ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ПРИ w =f (t)

В замкнутых системах регулируемого электропривода можно формировать переходные процессы, достаточно близкие к оптимальным, плавным изменением напряжения, подведенного к якорю двигателя постоянного тока, или частоты тока, протекающего по обмоткам статора асинхронного двигателя. Прежде чем проводить исследования переходных процессов в тяговом электроприводе, необходимо оговорить, что же следует понимать под выражением «оптимальный переходный процесс» на транспорте. Здесь и далее под этим выражением будем понимать такой процесс, при котором выполняются оговоренные ранее (см. главу 2) условия исполнения движения транспортным средством по таким показателям, как ускорение и скорость его нарастания при пуске и торможении.

На железнодорожном транспорте при пуске локомотива поезда для предупреждения чрезмерных ударных нагрузок в тягово-сцепных приборах величины этих параметров принимаются значительно меньшими, чем на городском транспорте.

Рассмотрим в качестве примера начальную фазу процесса пуска тягового привода постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения и резисторно-контакторной системой управления, используя рис. 2.7.

На первой реостатной позиции, как указывалось ранее, электрическое сопротивление резистора подбирается таким образом, чтобы ограничить величину протекающего по цепи двигателя тока до значения, при котором исключается возникновение ударных нагрузок в элементах механической передачи и прежде всего — в зубчатых зацеплениях редукторов. Далее происходит выведение ступеней пускового реостата при непрерывном вращении вала приводного мотора группового реостатного контроллера до тех пор, пока величина тока тягового двигателя не достигнет заданной уставки. Количество промежуточных реостатных позиций на начальной стадии пуска определяется исходя из величины принятого значения пускового ускорения а_п и допустимой величины его нарастания. Время, в течение которого происходит нарастание ускорения, определяется по выражению.

где а" = 1,5 м/с² — величина ускорения, соответствующая максимальному пусковому моменту;

а_п нач — величина ускорения, соответствующая току трогания. Поскольку переход с позиции на позицию реостатного контроллера осуществляется, как правило, в течение промежутка времени At = = 0,15…0,25 с, то количество позиций определяется в соответствии с формулой.

Если положить а_и «_ач — 0, что соответствует пуску с / = 0, а не / = /_1р, то количество позиций.

На рис. 6.26 показана графическая интерпретация расчетов.

Рис. 6.26. К расчету количества ступеней в начальной стадии пуска.

Оптимизация процесса пуска подвижного состава заключается в реализации нарастания скорости его движения с предельно допустимым ускорением, что применительно к валу тягового двигателя может быть представлено в обобщенном виде выражением.

где ?₀ — величина углового ускорения вала якоря тягового двигателя, соответствующая максимально допустимому линейному ускорению подвижного состава.

Величина Со не является постоянной на начальной стадии пуска, но поскольку длительность процесса нарастания ускорения не превышает, как правило, 5… 10% от всего времени пуска на подвижном составе городского электрического транспорта и менее 1…5% у железнодорожного, с достаточной степенью достоверности можно считать Со = const.

При подстановке выражения (6.37) в правую часть уравнения (6.35) получаем выражение.

где Асо_с = -V/_c/p.

Так как механическая постоянная тягового привода Т_м «Т*, то влиянием электромагнитной инерции на процесс разгона можно пренебречь и тогда уравнение (6.38) можно представить в виде.

Решение дифференциального уравнения относительно со имеет вид.

Проводя аналогичные рассуждения в отношении крутящего момента на валу двигателя и используя выражение (6.36), получаем исходное дифференциальное уравнение, описывающее закономерность изменения его в процессе пуска:

Решение его относительно момента при условии М,-о =- Л/_Нач имеет вид.

Примерный вид зависимостей со (/) и А-/(/), соответствующих этим уравнениям, для случая трогания поезда с остановки показан на рис. 6.27. Линейный закон изменения управляющего воздействия определяет, за исключением начального участка, равномерное изменение угловой скорости вала двигателя с ускорением, пропорциональным росту напряжения (/", питающего тяговый двигатель постоянного тока, или частоты сети f₉ питающей тяговый двигатель переменного тока. Длительность переходного начального участка зависит от электромеханической постоянной Г_м, причем при Г_э = О момент нарастает до значения Л/пуст за время, примерно равное 3 Г_м.

Рис. 6.27. Переходный процесс изменения частоты вращения при линейном законе изменения COq (/).

На рисунке линия кривой момента отражает переходный процесс при постоянном моменте сопротивления, что несвойственно тяговым приводам. В реальных условиях увеличение скорости движения приводит к росту момента от сил сопротивления движению. Поэтому процесс нарастания скорости несколько замедляется.

При дискретном изменении управляющего воздействия, что характерно для приводов с резисторно-контакторными схемами электрических цепей, при сохранении общей тенденции изменения выходных параметров картина пуска претерпевает существенную корректировку. Действительно, поскольку в пределах одной реостатной позиции величина управляющего воздействия неизменна, рассмотренные выше кривые изменения выходных параметров свойственны каждой из позиций. Тогда общая картина пуска может отображаться как последовательность, в которой конечная величина параметра на предыдущей ступени будет исходной для следующей. В качестве примера на рис. 6.28 показана кривая момента, отображающая пуск тягового привода при дискретном изменении управляющего воздействия.

Рис. 6.28. Переходный процесс изменения момента при дискретном управлении.

Вследствие значительной величины момента инерции подвижного состава пульсация ускорения существенно сглаживается, поэтому можно считать, что скорость подвижного состава изменяется с постоянным ускорением.