Д инамические характеристики исполнительного устройства

Динамическиехарактеристики исполнительного устройства определяются операторнымипередаточнымифункциями звеньев, формирующих выходное напряжение  ВИП U_d.

Диаграмма выходного напряжения ВИП для второй - четвертой зон регулирования показана на рис 3.

Регулировочная и нагрузочная характеристики выпрямительно-инверторного преобразователя определяются следующей формулой:

. (1)

В формуле приняты следующие обозначения:

U _кс, – напряжение контактной сети и

K _т – коэффициент трансформации тягового трансформатора;

I _я–ток якоря тягового электродвигателя;

a _д  - число тяговых электродвигателей;

R _э – эквивалентное сопротивление ВИП;

п – номер зоны регулирования (число нагруженных четвертей тяговой обмотки трансформатора);

α₀, α_р - фазовые углы отпирания тиристорных плеч буферного и регулируемого контуров ВИП.

∆ U _в – потеря напряжения в тиристорных плечах ВИП.

Рис.3. Диаграмма выходного напряжения ВИП

Эквивалентное сопротивление ВИП R _э в формуле (1) учитывает потерю напряжения, обусловленную коммутацией тиристорных плеч. На интервале углов коммутации γ тяговая обмотка трансформатора находится в режиме короткого замыкания, что и создает потерю напряжения на выходе ВИП.  Эквивалентное сопротивление ВИП рассчитывается по формуле:

.

Индуктивность L _т обмоток тягового трансформатора для расчетов принята из табл.1, Индуктивность контактной сети принята по заданию.

На каждой секции электровозов 2ЭС5К установлены тяговые трансформаторы ОНДЦЭ 5000/25, на электровозах ЭП1 - тяговые трансформаторы ОНДЦЭ 5700/25. Паспортные данные трансформаторов приведены в табл.1

Таблица 1

Паспортные данные тяговых трансформаторов.

№	Параметр	Обознач.	ОНЦДЭ 5000/25	ОНЦДЭ 5700/25
1	Мощность трансформатора, кВА	S н	5000	5700
2	Напряжение сетевой обмотки, В	U 1н	25000	25000
3	Напряжение тяговой обмотки, В	U 2н	1260	1260
4	Номинальный ток сетевой обмотки, А	I 1 н	200	230
5	Номинальный ток тяговой обмотки, А	I2 н	1980	1970
6	Коэффициент трансформации:	K т	19,84	19,84
7	Напряжение короткого замыкания, %	u к	9,5	9,5
8	Количество тяговых обмоток		2	2
9	Индуктивность обмоток трансформатора, Гн	L т	0,038	0,032
10	Активное сопротивление обмоток трансформатора, Ом	r т	1,5	1,2

Расчет регулировочной характеристики ВИП производится по формуле (1) для 4-й зоны регулирования при изменении фазовых углов α_р  от 20⁰ до 165⁰. Угол отпирания α₀ тиристорных плеч ВИП буферного контура тока ТЭД принят в расчетах α₀=10⁰.  Активное r _т сопротивление обмоток тягового трансформатора для расчетов принято  из табл.1, падение напряжения в тиристорах ВИП принято ∆ U _в = 6В. Результаты расчета систематизированы в табл. 2. Регулировочная характеристика ВИП, построенная в масштабе, показана на рис. 4..

Таблица 2

Регулировочная характеристика ВИП.

αр, град.	20	40	60	75	90	105	120	140	165
U d ,В

 

Рис.4. Регулировочная  характеристика ВИП.

Регулировочная характеристика ВИП имеет нелинейную зависимость выходного напряжения от угла регулирования α_р. Для определения коэффициентов усиления исполнительного устройства выполнена линеаризация характеристики ВИП. С этой целью нелинейная зависимость U _d (α_р) заменяется линейной функцией от угла регулирования Dα_р и рассматривается в ограниченном диапазоне пропорционального изменения переменных D u _кс,  D u _d,  D i _я,  Dα_р относительно постоянных величин U _кс,   U _d,   I _я,  α_р:

.      (2)    

Коэффициенты усиления  (коэффициенты линеаризации) исполнительного устройства определены аналитически, методом частного дифференцирования выражения (1) по напряжению U _d   и по фазовому углу α_р:

;     , [В/град].

Коэффициент наклона K _в линеаризующего отрезка  регулировочной характеристики ВИП U _d (α_р), вычисленный для углов регулирования α_р=90⁰, является наибольшим коэффициентом усиления ВИП по углу фазового регулирования α_р. Эту величину коэффициента усиления ВИП принята расчетной для определения параметров настройки регулятора.

Линеаризация регулировочной характеристики ВИП U _d (α_р) выполнена также графо-аналитическим способом  для углов регулирования α_р=90⁰ при неизменном напряжении контактной сети и постоянном токе нагрузки   I _я, как показано на рис.4.

Коэффициент наклона отрезка (a - b) линеаризации регулировочной характеристики ВИП при угле регулирования α_р0=90⁰ вычислен по формуле:

         , [В/град].                     

Рассчитанные коэффициенты усиления ВИП систематизированы в табл. 3

Таблица 3

Динамические параметры элементов САУ

I я	А
v 0	км/ч
К в	В/град
К с
К я	1/Ом
К ф	Ом/(км/ч)
K фр	град
K1
Т вх	с
Т w	с
Т пр	с
Т дт	с
Т р	с
K 0	(1/с)
K р	1/А
K ир	1/А

Операторное уравнение исполнительного устройства с передаточнымифункциями получено путем преобразования выражений (1) и (2):

.(3)

Уравнение (3) содержит два усилительныхзвена передачи сигналов D U _кс(p) и Dα_р(p), звенозапаздывания передачи сигнала угла фазового регулирования Dα_р(p), а также форсирующее звено, передающее действие тока ТЭД D I _я(p). Постоянная звена запаздывания определяется формулой:

,                                                             (4)