|
Глава 23 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
Общие понятии о системах и принципах управления
электродвигателями
троллейбусов и их классификация
При управлении тяговыми электродвигателями выполняются следующие
основные операции:
1) присоединение тяговых двигателей к контактной сети и
отключение от нее по воле водителя или автоматически, например,
при перегрузках, коротких замыканиях, исчезновениях напряжения в
контактной сети, превышениях напряжения выше максимально
допустимой величины;
2) переключение ступеней пускотормозных сопротивлений
соответственно при пуске и торможении;
3) переключение ступеней в цепи возбуждения для изменения поля
тяговых двигателей;
4) переключение тяговых двигателей с одной группировки на
другую;
5) переключение цепей тяговых двигателей с режима тяги на режим
торможения и обратно;
6) включение режима торможения, переключение схемы с одного вида
торможения на другой, например с рекуперативного на реостатное
или реостатного на механическое;
7) изменение направления движения подвижного состава
(реверсирование тяговых двигателей);
8) отключение части тяговых двигателей при аварийном режиме.
Перечисленные операции предусматриваются не на всех типах
электрического подвижного состава. Например, на многих
троллейбусах и некоторых типах трамвайных вагонов не делают
перегруппировку тяговых двигателей при пуске, на вагонах
метрополитена не предусмотрено отключение части двигателей при
аварийном режиме и т. п.
Системы управления тяговыми электродвигателями разделяются в
зависимости от вида пусковых устройств на ступенчатые и плавные,
а от способа приведения в действие электрических аппаратов — на
системы непосредственного управления и системы косвенного
управления (иногда их называют дистанционными).
В системах непосредственного управления все операции обычно выполняются
одним аппаратом (силовым контроллером), который приводится в
действие непосредственно мускульной силой водителя.
В системах косвенного управления все основные операции по
управлению двигателей выполняются аппаратами с косвенными
приводами, управление которыми производится при помощи
электрических цепей. В этом случае водитель воздействует на
приводы аппаратов косвенно- при помощи контроллера управления.
По виду привода контакторов, при помощи которых производится
выполнение основных операций управления, системы косвенного
управления разделяют на индивидуальные, групповые и смешанные.
К индивидуальным системам управления относятся такие, в которых
все основные операции управления (за исключением реверсирования
и отключения тяговых двигателей в аварийном режиме) выполняются
индивидуальными контакторами. В групповых системах управления
все операции (за исключением включения и выключения тяговых
двигателей) выполняются групповыми электрическими аппаратами. Во
всех косвенных системах подключение тяговых двигателей к
контактной сети и включение предварительно собранной схемы
электрического торможения производится индивидуальными
контакторами.
Реверсирование двигателей, а также переключение схемы на
аварийный режим работы, т. е. отключение поврежденной группы
тяговых двигателей в любых системах, обычно выполняют групповые
электрические аппараты . (реверсоры, отключатели двигателей).
В смешанных системах управления часть операций управления
выполняется групповыми^аппаратами, а часть — индивидуальными.
Например, управление пускотормозными реостатами может
производиться групповым аппаратом (реостатным контроллером), а
перегруппировка тяговых электродвигателей и переключение схемы с
режима тяги на торможение— индивидуальными контакторами или
наоборот.
По принципу управления системы разделяют на неавтоматические и
автоматические.
При автоматическом управлении все регулирование процессов пуска
и ; торможения (выведение ступеней пускового реостата,
ослабление поля, перегруппировка тяговых двигателей)
производится без участия водителя, автоматически, Водитель
только включает и выключает цепи управления или ^ меняет
интенсивность регулируемых процессов (ускорение, замедление).
По характеру управляющего воздействия системы автоматического
управления разделяются да прерывные и непрерывные. К прерывным
относятся все системы ступенчатого реостатного пуска и
торможения. Непрерывные системы управления применяются для
плавных и мелкоступенчатых систем пуска и торможения.
Любая система управления должна выполняться с учетом следующих
общих требований.
1. Все операции по управлению тяговыми двигателями должны
производиться простыми и легко запоминающимися манипуляциями
(рукоятками или педалями контроллера управления), причем
одновременно должно использоваться не более одной рукоятки и
педали. Все рукоятки и педали
должны быть сблокированы между собой таким образом, чтобы
исключить ошибочные действия и обеспечивать осуществление при
любых условиях более безопасного режима — торможения.
2. Неисправность какого-либо электрического аппарата не должна
вызывать неправильного режима, например тягового режима вместо
тормозного, движения в обратную сторону по сравнению с выбранным
направлением, и пр.
3. Аппараты и все цепи, соединяющие их между собой и с тяговыми
электродвигателями, должны работать надежно.
4. Должно быть обеспечено максимальное облегчение труда водителя
— легкое и удобное обслуживание оборудования в эксплуатации.
5. Габариты и вес регулирующей аппаратуры должны быть
минимальными.
6. Стоимость системы управления и расход на $е аппараты — по возможности
наименьшими.
7 Любой процесс управления можно разделить на три этапа:
1) информации о ходе управляемых процессов;
2) обработка и анализ полученной информации и на основании этого
выработка решений (программы управления);
3) выполнение принятых решений.
Операции, связанные со сбором и обработкой информации и
выработкой решений, носят название распорядительных, а операции,
связанные с выполнением решений — исполнительных.
При работе на линии, подвижный состав и его электрооборудование
подвергаются различным воздействиям, связанным с изменениями
профиля
и.состояния пути, колебаниями напряжения в контактной сети и
цепи управления, изменениями температуры обмоток, изменением
нагрузки и т. п. Перечисленные и подобные им факторы называются
возмущениями. Они вызывают изменение тока и напряжения на
тяговых двигателях, т. е. изменяют режим движения подвижного
состава и нагрузку тягового электрооборудования. Кроме того,
возмущениями являются также устройства сигнализации, режим
движения других транспортных единиц и пешеходов и т. п. Сбор
информации по этим и другим возможным возмущениям, ее обработка
и принятие решений на городском транспорте пока не
автоматизированы и выполняются водителем.
Применение элементов электронной техники и современных методов
автоматического управления открывает перспективы автоматизации
ряда распорядительных операций также на троллейбусах. Их
внедрение позволило бы выдерживать более точно график движения,
повысить использование подвижного состава на линии, облегчить
труд водителя.
На современном электрическом подвижном составе наземного
городского транспорта автоматизированы в основном исполнительные
операции процессов пуска и торможения, а также защита
электрооборудования. В функции водителя входит включение и
выключение процесса управления и изменение его интенсивности
(изменение регулируемой величины ускорения и замедления).
Операции выведения пусковых и тормозных сопротивлений,
перегруппировки и ослабления поля тяговых двигателей выполняются
автоматически, без участия водителя.
Автоматическое управление подвижным составом по сравнению с
неавтоматическим обеспечивает; получение более высоких скоростей
сообщения благодаря возможности существенного повышения
ускорений и замедлений или уменьшение расхода энергии при
одинаковой скорости сообщения; увеличение плавности процессов
пуска и электрического торможения; устранение или, во всяком
случае, значительное уменьшение вероятности ударных усилий и
перегрузок, которые могут возникнуть при неосторожных действиях
водителя; облегчение труда водителя и увеличение безопасности
движения вследствие меньшей его утомляемости и возможности в
большей мере сосредоточить внимание на наблюдении за уличным
движением.
Значение автоматизации управления особенно возрастает в связи с
повышением скоростей сообщения. При неавтоматическом управлении
получение средних ускорений подвижного состава более 1 м/сек2
без толчков, беспокоящих пассажиров и перегружающих механическую
передачу, доступно только весьма опытным водителям. При
автоматическом управлении ускорение 1,5—1,8 м/сек2 можно
получить при достаточно плавном пуске.
Аппараты систем автоматического управления можно разделить на
исполнительные и управляющие.
К исполнительным аппаратам относятся контакторы, реостатные
контроллеры, переключатели с косвенным приводом. Эти аппараты
служат для включения и выключения, а также перегруппировки
тяговых двигателей и изменения параметров силовых цепей
(выключение ступеней пускотормозных сопротивлений и
сопротивлений ослабления поля тяговых двигателей).
К управляющим аппаратам относятся контроллеры управления, реле и
регуляторы, при помощи которых осуществляется автоматическое
управление приводами исполнительных электроаппаратов.
Управляющие электроаппараты для автоматического пуска и
торможения электродвигателей могут быть основаны на двух
различных принципах:
1) измерении меняющихся в процессе пуска и торможения величин
тока, напряжения и скорости тяговых двигателей;
2) создании выдержки времени в промежутках между выключаемыми
ступенями пускотормозных сопротивлений.
С помощью аппаратов первой группы выполняют автоматические
системы пуска и торможения соответственно в функции тока,
напряжения и скорости. В этих системах продолжительность пуска и
торможения меняется в зависимости от режима нагрузки двигателя и
напряжения источника питания. С помощью аппаратов второй группы
выполняют автоматические системы управления, в которых
продолжительность пуска и торможения не зависит от режима
нагрузки двигателя и напряжения источника питания.
Можно в одной системе сочетать оба принципа
автоматического управления: например, в хронометрической системе
управления изменять интервалы времени между переключениями в
зависимости от значениятока. Такие системы управления называют
хронометрическими, зависимыми оттока.
Допустим, что для выбранного номинального режима при постоянном
напряжении сети получена одинаковая диаграмма реостатного пуска
для всех упомянутых систем управления
Регулирование по времени (хронометрическое)
получило распространение только при равных интервалах времени
переключения ступеней, причем в сочетании с регулированием по
току.
Рассмотрим сравнительные свойства систем регулирования пускового
и тормозного процессов по току и по времени.
При отклонении нагрузки двигателей или напряжения источника
питания от расчетного значения режим пуска будет протекать
различно при разных системах управления.
При системе пуска в функции тока пусковая диаграмма не меняется
при любых изменениях нагрузки подвижного состава, но меняются
ускорение и продолжительность пуска, как показано на рис. 163
(слева): кривая 2 соответствует пуску при расчетном режиме,
кривая 3 — пуску при повышенной нагрузке, а кривая 4 — при
пониженной нагрузке.
Достоинством этой системы является То, что при пуске на тяжелом
профиле тяговые двигатели защищены от перегрузок, а при пуске
-на легком профиле происходит более быстрое нарастание скорости,
что обеспечивает увеличение скорости сообщения и снижения потерь
в пусковых реостатах.
При хронометрической системе продолжительность пуска остается
.постоянной при любой нагрузке подвижного состава и профиле
пути, но весьма сильно меняется нагрузка двигателей. Для
указанных выше интервалов времени штриховая пусковая диаграмма 5
соответствует хронометрическому пуску при нагрузке подвижного
состава, большей расчетной, а штрихпунктирная диаграмма 6
получается при нагрузке, меньшей расчетной.
Сравнение пусковых диаграмм 1, 5 и 6 показывает, что
хронометрическая система управления практически не пригодна для
пуска тяговых двигателей, так как при большом наполнении
подвижного состава или на тяжелом профиле происходит перегрузка
двигателей по току и возможно нарушение коммутации и сцепления
ведущих колес с дорогой, и при малом наполнении получаются
значительно большие потери в пусковых реостатах, чем при пуске в
функции тока. Если же рассчитать пусковой режим на наиболее
тяжелые условия по сцеплению и по коммутации, то при нормальном
режиме пуска не может быть реализовано максимальное расчетное
ускорение.
Действие этих недостатков в значительной мере может быть
ослаблено при хронометрических, зависимых от тока, системах
автоматического управления, которые получили распространение на
электрическом подвижном составе с многоступенчатым пуском и
реостатным торможением в тех случаях когда фиксация реостатного
контроллера на позициях становится затруднительной и
нецелесообразной.
В этих системах выдержки времени (обычно равные) между
переключениями ступеней увеличиваются при возрастании тока; при
этом увеличение наполнения электроподвижного состава
вызывает увеличение пускового тока, однако в значительно меньшей
степени, чем при хронометрической системе. Применяются также
системы управления, Хронометрически зависимые от тока и
напряжения в контактной сети (см. § 94).
Системы пуска в функции скорости и напряжения на двигателе
применяются только для пуска вспомогательных двигателей, где
допустимо выведение пусковых сопротивлений весьма грубыми
ступенями. Для пуска тяговых двигателей эти системы не
применяются, так как в случае большого падения напряжения в
контактной сети из-за снижения скоростных характеристик
двигателя последние ступени пусковых сопротивлений могут
оказаться не выведенными. В двигателе с последовательным
возбуждением скоростные характеристики снижаются пропорционально
снижению напряжения в контактной сети. На рис. 163 штрихом
показаны скоростные характеристики 7 и 8 (автоматическая и
последней пусковой ступени) при снижении напряжения на 30%. В
этом случае при управлении в функции скорости переключение с
последней ступени произойдет в точке а при токе, почти в два
раза меньшем по сравнению с расчетным по пусковой диаграмме 1.
|
