Тиристорные электроприводы постоянного тока

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Транспортные системы в настоящее время, в особенности го­родской скоростной транспорт, переживают период интенсивного развития [1—6]. Для перевозки пассажиров с высокой скоростью (100—150 км/ч) используется передовая технология. На северо­американском континенте пользуются известностью система ско­ростного транспорта зоны залива BART в США [1], подземный транспорт в Торонто [2] и метро в Монреале (Канада), в которых успешно применены полупроводниковые системы управления. Для' мировой практики характерна тенденция все более широкого ис­пользования электроприводов с тиристорными преобразователями с импульсным управлением, в которых используются двигатели как независимого, так и последовательного возбуждения. Напря­жение питания при этом составляет 600 или 1000 В. Применяют­ся все три типа торможения — механическое, динамическое и ре­куперативное. В данном параграфе описываются основные тре­бования, предъявляемые к транспортным электроприводам, и их структура.

Для обеспечения комфортабельной перевозки пассажиров ус­корение и замедление вагонов должны поддерживаться на посто­янном уровне. Для этого необходимо обеспечить неизменный мо-

Рис. 5.10. Типичные зависимости момента и мощности от скорости в относительных еди­ницах для электроприводов транспортных ме­ханизмов. За базовые приняты'" номинальные значения момента, мощности и скорости

Мент в переходных режимах. Харак­терные для транспортных механизмов зависимости момента и мощности от скорости (в относительных едини­цах) представлены на рис. 5.10 [4]. Ускорение вагона до номинальной скорости в двигательном режиме про­исходит с постоянным максимальным моментом при полном потоке. Под но­минальной понимается скорость при номинальных напряжении якоря и потоке. Регулирование скоро­сти выше основной осуществляется путем плавного уменьшения потока с помощью преобразователя в цепи возбуждения при по­стоянном напряжении якоря. В транспортных приводах макси­мальная скорость обычно в 3 раза превышает номинальную. В первой зоне регулирования скорости ниже номинальной мощ­ность линейно растет с увеличением скорости. При скоростях вы­ше номинальной система управления может обеспечивать такое регулирование тока возбуждения, при котором мощность привода поддерживается постоянной. Напряжение и ток якоря при этом также постоянны.

Для обеспечения комфортабельного торможения момент дол­жен быть примерно равен пусковому. Это условие может быть обеспечено одним из следующих способов:

1) ток возбуждения максимален, а ток якоря поддерживается на том же неизменном уровне, как и при разгоне. Если макси­мальная скорость в K раз превышает номинальную, при полном потоке ЭДС двигателя также к K раз больше номинальной. При динамическом торможении такое увеличение допустимо, так как цепь якоря отключена от источника питания. При рекуперативном торможении необходимо включение дополнительного резистора, падение напряжение на котором равно разности напряжения сети и двигателя. Часть отдаваемой двигателем мощности в этом слу­чае рассеивается в дополнительном резисторе. Альтернативным путем решения данной проблемы является выбор номинального напряжения якоря в K раз меньшего, чем напряжение источника. В таком случае при максимальной скорости и полном потоке на­пряжения двигателя и источника равны и вся отдаваемая двига­телем электрическая мощность поступает в сеть. Однако посколь­ку номинальное напряжение выбрано в K раз меньшим напряже­ния питания, для обеспечения расчетной мощности номинальный ток якоря должен в K раз превышать значение, которое он имел в предыдущей схеме. Расчет и выбор преобразователя и двигате­ля в обоих случаях должны производиться с учетом того факта,

Что максимальная передаваемая ими мощность в K раз превыша­ет номинальную. Как правило, в электроприводах транспортных механизмов K = 2>

2) ток якоря поддерживается на неизменном уровне, а ток возбуждения регулируется так, чтобы напряжение якоря не пре­вышало номинального. При таком способе форма механической характеристики в режиме рекуперативного торможения такая же, как и в двигательном режиме. Дополнительный тормозной момент в зоне высоких скоростей при необходимости может быть получен с помощью фрикционных тормозов.

Пример 5.1. Напряжение тяговой сети 600 В, каждый вагон приводится в движение четырьмя двигателями последовательного возбуждения с номиналь­ным напряжением 300 В и током 330 А. Схема силовой цепи в режиме реку­перативного торможения приведена иа рис. 5.11, а. Обмотки возбуждения ма­шин ОВМ1—ОВМ4 соединены перекрестно с якорными для выравнивания мо­ментов. Тормозные механические характеристики представлены на рис. 5.11,6. Для снижения скорости от максимальной до номинальной совместно использу­ются рекуперативное и механическое торможение. Рекуперация заканчивается, когда скорость уменьшается до 20 % ее номинального значения, и вступают в действие фрикционные тормоза. Область под сплошной линией соответствует рекуперативному торможению, а заштрихованная — механическому. Требуется определить, какой процент первоначальной механической энергии возвращен в сеть. Потерями в передачах и аэродинамическим сопротивлением пренебречь.

Решение. В процессе замедления тормозной момент поддерживается постоянным, поэтому скорость падает лииейио:

Со ~ T.

Относительное значение полной энергии привода составляет

2,5

М„а„ da* = 1 Lea* da„ =

О

При изменении скорости от максимального до номинального значения тормозной момент изменяется обратно пропорционально скорости, поэтому энергия, возвращенная в сеть при рекуперативном торможении, может быть определена следующим образом:

2,5

TOC o "1-3" h z M„tos da„ = I lco* da* - f -------------- a, da

I J a*.

P. T, J J, J ^ 2

0,2 0,2 1 0,2

Относительное количество энергии, поступившее в сеть, таким образом, определяется

Wp, TJW* = (1.98/3,125)-100% =63,4%. Потери энергии во фрикционном тормозе составляют 36,6 %.