Адаптивный привод шахтных электровозов

Выводы. На основании выполненных исследований, можно сделать следующие выводы:

- закон управления по двум основным частотам (тонам) колебаний электромеханической

системы (,

), обеспечивает демпфирова-

ние колебаний следующих частот (тонов):

к,

1 , где

k1 = 1,2,3,...; к2 = 1,3, 5,...

- демпфирование колебаний электромеханической системы со слабым демпфированием (скиповая ШПУ) по следующим частотам (тонам): _^0; _^1, Т2 , к1 к2 к2

где к = 1, 2, 3,...; к2 = 1, 3, 5,..., обеспечивает закон управления, учитывающий три основ-

ные частоты (тона) колебаний системы (ф

2);

- при

выполнении

о5

т0

^ _1___1 < _2 закон управления

0 2 2

соответственно по двум либо трем основным частотам (тонам) колебаний

электромеханической системы скиповой ШПУ обеспечивает меньшее время нарастания (снижения) ускорения барабана по сравнению с линейным законом;

- условие (4) позволяет оптимизировать по быстродействию режимы работы электропривода при использовании закона управления по трем основным частотам (тонам) колебаний электромеханической системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тулин B.C. Электропривод и автоматика многоканатных рудничных подъемных машин. - М.: Недра, 1964.

2. КиричокЮ.Г., ЧермалыхВ.М. Привод шахтных подъемных установок большой мощности. - М.: Недра, 1979. - 336 с.

3. Крыжаноеский О.М., Тимощук В.В. Влияние каната на качество переходных процессов в системе автоматического регулирования шахтной подъемной установкой// Сб. научн. тр./ Автоматика, Изд-во АН УССР, 1957. - №1.

— Коротко об авторах

Довгань С.М. - кандидат технических наук,

Самойленко A.A. - аспирант,

Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.

© Ю.П. Сташинов, 2004

УДК 622.625.28-83 Ю.П. Сташинов

АДАПТИВНЫЙ ПРИВОД ШАХТНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Семинар № 18

А даптивными, как известно, называют .¿л. системы управления, в которых при изменении условий функционирования управляемого объекта изменяются параметры и/или структура управляющего устройства для достижения наилучших в определенном смысле результатов.

В электроприводах управляемым объектом является электродвигатель, а основным возмущающим воздействием - изменение нагрузки на его валу. Понимая под адаптацией приспособление к изменяющимся условиям работы, следует признать, что большинство электроприводов в той или иной степени обладают адаптивными свойствами, благодаря внутренней отрицательной обратной связи по угловой скорости электродвигателя.

Проиллюстрируем это на примере электродвигателей постоянного тока с независимым и последовательным возбуждением, механические характеристики которых приведены на рис. 1.

В электродвигателях с независимым возбуждением приспособление проявляется в стремлении поддерживать примерно постоянную угловую скорость О при изменении нагрузки. Поэтому такие двигатели с жесткой механической характеристикой широко применяются в электроприводах, требующих стабилизации скорости.

Применительно к тяговому приводу шахтных электровозов, работающих в условиях сложных профилей откаточных путей, достоинством двигателей независимого возбуждения является автоматическое ограничение скорости движения при малых и отрицательных нагрузках. Но при повышенных сопротивлениях движению стремление стабилизировать скорость приводит к значительным токовым перегрузкам электродвигателя и источника питания. Поэтому, а также из-за

ряда других недостатков [1], указанные двигатели не нашли применения в тяговом приводе шахтных электровозов.

Применяются исключительно электродвигатели последовательного возбуждения, имеющие мягкую механическую характеристику. В них приспособление к изменяющейся нагрузке проявляется в стремлении стабилизировать мощность на валу P=M-Q, поскольку при увеличении момента M происходит автоматическое снижение угловой скорости Q. В результате ограничиваются токовые нагрузки электродвигателя и источника питания, что улучшает условия работы тягового привода при повышенных нагрузках. Но при малых нагрузках стабилизация мощности приводит к недопустимому по условиям безопасности движения повышению скорости, что усложняет управление электровозом и ухудшает энергетические показатели его работы.

Таким образом, адаптивные свойства электродвигателей как последовательного, так и независимого возбуждения не отвечают в полной мере условиям применения их на шахтных электровозах. Очевидно, наиболее предпочтительной была бы механическая характеристика тягового электродвигателя, мягкая при повышенных нагрузках и жесткая, с автоматическим ограничением скорости, в области малых и отрицательных нагрузок (характеристика вида кривой ABE на рис. 1).

Такую характеристику (при способности источника питания принять энергию рекуперации, что справедливо, например, для аккумуляторной батареи) можно получить различными способами [2]:

Рис. 1 Механические характеристики электродвигателей: ABC - с независимым возбуждением; DBE - с последовательным возбуждением ---------------L-----------------------------

о М, Нм

в

ел

/50

60

>1 1 1 1 / / / (

ч V / г/

ч \ \ / / /

X / / V /

х/

— — “«О*

-8

-4

В I,.*

1. Применением тягового двигателя независимого возбуждения с автоматическим регулированием по определенному закону тока возбуждения в функции тока якоря.

2. Применением двигателя смешанного возбуждения с шунтированием последовательной обмотки встречно включенным диодом (точка излома Б на механической характеристике соответствует в этом случае переходу двигателя в режим рекуперативного торможения).

3. Подпиткой обмотки возбуждения ЬМ двигателя последовательного возбуждения от вспомогательного низковольтного источника Е через диод УБ, как показано на рис. 2.

В такой схеме при токах якоря 1я>Е/Яв, где Яв - сопротивление обмотки возбуждения, диод заперт падением напряжения на обмотке, и двигатель работает с последовательным возбуждением на мягкой механической характеристике. При меньших токах якоря диод открыт, осуществляется подпитка обмотки возбуждения, и двигатель

Рис. 2 Электропривод с подпиткой обмотки возбуждения

Рис. 3 Зависимости угловой скорости и тока возбуждения от тока якоря для двигателя последовательного возбуждения с подпиткой и без подпитки обмотки возбуждения.

Рис. 4. Адаптивный тяговый электропривод с пониженной мощностью источника подпитки обмотки возбуждения

работает на более жесткой характеристике, автоматически переходя в режим рекуперативного торможения при отрицательных нагрузках на валу. Жесткость характеристики на этом участке может варьироваться в широких пределах выбором соответствующей величины сопротивления источника подпитки.

Приведенная схема проверена на аккумуляторном электровозе 8АРП с использованием в качестве источника подпитки небольшой секции тяговой батареи, а также испытана на электродвигателе мощностью 4 кВт с подпиткой обмотки возбуждения от преобразователя напряжения на транзисторах. На рис. 3 приведены полученные при этом зависимости угловой скорости О и тока возбуждения 1в от тока якоря 1я (кривые 1 и 2 соответственно). Для сравнения на том же рисунке приведена зависимость угловой скорости от тока якоря без подпитки обмотки возбуждения (кривая 3).

Рассматриваемый электропривод с полным основанием можно считать адаптивным, поскольку в нем для получения требуемой механической характеристики происходит изменение, как структуры, так и параметров системы при изменении нагрузки, причем без применения управляющих устройств. При необходимости дополнительная деформация механической характеристики привода в желаемом направлении возможна воздействием на ЭДС источника подпитки сигналом, зависящим от величины тока якоря, как это показано на рис.2. В данном варианте привода источник подпитки должен быть рассчитан на суммарный ток рекуперативного торможения и питания обмотки возбуждения двигателя.

На рис. 4 приведен вариант электропривода, в котором благодаря использованию двух дополнительных диодов УБ2 и УО3 ток рекуперации протекает через диод УБ2 и дроссель Ь, минуя источник подпитки Е, что позволяет существенно снизить его мощность.

Дроссель ограничивает заброс тока якорной цепи при форсированном переводе тягового двигателя в режим рекуперативного торможения благодаря ЭДС самоиндукции, направленной встречно нарастающему току и напряжению источника E в контуре подпитки. В исходном варианте данная схема [3] предназначена для применения на электроподвижном составе железнодорожного транспорта, где в качестве источника подпитки используется электромашинный возбудитель, а в качестве дросселя L - противокомпа-ундная обмотка возбуждения возбудителя.

При таком техническом решении указанная обмотка, помимо основного назначения - размагничивания возбудителя по мере роста тока рекуперации, выполняет ряд дополнительных функций. Она служит в качестве: стабилизирующего сопротивления с дополнительной функцией про-тивокомпаундирования; индуктивного дросселя, ограничивающего скорость нарастания, а, следовательно, и величину броска генераторного тока; средства форсирования процессов в контуре подпитки, поскольку ЭДС самоиндукции обмотки, направленная встречно напряжению возбудителя, способствует быстрому снижению тока возбуждения тягового двигателя. Заметим, что благодаря противокомпаундной обмотке в рассматриваемой схеме реализована показанная на рис. 2 зависимость напряжения источника подпитки от величины тока якорной цепи электродвигателя.

Рис. 5. Реверсивный тяговый электропривод с двигателем последовательного возбуждения: а) - принципиальная электрическая схема; б) - таблица замыканий элементов реверсивного переключателя

В заключение укажем на вариант адаптивного тягового привода с электродвигателем последовательного возбуждения (рис. 4), подробное описание которого в различных режимах работы приведено в [4].

Электропривод обеспечивает:

• реверс с помощью специального переключателя (контактного или бесконтактного) в якорной цепи электродвигателя;

• работу на мягкой механической характеристике при повышенных нагрузках и жесткой

- при малых и отрицательных нагрузках, с автоматическим переходом из двигательного в режим рекуперативного торможения и обратно;

• безреостатный пуск и импульсное регулирование скорости, как в двигательном режиме, так и в тормозном - при движении поезда на самокатном уклоне;

• устойчивое остановочное торможение с импульсным регулированием в широком диапазоне скоростей;

Подпитка обмотки возбуждения тягового двигателя может осуществляться от транзисторного преобразователя постоянного напряжения или инвертора с трансформаторным выходом.

Предложенные варианты тяговых электроприводов обеспечивают адаптацию к изменяющимся в широких пределах сопротивлениям движению поезда путем изменения структуры и параметров силовой цепи с автоматическим формированием рациональной механической характеристики достаточно простыми техническими средствами.

----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волоткоеский С.А. Рудничная электровозная тяга. -М.; Недра. 1981. - 389 с.

2. Духопельников В.Д., Сташинов Ю.П. Совершенствование тяговых характеристик рудничных электровозов//Горная электромеханика и автоматика. -Харьков. 1966, N 6.- С. 124-129.

3. Сташинов Ю.П. Устройство для рекуперативного торможения электроподвижного состава. А.

С. N 352806 (СССР). М. Кл. В 601 7/12. Опубл. в бюлл. “Изобретения. Открытия. Пром. образцы. Товарные знаки”, 1972, N 29.

4. Сташинов Ю.П., Сташинова Л.Ф. Ревер-

сивный электропривод постоянного тока с сериесным двигателем. А. С. N 483752 (СССР). М. Кл. Н 02р 1/22. Опубл. в бюлл. “Изобретения. Открытия. Пром. образцы. Товарные знаки”, 1975, N 33.

— Коротко об авторок

Сташинов Ю.П. - ШИ ЮРГТУ НПИ.

© Т.В. Бочарова, В.М. Бочаров,