Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические машины и электропривод»



Скачать 291.28 Kb.
Дата31.07.2016
Размер291.28 Kb.
ТипУчебно-методический комплекс


Авторы-составители: к.т.н., доц. Орлов В.В., к.т.н., доц. Дерябин А.А.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрические машины и электропривод» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования/основной образовательной программой по специальности/направлению 190402.65 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС)/_Системы_ обеспечения движения поездов__и 190401.65 «Электроснабжение железных дорог» (ЭНС) /_Системы обеспечения движения поездов________________________ __

Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин и является обязательной для изучения.



Рабочая программа по данной дисциплине разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста по направлению Системы обеспечения движения поездов специальностей:


190402.65 – Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС);

190401.65 – Электроснабжение железных дорог (ЭНС).




Составители: канд. тех. наук, проф. В.В. Шумейко,

канд. тех. наук, доц. В.В. Орлов,

канд. тех. наук, доц. А.А. Дерябин.







© Российский государственный открытый технический университет

путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации
1. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели изучения дисциплины состоит в формировании знаний теории, характеристик и конструктивного исполнения электромеханических (электрические машины) и электромагнитных (трансформаторы) преоб­разователей энергии, их применения на железнодорожном транспорте и в промышленности.

Электрические машины — основа электроэнергетики промышлен­ности и железнодорожного транспорта, один из важнейших компонен­тов в устройствах подвижного состава железных дорог, в электроприво­дах оборудования предприятий железнодорожного транспорта и про­мышленности.

Дисциплина «Электрические машины и электропривод» является базовой дисциплиной для изучения специальных дисциплин специальностей: 190402.65 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте; 190401.65 Электроснабжение железных дорог.




2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучив дисциплину, студент должен:

2.1. Знать устройство, теорию работы и характеристики электрических машин и трансформаторов, конструкцию, параметры и типы электрических машин различного назначения. Уметь с учетом характеристик, параметров и условий работы электрических машин и трансформаторов, применять и эксплуатировать их на тяговых подстанциях, в электроприводах и оборудо­вании устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте.

2.2. Иметь опыт экспериментального определения характеристик
электрических машин и трансформаторов, расчета двигателей и транс­
форматоров, выбора типа и мощности трансформаторов и двигателей
в электроприводах и оборудо­вании устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте, для оборудования тяговых подстанций и оборудования предприятий железнодорожного транспорта (депо, ремонтных заводов и других).

2.3. Иметь представление о направлениях совершенствования конструкции, технологии производства, а также эксплуатации и ремонта электрических машин.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы

Всего часов

Общая трудоемкость дисциплины

108

Аудиторные занятия:

16

Лекции

4

Лабораторные работы

12 (АТС)

8 (ЭНС)


Самостоятельная работа:

62 (АТС)

66 (ЭНС)


Курсовая работа

30

Вид итогового контроля

Зачет и экзамен




4. СОДЕЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ



№ п/п

Раздел дисциплины

Лекции

Лаборатор­ные работы

1

Общие вопросы теории электрических машин

0,5




2

Электрические машины постоянного тока

0,5

4

3.

Трансформаторы

0,5

4

4.

Вопросы теории электрических машин переменного тока

0,5




5.

Асинхронные машины

0,5

4

6.

Синхронные машины

0,5




7.

Основы электро­привода

1



4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ



Раздел 1. Общие вопросы теории электрических машин

1.1. Классификация электрических машин, основные конструктивные исполнения. Принцип действия электрических машин. Электромеханическое преобразование энергии.

1.2. Магнитное поле электрических машин. Расчет магнитной цепи явнополюсных и неявнополюсных электрических машин.

1.3. Потери энергии в электрических машинах. Коэффициент полезного действия электрических машин и зависимость его от нагрузки.

1.4. Нагревание и охлаждение электрических машин. Стандартные номинальные режимы работы. Номинальные технические данные электрических машин.

  1. Раздел 2. Электрические машины постоянного тока


2.1. Принцип действия и устройство машин постоянного тока. Достоинства и недостатки и области их применения. Назначение и свойства коллектора машины постоянного тока, как универсального механического преобразователя тока.

2.2. Реакция якоря машины постоянного тока: искажение кривой распределения магнитной индукции при нагрузке, уменьшение магнитного потока и ЭДС из-за насыщения отдельных участков магнитной цепи.

2.3. Основные электромагнитные соотношения в машинах постоянного тока: электродвижущая сила обмотки якоря, электромагнитный момент.

2.4. Якорные обмотки машин постоянного тока: устройство, принцип образования, основные расчетные соотношения.

2.5. Коммутация в машинах постоянного тока: сущность процесса коммутации, природа щеточного контакта. Общая характеристика причин искрения под щетками. Оценка степени искрения и настройка дополнительных полюсов.

2.6. Характеристики генераторов с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Процесс и условия самовозбуждения генераторов постоянного тока.

2.7. Электромеханические (токовые и механические) характеристики электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуж­­дением и их расчет. Электромеханические (токовые и механические) характеристики электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуж­­дением и их расчет.

2.8. Управление двигателями постоянного тока: пуск в ход и изменение направления вращения (реверсирование) двигателей. Торможение электродвигателей постоянного тока. Виды электрического торможения и их характерные особенности. Способы регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока, их сравнительная оценка.


Раздел 3. Трансформаторы


3.1. Назначение, принцип действия и устройство трансформаторов. Классификация трансформаторов по назначению, числу фаз, способу охлаждения. Номинальные величины.

3.2. Теория рабочего процесса трансформатора, уравнение магнитодви­жущих сил, уравнение электрического состояния.

3.3. Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной. Векторная диаграмма и Т-образная схема замещения трансформатора.

3.4. Упрощенная схема замещения и соответствующая ей векторная диаграмма. Напряжение короткого замыкания. Внешняя характеристика трансформатора.

3.5. Активные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния трансформаторов, и их расчет. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора.

3.6. Определение параметров схемы замещения транс­­­­форматора из опытов холостого хода и короткого замыкания.

3.7. Потери мощности в трансформаторе, коэффициент полезного действия и его зависимость от тока нагрузки .

3.8. Магнитные системы трехфазных трансформаторов, их особенности и области применения. Схемы и группы соединения трехфазных трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов: условия включения, распределение нагрузки.

3.9. Регулирование напряжения трансформаторов: способы регулирования, способы переключения ответвлений.

3.10. Автотрансформаторы и области их применения.

3.11. Измерительные трансформаторы: назначение, схемы включения, особенности эксплуатации. Специальные типы трансформаторов: сварочные трансформаторы, преобразовательные трансформаторы.

Раздел 4. Вопросы теории электрических машин переменного тока


  1. 4.1. Основные типы электрических машин переменного тока, конструктивные схемы, устройство и принцип действия. Вращающееся магнитное поле многофазной обмотки переменного тока: принцип образования, основные свойства .

4.2. Основные принципы выполнения многофазных обмоток переменного тока. Схемы обмоток. Магнитодвижущие силы обмоток переменного тока.

Раздел 5. Асинхронные машины

5.1. Устройство, принцип действия, классификация асинхронных машин, области применения. Теория рабочего процесса асинхронной машины: уравне­ние магнитодвижущих сил, уравнения электрического состояния обмоток статора и ротора, составленные на основе второго закона Кирхгофа .

5.2. Приведение рабочего процесса асинхронной машины к рабочему процессу трансформатора, Т – образная схема замещения, векторная диаграмма. Расчет токов статора и ротора асинхронного двигателя по Т – образной схеме замещения. Зависимость токов от скольжения.

5.3. Расчет механической мощности, полезной и подведенной мощности асинхронного двигателя. Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя. Зависимость электромагнитного момента от скольжения, напряжения питающей сети, сопротивления цепи обмотки ротора.

5.4. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Влияние вытеснения тока в обмотке ротора и насыщения магнитной цепи на величину пускового момента.

5.5. Рабочие характеристики асинхронного двигателя и расчет их по Т – образной схеме замещения.

5.6. Пуск асинхронных двигателей: общая характеристика процесса пуска, способы пуска короткозамкнутых двигателей, пуск двигателей с фазным ротором, асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами.

5.7. Регулирование угловой скорости асинхронных двигателей, общая характеристика и сравнение способов регулирования. Частотное управление асинхронными двигателями: особенности частотного управления, законы одновременного регулирования частоты и напряжения питания, способы реализации. Электрическое торможение асинхронного двигателя.

5.8. Однофазный асинхронный двигатель: принцип действия, характеристики, способы пуска.

Раздел 6. Синхронные машины


6.1. Принцип действия и устройство синхронных машин. Конс­т­рукция явнополюсных и неявнополюсных синхронных машин.

6.2. Работа синхронного генератора при холостом ходе и при нагрузке. Реакция якоря в неявнополюсной машине. Векторная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора при симметричной смешанной нагрузке.

6.3. Теория рабочего процесса явнополюсной синхронной машины: метод двух реакций, разложение МДС якоря на продольную и поперечную составляющие, приведение МДС и токов к условиям возбуждения.

6.4. Характеристики синхронных генераторов при автономной работе, а именно, характеристика холостого хода, установившегося короткого замыкания, внешняя, регулировочная.

6.5. Параллельная работа синхронных генераторов: способы включения на параллельную работу с сетью, регулирование активной и реактивной нагрузки при параллельной работе.

6.6. Электромагнитный момент синхронной машины. Угловая характеристика синхронной машины при параллельной работе с сетью большой мощности. Статическая устойчивость синхронных машин.

6.7. Синхронный двигатель: векторные диаграммы, рабочие характеристики, способы пуска.

Раздел 7. Основы электропривода

7.1. Основные понятия электропривода. Структурная схема электропривода. Механические характеристики производственных механизмов.

7.2. Уравнение движения электропривода. Классификация режимов работы электроприво­дов. Выбор мощности и типа двигателей с учетом их режима работы.

4.3. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ




п/п


№ раздела

дисциплины



Наименование лабораторных работ

1.

Раздел 2

Исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

2.

Раздел 3

Исследование трехфазного трансформатора

3.

Раздел 5

Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

4.4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Не предусмотрены.
5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

а) Контрольная работа – не предусмотрена.

б) Курсовая работа

Студентам специальности АТС требуется выполнить курсовую работу по заданию с методическими указаниями “Расчет маломощного трансформатора с воздушным охлаждением”[5], в котором изложена последовательность расчета и приведены все необходимые формулы. В приложении к заданию [6] приведены номинальные данные обмоточных проводов и данные стержневых и броневых магнитопроводов. По результатам расчета должен быть выполнен чертеж на бумаге формата А3 или А4 (можно на миллиметровой), содержащий две проекции рассчитанного трансформатора.

Студентам специальности ЭНС требуется выполнить курсовую работу по заданию с методическими указаниями [7]. Эта курсовая работа состоит из 3-х частей:

1. Расчет магнитной цепи машины постоянного тока;

2. Расчет характеристик трехфазного трансформатора;

3. Расчет характеристик трехфазного асинхронного двигателя.



Курсовая работа должна быть оформлена в виде расчетной записки, выполненной на листах бумаги формата А4, сброшюрованной и снабженной титульным листом. Эскизы, графики и диаграммы выполняются на миллиметровой бумаге также формата А4.

в) Курсовой проект – не предусмотрен.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Рекомендуемая литература
Обязательная

  1. Электрические машины/ В.В. Орлов, В.В. Шумейко, В.И. Седов. – М. РГОТУПС, 2008. – Часть 1: Машины постоянного тока, трансформаторы: конспект лекций. – 2-е изд., перераб. и доп. – 63 с.

  2. Брейтер Б.З. Электротехника и электроника. Трансформаторы/ Б.З. Брейтер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: РГОТУПС, 2006. – 63 с.

  3. Силовая электроника: учебник для вузов/ Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А. Кваснюк. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 632 с.

  4. Серебряков А.С., Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач электротехники: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Маршрут, 2005.

  5. Шумейко В.В., Седов В.И. Электрические машины и электропривод. Расчет маломощного трансформатора с воздушным охлаждением. Приложение к заданию на курсовую работу для студентов III курса специальности 210700. Автоматика телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС). М. – РГОТУПС, 2002.

  6. Шумейко В.В., Седов В.И. Электрические машины и электропривод. Расчет маломощного трансформатора с воздушным охлаждением. Приложение к заданию на курсовую работу для студентов III курса специальности 210700. Автоматика телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС). М. – РГОТУПС, 2002.

  7. Шумейко В.В. Электрические машины. Задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов III курса специальностей: 180700. Электрический транспорт (железнодорожный транспорт) (ЭПС). 100400. Электроснабжение железнодорожного транспорта (ЭНС), М. – РГОТУПС, 2000.

  8. Электрические машины и электропривод/ В.В. Шумейко, В.В. Орлов, В.И. Седов. – М.: МИИТ, 2010. – Часть 11: Машины переменного тока: уч.пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – 73 с.

  9. Электрические машины и электропривод/ В.И. Седов, В.В. Орлов, В.В. Шумейко– М.: МИИТ, 209. – Часть 111: Электропривод и специальные электрические машины: конспект лекций. – 76 с.


Дополнительная

  1. Вольдек А.В., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов – СПб.: Питер, 2007. – 320 с. (ibooks)

  2. Вольдек А.В., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов – СПб.: Питер, 2007. – 352 с. (ibooks)

  3. Епифанов А.П. Электрические машины. – СПб.: "Лань", 2006. – 272 с. (e.lanbook.ru)

  4. Епифанов А.П. Электромеханические преобразователи энергии. – СПб.: "Лань", 2000. – 208 с. (e.lanbook.ru)

  5. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник для студентов сред. проф. учебных заведений. – 3-е изд., испр. – М.: Высш. шк., изд. Центр «Академия» 2001. – 463 с.



6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Программы по расчету характеристик электрических машин для математического пакета МАТКАД [7].


7. МАТЕРИАЛЬНО - ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Специализированная лаборатория “Электрические машины”, позволяющая выполнять лабораторные работы в соответствии в соответствии с учебным планом.



8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Основной формой изучения дисциплины является самостоятельная работа студентов-заочников с рекомендованной литературой. Самостоятельная работа организуется и направляется настоящей рабочей программой, а также системой лекций, лабораторных занятий и курсовой работой.

Рекомендуется следующий порядок самостоятельной работы:


  1. ознакомиться с содержанием главы учебника, стараясь в первую очередь понять принцип действия и конструкцию данной машины;

  2. уяснить методику математического описания процессов, освоить вывод уравнений, построение векторных диаграмм, понять характер изменения рабочих характеристик машин;

  3. кратко законспектировать материал главы, осветив соответствующий вопрос (вопросы) рабочей программы.

Подготовка краткого конспекта является обязательным условием успешного усвоения предмета.

Во время лабораторно-экзаменационных сессий в помощь студентам-заочникам читаются обзорные лекции.

Необходимо помнить, что в обзорных лекциях излагается не весь материал предмета, а лишь часть его, а именно, те вопросы, которые обычно слабо усваиваются студентами при самостоятельной работе.

ЛЕКЦИИ

по дисциплине



«Электрические машины и электропривод»

для III курса специальностей

190401 – Электроснабжение железных дорог (ЭНС)

190402 – Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС)

Основы электропривода технологических установок предприятий железнодорожного транспорта.
Конспект лекций.
Тема 1. Общие принципы построения автоматизированного электропривода.
Электропривод – это сам электродвигатель и система управления им. Система электронная и часть функций выполняется автоматически.

По условиям производственного процесса должна регулироваться линейная, угловая скорость и ряд других параметров. По мере развития электропривода вместо механического стал применяться электрический способ управления электродвигателем при котором функции регулировки движения исполнительного органа возлагается на электродвигатель и его систему управления. В теории электропривода механические, электрические и магнитные переменные характеризуют работу двигателя, такие как скорость, ускорение, положение вала, момент, ток и т.д. Часто называют координатными управления, иногда называют регулируемыми величинами электродвигателя. Используя этот термин можно назвать управление движением осуществляется за счет регулирования координат (переменных) электродвигателя.

Регулирование координат электродвигателя должно осуществляется для управления как установившегося так и неустановившегося движения исполнительного органа.

Тема 2. Регулирование скорости электропривода.


В общем случае регулировка скорости движения, а под этим понимается и подержание скорости на заданном уровне, может осуществляться двумя способами: параметрическим и замкнутых системах.

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких либо параметров электрической цепи двигателя или питающего напряжения, например за счет включения различных дополнительных элементов, таких как резисторы, конденсаторы и индуктивности. Качество такого регулирования скорости обычно оказывается не очень высоким. При необходимости получения процесса регулировки скорости с высоким качественными показателями переходят к замкнутым системам.

Электропривода в которых воздействие на двигатель осуществляется изменением подводимого к двигателю напряжения или частоты этого напряжения или того и другого.

Регулировка скорости в количественном отношение характеризуется следующими основными показателями:



  1. Диапазон регулирования скорости D определяется отношением max и min скоростей:

При заданных пределах изменения нагрузки на валу двигателя. Различные рабочие машины требуют разных диапазонов регулирования. Так прокатные станки характеризуются: ; Станки от до и более, а электровозы (5 км/ч) максимальная (150 км/ч) .

  1. Направление регулирования скорости.

  2. Плавность регулирования скорости. Плавность оценивается коэффициентом, который находится как отношение двух ближайших значений скорости:

Наибольшая плавность достигается в замкнутых системах с использованием преобразователей напряжения и частоты. Низкая плавность соответствует регулировки параметрическим способам.



  1. Стабильность скорости, характеризуется изменением скорости движения при изменение момента нагрузки на его валу.

  2. Экономичность регулирования скорости характеризуются капитальными затратами на автоматизирование электрического привода и его эксплуатацию.

  3. Допустимая нагрузка двигателя соответствует такому моменту нагрузки при котором нагрев двигателя не превосходит допустимого нормативного.

Тема 3. Регулирование положения электродвигателя.


Необходимо регулировать положение исполнительных органов в пространстве или их позиционирование (остановка лифта, в метро на станции, электричек на перроне). Эта задача решается также путем регулирования положения вала привода. Основное требование которое предъявляется к электроприводу . Функция таких исполнительных органов заключается в обеспечение требуемых их точности, их установки в заданной точке пространства или плоскости, а в ряде случаев и в обеспечении требуемых характере их движения. При необходимости получения более точного регулирования положения и обеспечение качественного характера движения исполнительного органа – используется замкнутый электродвигатель.

С обратной связью по положению. В этом случае система автоматически вырабатывает сигнал на начало торможения и обеспечивает заданную точность основного исполнительного органа.

Тема 4. Общие принципы построения систем управления электроприводами.

Реализация регулирования координат электропривода осуществляется целенаправленным воздействием на электропривод с помощью систем управления содержащих в общем случае силовой преобразователь и устройство управления. Всю совокупность систем управления можно разделить на неавтоматизированное и автоматизированное. Последнее в свою очередь делят на разомкнутые и замкнутые.

Неавтоматизированными называются системы в которых все операции по управлению электроприводом осуществляются человеком-оператором (машинист) с помощью простейших ручных средств управления.

Автоматизированными называются такие системы в которых человек-оператор дает только команду на начало и конец работы. А все остальные операции по обеспечению заданного технологического процесса обеспечиваются без участия человека. Для пояснения рассмотрим схемы разомкнутых и замкнутых приводах:


а)

б)

в)

г)

На рисунках: а) разомкнутая система;

б) замкнутая система по принципу обратной связи;

в) схема замкнутой системы построенной по принципу компенсации возмущения;

г) комбинированная схема замкнутой системы.

На рисунке приняты следующие обозначения:

ЭП – электропривод;

Х вых. – выходная координата ЭП (показана лишь одна координата например скорость);

ХЗ - задающий сигнал (управляющее воздействие определяющее Х вых.);

Х возм. – возмущающее воздействие которое в общем случае определяется различными помехами колебаниями питающегося напряжения, аварийными ситуациями и меняющиеся нагрузки ЭП (например подъем, спуск) которое является основным возмущающим воздействием для ЭП.

Введенные понятия позволяют определить разомкнутую систему, как систему в которой изменение их внешних возмущений Х вых , т. е. разомкнутая система не обеспечивает отстройку выходной величины от внешних возмущений, которые появляются в изменении уровня Х вых .

Это является наиболее существенным недостатком разомкнутых систем, которые из-за своей простоты нашли довольно широкое применение в электроприводе, например для автоматизации его пуска, реверса и торможения. В отличии от разомкнутых систем в замкнутых системах влияние возмущения Х возм на выходную координату Х вых частично. Или полностью устраняется.

Достигается это в системе с обратной связью (рис.б) и в системе (рис.в), а также в комбинированной системе (рис.г).

Системы с обратной связью или что тоже самое системы работающие по принципу отклонения являются основным видом замкнутых систем автоматизированного электропривода. Их характерным признаком является подача на вход электропривода сигнала обратной связи.

Х ос пропорционального выходной величине Х вых . Этот сигнал сравнивается с задающим сигналом ХЗ и результирующий сигнал Х (его называют обычно сигналом рассогласования или сигналом отклонения) является входным управляющим сигналом для электропривода. Если в следствии действия Х возм (например нагрузки электропривода на подъеме и спуске) выходная величина Х вых (скорость электропривода) изменяется, то соответствующим образом изменяется сигнал рассогласования, а это приведет к изменению режима электропривода и восстановлению с определенной точностью прежнего уровня его скорости. Если производится регулирование нескольких координат электропривода (скорость, ускорение, место положения) то в системе используются и соответствующее количество обратных связей. Все обратные связи можно разделить на положительные и отрицательные, жесткие гибкие, линейные и не линейные)

Положительной называется такая обратная связь сигнал которой Х ос направлен согласно задающимся сигналом ХЗ . В то время как сигнал отрицательной обратной связи направлен на встречу с сигналом ХЗ т. е. с минусом.

Жесткая обратная связь характеризуется тем, что ее сигнал действует как в установившихся так и в переходных режимах работы. Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах системы и служит для формирования только динамических характеристик электропривода.

Линейной называется обратная связь, которая математически описывается линейными уравнениями, т. е. алгебраическими или дифференциальными, куда Х входит только в первой степени. Все остальные связи являются не линейными , так как в их уравнения входят Х с степенями.

В электроприводе для регулирования его выходных координат скорости, ускорения положения обычно используются обратные связи по скорости, положению тока и напряжению всех перечисленных выше видов. Обратная связь по моменту или усилию двигателя применяется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента и усилия.

При регулировке двух или нескольких координат электропривода используются 3 основные структурные схемы.

1 схема называется – схема с общим суммирующим усилителем. Электропривод на ней для удобства анализа представлен двумя частями: электрической эrg (обмотка якоря) и механической mrg (ротор). Электромагнитный момент двигателя обозначенный как ХЗ является в общем случае регулируемой координатой электропривода.

Координаты Х2 и Х1 представляют соответственно скорость и положение вала двигателя.
а)


б)


в)
Основным признаком схемы с общим усилителем (схема а) является использование усилителя на входы которого подаётся алгебраическая сумма сигналов задающего XЗ и обратной связи по всем координатам XОС1; XОС2; XОС3; достоинство схемы заключается в её простоте, недостаток – невозможность регулирования координат независимо друг от друга и как следствие этого, трудность достижения оптимального регулирования всех координат. Развитием схемы с общим усилителем является схема (б) где используются нелинейные обратные связи (отсечки), реализация нелинейного характера обычно достигается за счет введения дополнительных опорных сигналов ±XОТС1, ±XОТС2, ±XОТС3 и вентильных элементов. Указанный недостаток схем с общим усилителем устраняется при использовании систем подчиненного регулирования координат с последовательной коррекцией, (схема в). Отличительной особенностью этих систем является равенство (соответствие) количества усилителей и замкнутых контуров к числу регулируемых координат. При этом замкнутые контуры располагаются таким образом, что выходной сигнал внешнего контура является сигналом задающим входным сигналом внутреннего контура. Тем самым каждый внутренний контур оказывается подчинён внешнему контуру откуда и произошло название таких систем. Применительно к схеме (в) первым контуром является контур с I момента (координата Х3), который подчинен внешнему по отношению к нему контуру скорости (координата Х2), который в свою очередь подчинен к контуру положения (координата Х1), каждый контур имеет свой усилитель У1, У2, У3, Которые обычно называются соответственно регуляторами положения скорости и момента.

Такое построение системы позволяет осуществлять раздельное регулирование координат и раздельную оптимальную постройку качества регулирования. Выбор типа регуляторов и расчет их параметров обычно производят таким образом, чтобы получить в динамических режимах, технически оптимальный переходный процесс (настройка на технический оптимум).


Тема 5. Системы автоведения на железнодорожном транспорте.
На железнодорожном транспорте РФ проводится широкий комплекс мер по автоведению поездов. Для полного использования потенциала этих систем, необходимо их совместное применение интеграции аппаратного программного и функционального обеспечения в одну много уровневую систему (МС) управления и обеспечения безопасности поездов. Такую систему разрабатывает всероссийский научно-исследовательский институт Информатизации, автоматизации и связи (ВНИИАС). В этой системе наряду с традиционными средствами безопасности , т. е. рельсовые цепи, проходные каналы связи и т. д., используется новые счетчики осей, радиотехнические и оптические средства контроля, цифровые системы передачи информации, в том числе по радиоканалу, спутниковые навигации и т. д.. Должны быть взаимно связаны устройства выполняющих функции на станциях и перегонах. В важном направлении системы управления и безопасности является использование спутниковой навигации при этом получается, исходные данные, блок участка и их перегона, расположение поездов на станциях, скоростях их движения вероятного времени подхода к станции и т. д.. Многоуровневая система управления и обеспечения безопасности реализуется как совокупность трех взаимодействующих аппаратных комплексов: на тяговом подвижном составе единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения (ЕКС) на базе средств СЦБ многоуровневая система управления и обеспечения безопасности (МССИБ) на базе АСУ хозяйствами использования ассационных систем ОАО РЖД информационная подсистема (АСУМС).
Тема 6. Тяговый подвижный состав.
На ТПС создается единая композиционная система ЕКС управления и обеспечения безопасности движения на тяговом подвижном составе.

ЕКС – создается на базе трех объединенных на программном интерфейсном уровне систем: автоведение поезда УСАФВП, автоматического управления тормозами САУТ – ИМ; комплексного управления безопасности КЛУБ – У.

Для обеспечения безопасности движения поезда в ЕКС должна быть передана информация о показание ближайшего напольного светофора, ограничении скорости, разрешение на отправление, в том числе и при запрещающем показании светофоров, кроме того в ЕКС следует передать временное ограничение скорости, требование немедленной остановки или остановки на станции, запрет отправления и другие. В перспективе в ЕКС следует передавать и графическое движение поезда, расстояние до ближайшего впереди идущего поезда, массу поезда и его длину и другую необходимую для ЕКС информацию для ТИМ. Основная считываемая с ЕКС информация: текущее положение, скорость, допустимая скорость, показание путевого светофора.

Разработанные отраслевым центром внедрения (ОВЦ ВНИИЖД) система автоведения (автомашинист) регистратор параметров движения и автоведения РПДА. Позволяют с высокой точностью в каждой поездке выполнять график движения , повысить уровень его безопасности, обеспечивать оптимальный расход электроэнергии и облегчить работу ТИМ.Сйчас система автоведения уже внедрена на 1384 электропоездах, т.е. более 90% парка и на 475 пассажирских и грузовых локомотивах. Регистраторами параметров движения и автоведения оснащено более 700 и 500 электричек постоянного тока.

В системах автоТИМ впервые использован мощный бортовой компьютер, функциональные возможности которого достаточно для безопасного и оптимального движения поездов. По своей технической сущности автоТИМ и РПДА являются открытыми системами, которые могут функционально расширяться и адаптироваться под все серии ЭПС. Это позволяет интегрировать их с другими системами управления движения (САУТ, КЛУБ, и другие).

В течении 5 лет системами автомашинист различает модификации оборудованы свыше 90% приписного парка России; 53% «Беларусь», несколько электропоездов Украины, Казахстана. В настоящее время системы автоТИМ находятся на Московской, Южно – Уральской, Северной, Куйбышевской и Западно - Сибирской железной дороге, оборудовано 475 ЧС 7, ЧС 2, ВП 10.

Функциональными блоками автомашинистами является центральной процессор, блок коммутации и сопряжения, блок индикации, блок клавиатуры, датчики пути и скорости, датчики давления, комплекты кабельной. Эксплуатация систем автоТИМ более, чем 70 депо показало возможность снижения расхода электроэнергии до 12% в зависимости от особенности плеч обслуживания различных депо.

Средний показатель экономия электроэнергии 7% , кроме этого используя данные зашифровки с РПДА можно сократить расходы локомотивного депо на проведение плановых ремонтов ЭПС и на этом основании перейти к принципу своевременного до планового устранения неисправностей и поломок пути. АвтоТИМ в режиме реального времени определяет место нахождения поезда, рассчитывает скорость, учитывая график движения, ограничения скорости, профиль, длину, блок участка, показания светофоров. Он автоматически выполняет торможение до остановки поезда под запрещение сигнала светофора. Производится торможение поезда для снижения скорости до допустимой под ограниченные сигналы светофоров, постоянные и временные ограничения скорости с точностью до 50 м.. практика показала, что в среднем по сети (практика) наработка на отказ 22 тыс..

При частоте отказов 32 случая на 1 миллион пробега. Система автоТИМ дополняет регистратор параметров движения и РПДА. Он фиксирует около 40 параметров работы ЭПС и отображает их на индикаторе для сведения локомотивной бригад. Кроме того РПДА регистрирует полученные данные на специальном съемном накопители информационном картридже. В эксплуатации находится модификатор УСАВП: САВП – ЛМ; САВП – М1; САВПЭ – Л.

Система УСАВП – работает в двух режимах, автоведения и подсказчика не выдаются команды управления поездом.








  1. Точное соблюдение графика движения основы безопасности;

  2. точное выполнение установленных скоростей движения;

  3. Автоторможение под запрещающие и ограничивающие сигналы светофоров;

  4. Управление ЭПС при потери бдительности ТИМ и неправильном восприятии сигналов;

  5. Регистрацию основных параметров движения ЭПС с привязкой и пути времени;

  6. Измерение и регистрацию основных электрических параметров;

  7. Возможности подготовки диагностической модели технического состояния ЭПС;

  8. Переход к электронным технологиям обработки маршрута ТИМ и учета состояния ЭПС.

Предупреждают:



  1. Проезд запрещающих сигналов;

  2. Нарушение скоростного режима;

  3. Несоблюдения графика движения;

  4. Быстрое утомление бригад.

Снижают:


  1. Психофизиологическую и информационную нагрузку на машиниста;

  2. Загруженность локомотивной бригады рутинными операциями;

  3. Риски неисправной и неопознанной оценки поездной ситуации и восприятия сигналов.

Исключают:



  1. Движение под запрещающий сигнал;

  2. Превышение установленной скорости;

  3. Негативные действия продолжительности динамических усилий;

  4. Управление при бдительности ТИМ и неправильном восприятии сигналов.


Тема X. Определение местоположения GPS.

Идеи использования космических аппаратов для навигации подвижного состава как свидетельствует стенфардского университета США Б. Паркенсон. В прошлом руководитель программ напретан и GPS начали развиваться после запуска в СССР 1957г. искусственного спутника земли. В США была поставлена задача слежения за советским спутником посредством приёма его сигнала на наземном пункте с известными координатами.

Обратная задача получения координат со спутника на основе обработки принятого сигнала, представляется очевидный и естественный.

На этой основе в интересах обеспечения пуска с подводных лодок «Аларис» была создана в 1954г. спутниковая радио навигационная система «Транзит». Для коммерческого использования была запущена в 1967г. глобальная система спутниковая система GPS второго поколения, основанная на принципах дальнометрии и предназначена для высокоточного определения трёх координат места, составляющих вектор скорости и времени. Система разработана и находится под контролем ВВС США. Определено, что за использование системы несет ответственность министерство транспорта США.


ГЛОНАС

В 1958г. в Ленинградской ВВА академии им. Можайского в институте теоретической астрономии.

В СССР – двух морских НИИ и Горьковским проводились исследования по теме спутник, ставший в основу построения первой отечественной низкоорбитальной системы «Искада».

В СССР летное испытание системы «Глонас» началось в 1982г. запуском спутника «Космос» 1413. Основным разработчиком в целом является НПО прикладной механики г.Красноярск.

Глонас имеет 40 летнюю историю.

В 1955г. было запущено 24 космических аппарата. Разработано по заказу министерства обороны.



Методические указания для преподавателей

по изучению дисциплины

«Электрические машины и электропривод»

(специальности ЭНС, АТС)

При изучении принципа действия, классификации и основного конструктивного испол­нения необходимо ориентироваться на электрические машины, применяемые в устройствах и на объектах железнодорожного транспорта.

Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и потери энергии в машинах демон­стрируются соответствующими графическими зависимостями.

Принцип действия электрических машин постоянного тока объясняются на основе кри­вой намагничивания стали, в этой связи делается упор на принципиальную общность всех элек­трических машин, показываются основные электромагнитные соотношения: электродвижущая сила, электромагнитный момент и скорость вращения якоря. На базе основных соотношений сформулировать принцип обратимости электрических машин. Для электрических машин посто­янного тока показать и объяснить, почему на железнодорожном транспорте они нашли широ­кое применение.

Назначение, принцип действия, классификация и устройство трансформаторов объясня­ется с использованием конкретных их типов, применяемых в том или ином железнодорожном хозяйстве. Схема замещения, энергетический баланс и зависимость параметров схемы замеще­ния показывать, связывая с паспортными данными трансформаторов.

При изучении принципов действия электрических машин переменного тока указывается принципиальная разница между ними (асинхронные, синхронные, индукторные, коллекторные и др.) Как и в случае с трансформатором показать зависимость схемы электрической замеще­ния машины переменного тока и её реальных характеристик. Показать сферу применения и перспективы применения машин переменного тока на железных дорогах.



В разделе основ электропривода механические характеристики, уравнение движения электропривода и классификация режимов работы рассматриваются с точки зрения наиболее распространенных механизмов применяемых в конкретных условиях железнодорожного транс­порта.
К.т.н., доц. Орлов В.В.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница