющей тока статора характеризуется достаточно большой постоянной времени цепи ротора . Электромагнитный момент асинхронного электродвигателя при медленном изменении потокосцеплении ротора будет определятся только значением составляющей тока статора по квадратурной оси и следовать за ее изменениями, т.е. электромагнитный момент будет изменяться так быстро, как быстро будет изменяться составляющая тока статора по квадратурной оси . Это обстоятельство способствует обеспечению высокого быстродействия системы управления асинхронным тяговым электроприводом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе прохождения производственной практики были рассмотрены принципы векторного управления асинхронным электроприводом. Управление приводом осуществляется системой автоматического управления по двум независимым контурам, путем контроля токов статора по двум взаимно перпендикулярным осям в неподвижной относительно статора системе координат.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 422; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!