Принципиальная и функциональная схемы САУ

1.1. Принципиальная расчетная схема САУ

Магистральный электровоз 2ЭС5К состоит из двух четырехосных секций. Каждая секция оборудована двумя блоками, состоящими из 4-х зонных тиристорных выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП). Эти преобразователи осуществляют регулирование напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям в режимах тяги и электрического рекуперативного торможения.

Микропроцессорная система автоматического управления (МПСУ) производит управление выпрямительно-инверторными преобразователями, обеспечивая стабилизациютока ТЭД и скоростидвижения электровоза.

Упрощенная принципиальная схема силовых электрических цепей тяговых электродвигателей секции электровоза 2ЭС5К, питающихся от одного ВИП, и функциональная схема САУ контура регулирования тока ТЭД для режима тяги показаны на рис.1. Контур автоматического регулирования скорости движения в работе не рассматривается.

В тяговом режиме стабилизациятока тяговых электродвигателей с заданной уставкой I _уст  осуществляется регуляторомтока якорей (РТЯ) микропроцессорной системы управления, обеспечивающей зонно-фазовое регулирование углов отпирания  α_р  тиристорных плеч ВИП.

Расширение диапазона регулирования достигается применением ступеней ослабления возбуждения ТЭД. В рамках выполняемого курсового проекта применены две ступени, включаемые посредством контакторов КВ1 – КВ4.

 Величина заданного тока тяговых электродвигателей I _зад устанавливается задающим элементом (ЗЭ) посредством главной рукоятки контроллера машиниста.

Измерениетока якорей осуществляется датчикамитока ДТ1 - ДТ4, установленными в цепи каждого ТЭД. Модуль «ИЛИ-MAX» блока измерения САУ выделяет из сигналов всех датчиков тока наибольший по уровню. Выходные сигналы датчиков тока периодически, с высокой частотой, преобразуются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в цифровые коды.

 

Рис.1. Расчетная схема системы автоматического управления.

 

На схеме обозначены:

i _я, i _в– токи якорей и возбуждения ТЭД;

u_d, i_d - выходное напряжение и выпрямленный ток нагрузки ВИП;

U _кс, U ₂ – напряжение контактной сети и тяговой обмотки трансформатора;

u _дт1  - u _дт4, – выходные сигналы датчиков тока ТЭД;

i _дт –масштабированный цифровой сигнал датчиков тока ТЭД;

C _р - выходная цифровая переменная регулятора тока РТЯ;

t _р, α_р–временные и фазовые интервалы отпирания тиристоров ВИП;

u _си – импульсы синхронизации программных модулей МПСУ.

В микропроцессорной системе управления производится масштабирование сигналов датчиков тока u _дт в цифровых величинах i _дт, кратных действительным значениям токов якорей тяговых электродвигателей i _я.

Синхронизация работы программных модулей МПСУ осуществляется импульсными сигналами синхронизации u _си, которые формируются модулем синхронизации СХ по нулевой фазе напряжения тяговой обмотки трансформатора u ₂ посредством сигнала согласующего трансформатора ТС.

Интервал каждой полуволны изменения напряжения тяговой обмотки трансформатора  τ_у называют периодомцикла управления МПСУ (τ_у=0,01с).

Функциональная схема САУ

Функциональная схемаСАУ контура регулирования тока ТЭД электровозов для тягового режима показана на рис.2.

 

Рис.2.Функциональная схема контура регулирования тока ТЭД.

Объектом регулирования (ОР) являются тяговые электродвигатели последовательного возбуждения. Выходной переменной ОР является ток якорей ТЭД i _я.

Задающим элементом (ЗЭ) служит резисторный потенциометр-задатчик, приводимый главной рукояткой (штурвалом) контроллера машиниста. Задающим сигналом служит выходное напряжение задатчика, преобразованное в цифровой код уставки тока ТЭД I _уст.

Исполнительным устройством (ИУ) служат тяговый трансформатор и выпрямительно-инверторный преобразователь. Выходноенапряжение ВИП u_d  осуществляет регулирующеевоздействие на объект регулирования.

Возмущающее воздействие передается на объект регулирования в виде ступенчатого изменения напряжения контактной сети  ∆ U _кс ·1(t).

Обратнаясвязь (ОС) по току якорей ТЭД создается датчиками тока ДТ1-ДТ4, АЦП и блок-программой числовойобработки сигналов датчиков. Сигналом обратнойсвязи являются цифровой сигнал i _дт, кратный реальным токам ТЭД, выделенный и преобразованный из сигналов датчиков тока    u _дт1- u _дт4. Блок-программа числовой обработки сигналов производит вычисление среднего значения сигнала  каждый период цикла управления.

Блок-программа регулятора (РТЯ) тока якорей ТЭД производит каждый период цикла управления вычисление по сигналу рассогласования (I _уст - ) числовой переменной С _р. Числовая переменная С _р вычисляется с заданным законом регулирования и передается в таймер-фазорегулятор ФР.

Формирователь сигналов управления  - таймер–фазорегулятор (ФР) производит отсчет интервалов времени t _р относительно импульсов синхронизации u _си. Выходными сигналами таймера-фазорегулятора являются импульсные сигналы, формируемые с интервальными задержками t _р, соответствующими фазовым углам регулирования α_р тиристорных плеч ВИП.

Распределитель сигналов управления – блок-программа фазового управления (БФУ) производит распределение импульсных сигналов управления плечами ВИП по заданному алгоритму каждой зоны регулирования.