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: 428; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!