Двухдвигательный частотно-управляемый тяговый электропривод подземного электровоза с эффективным управлением

Введение ………………………………………………………………………………………………………..5

1. Краткий анализ состояния рудничной электровозной тяги ………………………14

1.1. Общая характеристика условий работы тяговых электроприводов
рудничных электровозов……………………………………………………………………………14

1.2. Особенности применения асинхронного привода ………………………………20

2. Разработка математической и имитационной модели тягового
асинхронного двигателя для частотно-регулируемого электропривода……….30

2.1. Принципы построения асинхронного тягового электропривода
шахтного рудничного электровоза…………………………………………………………….30

2.1.1 Режимы работы тягового электропривода ……………………………………..30

2.1.2. Обоснование выбора мощности тягового асинхронного привода …32

2.2. Обоснование выбора и проверка адекватности расчетных параметров
двигателя …………………………………………………………………………………………………..36

2.3. Анализ свойств электродвигателей для подземной тяги …………………….38

2.4. Теоретическое обоснование обеспечения предельно достижимого
момента ТАД …………………………………………………………………………………………….43

2.5. Разработка имитационной модели ТАД ……………………………………………..46

2.6. Исследования свойств ТАД на имитационной модели ……………………….50

2.7. Результаты исследований ……………………………………………………………………55

3. Математическая модель электромеханической системы подвижного
состава рудничного электровоза …………………………………………………………………..60

3.1. Принцип формирования тягового усилия частотно-регулируемым
асинхронным электроприводом рудничного электровоза …………………………60

3.1.1. Взаимодействие ведущей колесной пары электровоза с рельсами..60

3.1.2. Метод определения явления буксования подземного электровоза .63
3.1.3. Результаты моделирования ……………………………………………………………65

3.1.4. Коэффициент сцепления колёс с рельсами рудничных электровозов
………………………………………………………………………………………………………………..72

3.1.5. Разработка способа управления тяговым электроприводом
рудничных электровозов ………………………………………………………………………..81

3.2. Модель электромеханической системы подвижного состава рудничного
электровоза ………………………………………………………………………………………………..84

3.3. Разработка структуры системы управления двухдвигательным тяговым
электроприводом ……………………………………………………………………………………….91

3.4. Имитационная модель электромеханической системы подвижного
состава рудничного электровоза ……………………………………………………………….96

4. Исследование режимов работы тягового электропривода рудничного
электровоза и экспериментальная проверка алгоритма управления …………..107

4.1. Моделирование работы алгоритма управления тяговым
электроприводом постоянного и переменного тока для предотвращения
буксования и юза электровоза …………………………………………………………………107

4.1.1. Тяговый электропривод постоянного тока ………………………………….107

4.1.2. Тяговый электропривод переменного тока ………………………………….120

4.1.3. Имитационная модель подвижного состава с реализацией первой
колесной пары на постоянном токе и второй колесной пары на
переменном токе …………………………………………………………………………………..124

4.2. Моделирование работы алгоритма управления тяговым
электроприводом переменного тока для предотвращения буксования и юза
электровоза с составом…………………………………………………………………………….128

4.2.1. Движение состава на подъем ……………………………………………………….128

4.2.2. Движение на спуск ………………………………………………………………………135

4.3. Опытная экспериментальная установка…………………………………………….140
4.3.1. Описание экспериментального стенда ………………………………………..140

4.3.2. Система управления …………………………………………………………………….143

4.3.3. Экспериментальные исследования ………………………………………………144

Заключение …………………………………………………………………………………………………151

Список использованной литературы…………………………………………………………..153

ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………………164

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………………………………………………….166

Диссертация представляет собой научную квалификационную работу, в
которой на основании выполненных исследований разработаны теоретические
положения, представляющие собой научные достижения в области разработки
систем автоматического управления движением подвижного состава руднич-
ного электровоза. При этом решены научные задачи и обоснованы техниче-
ские решения, имеющие важное значение для подземного транспорта в горно-
добывающей отрасли.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Разработана уточнённая имитационная модель системы управления
движением двухдвигательным тяговым электроприводом рудничного элек-
тровоза, включающая:
а) частотно-управляемый тяговый асинхронный двигатель с обмотками
статора на пониженное напряжение питания 178 В, повышенным на 50 % мо-
ментом и оригинальным блоком реактивной и активной нагрузки;
б) механическую систему подвижного состава, учитывающую распреде-
ление масс локомотива и вагонов по длине состава, параметры сцепных
устройств и позволяющую исследовать их взаимное влияние на тяговое уси-
лие локомотива, положение вагонов в составе и усилия в сцепных устрой-
ствах;
в) систему управления двухдвигательным электроприводом электро-
воза, применимую как для переменного, так и постоянного тока.
2. Предложены алгоритм и устройство косвенного определения скоро-
сти скольжения относительно рельсового пути за счет цифровой фильтрации
сигналов тока статора тягового асинхронного двигателя ведущей колесной
пары.
3. На основании теоретических и практических исследований выявлен
критерий эффективности управления двухдвигательным тяговым электропри-
водом, а именно точность стабилизации скорости скольжения на уровне 0,1
м/с.
4. Предложены структура и алгоритм системы управления движением,
формирующая моменты двухдвигательного тягового электропривода колес-
ных пар в зависимости от скорости их скольжения.
5. Проведены исследования режимов работы двухдвигательного тяго-
вого частотно-регулируемого асинхронного электропривода и регулируемого
электропривода постоянного тока на имитационной модели в программной
среде Sim Power Systems и Simulink MatLab; определены условия возникнове-
ния буксования и юза колес относительно рельсового пути и перераспределе-
ния тяговых моментов ведущих колёсных пар за счёт действия усилий на
сцепке в зависимости от разгона, торможения состава и от профиля пути.
Время разгона полностью гружёного состава на подъем сократилось в 2 раза.