Калінов А.П., Мельников В.О. - Комп’ютеризований лабораторний комплекс для дослідження електромеханічних трансмісій транспортних систем

Автор: Калінов А.П., Мельников В.О.
Источник: Кременчуцький державний університет імені Михайла Остроградського. 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20

Аннотация

Калінов А.П., Мельников В.О. Комп’ютеризований лабораторний комплекс для дослідження електромеханічних трансмісій транспортних систем. Описано розроблений лабораторний стенд для дослідження електромеханічних трансмісій транспортних засобів та здійснено аналіз його функціональних можливостей. Наведено результати експериментальних досліджень режимів роботи тягових електродвигунів.

Вступ.

Електромеханічні трансмісії набули широкого розповсюдження у транспортних засобах завдяки простоті передачі, перетворення та керування електричною енергією. Додатковими перевагами електромеханічних трансмісій є краще використання теплового двигуна за потужністю, можливість реалізації гальмівних режимів електричним шляхом та більші можливості щодо раціональної компоновки силових агрегатів у порівнянні з іншими видами трансмісій. Широке використання електромеханічних трансмісій у транспорті обумовлює необхідність дослідження їх характеристик, режимів роботи, способів та засобів керування на лабораторному обладнанні в рамках навчального процесу підготовки інженерів- електромеханіків.

Мета роботи.

Аналіз функціональних можливостей розробленого лабораторного стенду по дослідженню електромеханічних трансмісій транспортних засобів.

Матеріал та результати дослідження. Одними з основних проблем у електроприводі різноманітних транспортних засобів є проблема рівномірного розподілення навантажень поміж тяговими електродвигунами (ТЕД) та проблема усунення боксувань колісних пар [1, 3, 4]. Також важливими питаннями є дослідження способів з’єднання ТЕД, способів економічного регулювання швидкості обертання ТЕД, способів реалізації електричного гальмування. Для дослідження вказаних питань на кафедрі САУЕ КДУ ім. М. Остроградського було розроблено комп’ютеризований лабораторний комплекс (рис. 1).

Рисунок 1 – Функціональна схема лабораторного комплексу для дослідження електромеханічних трансмісій транспортних засобів: М1, М2 – привідні тягові електродвигуни (ТЕД) постійного струму послідовного збудження; М3 – навантажувальна машина (НМ) постійного струму незалежного збудження; ШІП1, ШІП2 – широтно-імпульсні перетворювачі (ШІП) напруги якорів ТЕД; ШІП3 – перетворювач напруги обмотки збудження М3; ДС1-ДС3 – датчики струмів кіл електричних машин; ДН1-ДН3 – датчики напруг; ДШ1, ДШ2 – датчики швидкості обертання; mDAQ – модуль ЦАП/АЦП; БККА – блок керування комутаційною апаратурою

Окремої уваги заслуговує механічіна частина стенду. Два привідних ТЕД через ремінні передачі сполучені з НМ (рис. 2). Механічна частина кріплень електричних машин виконана таким чином, щоб забезпечити можливість зміни ступеню натягу ременів механічної передачі окремо для кожного ТЕД. Це дозволяє фізично моделювати режими роботи електромеханічної трансмісії при боксуванні одного з ТЕД.

На розробленому лабораторному стенді було проведено низку експериментальніх досліджень режимів роботи ТЕД при різних способах їх включення: послідовному, паралельному та незалежному. Для вимірювання та фіксації сигналів струмів, напруг та частот обертання використовувався блок датчиків струму і напруги [2], фотоімпульсні датчики частоти обертання та модуль ЦАП-АЦП mDAQ. Структурна схема вимірювального комплексу показана на рис. 3.

Модуль ЦАП-АЦП mDAQ компанії «Холіт™ Дейта Системс» є пристроєм збору аналогових і цифрових даних, який підключається до ПК через інтерфейс USB 1.1. Мікросистема збору даних mDAQ містить восьмиканальний 10-ти розрядний модуль АЦП з максимальною частотою дискретизації 100 кГц, два канали ЦАП (ШІМ) ±10 В і універсальні канали дискретного В/В (ТТЛ), які індивідуально конфігуруються на введення або виведення. Плата датчиків струму побудована на основі датчиків струму фірми Allegro MicroSystems типу ACS750LCA-050. Датчик струму ACS750LCA-050 виконаний на основі ефекту Холла. Блок датчиків напруги базується на підсилювачах з гальванорозв’язкою типу HCPL 7800A. Датчики частоти обертання побудовані на основі фотоімпульсних датчиків типу HOA0902 фірми Honeywell. Для перетворення імпульсного сигналу в аналоговий використовується перетворювач частота-напруга типу КР1108ПП1.

На рис. 4 – 7 показана робота тягових електродвигунів при послідовному підключенні. У ході експерименту здійснювався пуск тягових електродвигунів з наступним накидом максимального навантаження.

На рис. 8 – 11 показана робота тягових електродвигунів при паралельному підключенні. У ході експерименту здійснювався пуск тягових електродвигунів з наступним накидом максимального навантаження.

На рис. 12 – 15 наведено експериментальні дослідження при незалежному підключенні тягових двигунів. Пуск двигунів здійснювався під навантаженням неодночасно: першим запускався двигун М1, потім – М2.

Дослідження пускових режимів ТЕД без навантаження показали, що при послідовному включенні пусковий струм не перевищує номінальне значення, при паралельному – 1,5 номінального значення, а при пуску одного з ТЕД – 2 номінальних значення, що є припустимим для даного типу двигуна.

Незалежне включення тягових електродвигунів дозволяє досліджувати режими роботи при різних моментах двигунів, що є корисним у навчальному процесі при вивченні взаємозв’язаного електропривода. Неодночасне включення тягових електродвигунів з різними напругами керування ШІП дозволяє у режимі реального часу відстежувати перерозподіл навантажень двигунів.

Висновки.

Розроблений комп’ютеризований лабораторний стенд дозволяє досліджувати статичні, енергетичні та динамічні режими роботи електромеханічних трансмісій транспортних засобів. Використання розробленого блоку датчиків струму, напруги, швидкості та модуля керування контакторами у сполученні з модулем ЦАП-АЦП mDAQ, дозволяє повністю комп’ютеризувати, контролювати та керувати режимами роботи ТЕД.

Список использованной литературы

1. Осипов С. И. Основы тяги поездов / С. И. Осипов, С. С. Осипов. – М.: УМК МПС России, 2000. – 592 с.
2. Калинов А. П. Универсальное учебно- исследовательское оборудование для электромеханических лабораторий / А. П. Калинов, А. И. Гладырь // Електромеханічні і енергозберігаючі системи. Щоквартальний науково- виробничий журнал. Кременчук: КДПУ, – 2007. Вип. 1/2007 (1). – С. 14 – 191.
3. Слепцов М. А. Основы электрического транспорта / Слепцов М. А. – М.: Транспорт, 2006. – 465 с.
4. Галкин В. Г. Надежность тягового подвижного состава / Галкин В. Г., Парамзин В. П, Четвергов В. А. – М.: Транспорт, 1981. – 94 с.