3.1 Синтез регулятора швидкості

Найбільший інтерес і разом з тим труднощі представляє моделювання механічної частини ЕМС ВО.

Для реалізації єдиного підходу до моделювання електричної і механічної частин ЕМС введемо до розгляду поняття механічного опору (МО) і провідності (МП). Під першим терміном будемо розуміти ставлення операторних зображень крутного моменту до кутової швидкості відповідного елемента системи:

. (3.1)

МП дорівнює:

. (3.2)

Висловимо МО обертових мас і пружних зв'язків через фізичні параметри ЕМС. Для довільної k-Ї обертальної маси момент з урахуванням демпфірування визначається сумою двох моментів:

M_k = M_Иk + M_{Tpk .} (3.3)

де M_Иk= J_kdω_k/dt - надлишковий момент;

M_Tpk=β_kω_k - момент в'язкого тертя.

У операторної формі запису:

(3.4)

Таким чином, МО, що характеризує k-у обертову масу дорівнює:

(3.5)

де і- відповідно приведений момент інерції і коефіцієнт демпфірування (внутрішнього в'язкого тертя ) k - ой обертальної маси.

Для пружного елемента, розташованого, наприклад, між k -ї і (k+1)-ї обертовими масами, сумарний момент визначається виразом:

(3.6)

де - пружний момент від сил скручування;

- момент внутрішнього в'язкого тертя;

індекси «» і «тр» позначають кут закручування пружного елемента ЕМС і тертя в ньому.

У операторної формі запису з урахуванням ω = dφ/dt отримаємо:

(3.7)

В результаті МС, що описує розглянутий пружний елемент, буде мати вигляд:

(3.8)

де - коефіцієнт жорсткості, що характеризує пружній зв'язок між k-ї і (k+1)-ї обертовими масами;

- коефіцієнт демпфірування, що визначає втрати на тертя в цій пружного зв'язку.

Для спрощення запису оператор p для МС, МП і операторних значень змінних стану M (p) і ω(p) без особливої потреби зазвичай не вказують.

Використовуючи поняття МС, запишемо рівняння руху маси ротора електродвигуна «подачі».

Рисунок 3.2 - Розрахункова схема механічної частини електропривода.

На рисунку 3.2 наведена розрахункова схема механічної частини електроприводу,та умовні позначення:

- зведенні моменти інерції зубчастих шестерень;

- наведені моменти інерції вінців;

–сумарні моменти інерції електродвигунів «подачі » і « видачі»;

с_ш1п, с_пш2, с_ш2ш3, с_ш3в, с_вш4, с_в1в2, с_в2в3, с_в3, с_в3в4 - пружності між елементами системи;

β_Ш1, β_п, β_Ш2, β_ш3, β_в, β_Ш4, β_В1, β_В2, β_в3, β_В4 – коефіцієнти демпфірування обертових мас;

βШ1 , βп , βп , β_ш2, β_Ш2, β_ш3, β_ш3, β_в, β_в, β_Ш4, β_В1, β_в2, β_В2, β_в3, β_в3, β_В4 – коефіцієнти демпфірування пружних елементів.

У кінематичного ланцюга є зазори в редукторах, а в передачі зубчастий вінець - шестерня. Зазори можна не моделювати, а представити як чисто пружну ланку.

За допомогою механічних опорів отримаємо загальну систему рівнянь механічної частини електроприводу роторного вагоноперекидача:

Побудована математична модель дозволяє проводити динамічні розрахунки на міцність вузлів вагоноперекидача і оцінити навантаження на електропривод.

Зазначені системи диференціальних рівнянь і структурну схему доцільно використовувати для моделювання перехідних процесів і динамічних режимів роботи електроприводу.

На основі модельних розрахунків обраний редуктор ЦДН 630-i=55.5 .

Тип передачі – циліндричні.

Номінальне передаточні числа - 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50.

Маса - від 3000 до 40.

Силові напівпровідникові перетворювачі в системах електро-ропривода виконують функцію регулювання швидкості і моменту електричного двигуна. Вони включені між двигуном і основним джерелом живлення. За принципом дії силові перетворювачі поділяються на наступні основні типи: - широтно-імпульсні перетворювачі (ШИП), що зв'язують джерело постійного струму з двигуном постійного струму; - керовані випрямлячі (УВ), що зв'язують джерело змінного струму з двигуном постійного струму, приватним випадком керованого випрямляча є некерований випрямляч (В); - автономні інвертори (АІ), що зв'язують джерело постійного струму з двигуном змінного струму, діляться на інвертори струму та напруги (АІН і АІТ); -безпосередні перетворювачі частоти (НПЧ), що зв'язують іс-джерело змінного струму з двигуном змінного струму. ШИП перетворює постійну напругу живлення (Uirp = const,/j =0) в постійне регульоване напруга на виході (U2(V =var,f2 = 0). УВ перетворює змінну, зазвичай синусоїдальна напруга частоти f= 50 Гц постійного діючого значення (зазвичай 220В), в постійне регульоване напруга на виході (U2cp = var,f2 =0). АІ перетворює постійну напругу живлення (U1 - const, f =0) в змінну напругу на виході з регульованим діючим значенням і регульованою частотою (U 2=var, f 2=var). НПЧ перетворює змінну, зазвичай синусоїдальна напруга частоти f1 = 50 Гц постійного діючого значення (зазвичай 220 В) в змінну напругу на виході з регульованим діючим значенням і регульованою частотою (U2 =var,f2 =var).. Так як в даній роботі досліджується досить потужний двигун змінного струму, то чи не доцільно розглядати для нього в якості перетворювача окремо автономні інвертори. Для двигунів великих потужностей частіше використовуються поєднання УВ+АІ> або+АІ (ПЧ з ланкою постійного струму) або НПЧ.