Тема: ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭЛЕКТРОННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЕМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

За последнее десятилетие тяговый электрический привод получил значительное развитие. Во многом это взаимосвязано с постоянным усовершенствованием электросиловых установок транспортных средств, в том числе частичной заменой двигателей внутреннего сгорания электрическими или гибридным их аналогом. Главной координатой управления в тяговом электроприводе является крутящий момент. Поэтому точное его измерение и управление является приоритетной задачей в области тягового электропривода [1]. Недостаточная точность управления электромагнитным состоянием электрических машин не позволяет в полной мере реализовать потенциал синхронных машин при глубоком регулировании по углу нагрузки в пиковых режимах и энергетическую эффективность асинхронных машин при глубоком амплитудном регулировании до (30...50)% номинала в длительных режимах частичных нагрузок [2].
Актуальность данной темы заключается в необходимости повышения точности распределения момента между двигателями в многодвигательных взаимосвязанных либо групповых силовых установках автотранспортных средств и однодвигательных агрегатах, область применения которых обширна: технологические процессы металлургического производства, непрерывная транспортировки сыпучих материалов, производство рулонной продукции различного назначения [3]. Электрический привод с измерителем крутящего момента облегчает решение задачи контроля вязкости, влажности и однородности исходного материала в производстве хлебной продукции, глиняного, песочно-цементного и других растворов в производстве строительных материалов. начиная от намоточных устройств однодвигательных электроприводов и заканчивая многодвигательными электроприводами автотранспортных систем и промышленных конвейеров. Стоит отметить, что на данный момент, тяговый электропривод является одним из основных узлов электротранспортных средств, незаменим в металлургии.Характеристики ТЭП во многом определяют характерные черты транспортного средства. Развитие ТЭП находится на границе между высокими
экономическими требованиями, экологичностью и технической
эффективностью оборудования [4].
Проблема недостаточного качества управления тяговым электрическим приводом связана с тем, что существующие методы управления не обеспечивают необходимую точность определения крутящего момента и распределение его по осям, в следствие чего снижается общий уровень надежности и безопасности транспортных средств. Кроме того, это может привести к нарушению технологического процесса, возникновению ударных нагрузок и бракованной продукции.
Целью ВКР является разработка электронного измерителя крутящего момента электрических машин в тяговом электроприводе на основе двигателей переменного тока, позволяющая минимизировать погрешность определения момента до уровня приведенной погрешности не более ±3%. Более того, предполагаемое программное обеспечение измерителя крутящего момента и системы контроля и диагностики тягового электропривода имеет во многом совпадающую информационную и алгоритмическую основу. Данный фактор повышает актуальность разработки предлагаемого продукта.


Купить

В ВКР рассмотрены существующие методы измерения в тяговом электроприводе, на основе которых сделан выбор в пользу косвенного измерения крутящего момента по средствам электронного измерителя. По средствам ИКМ исключаются такие недостатки прямого измерения моментом как крупные габариты, необходимость установки датчика на вал, в некоторых случаях даже точность измерения. Это позволяет использовать его даже в сложных эксплуатационных условиях. В его основу положен энергетический метод формирования электромагнитного момента, входящий в теорию обобщенного энергетического потока электрической машины. Он учитывает недостатки векторного управления и позволяет повысить точность определения электромагнитного момента в 3-4 раза. Раскрыт принцип построения электронного измерителя крутящего момента, в основу которого положены разработки информационно-измерительной системы электропривода.
Выполнена оптимизация математической модели асинхронного двигателя по критерию минимума среднеквадратичного отклонения базовых показателей, благодаря которой определены значения сопротивлений электрической машины, позволяющие с высокой точностью определять ее основные параметры.
Моделирование точностных характеристик подтвердило реализуемость предъявленных требований к точности определения электромагнитного момента на уровне ± (2,5...3) %. При этом определены допуски на определение суммарных номинальных потерь активной мощности и их зависимость от КПД и класса точности измерительных приборов, а также допуски на погрешности прямого измерения активной мощности, угловой скорости, тока и напряжения. Кроме того, произведен выбор измерительной аппаратуры и микроконтроллера, входящих в состав информационно - измерительной системы тягового электропривода, точность измерения которых учитывалась при моделировании.Разработана общая функциональная схема тягового электропривода с электронным измерителем крутящего момента.
В результате проделанной работы получена универсальная система косвенного определения момента по средствам электронного измерителя тягового электропривода с требуемыми точностными характеристиками. Подтверждено, что данная система позволяет повысить точность определения крутящего момента до уровня ± (2,5...3) % приведенной погрешности, то есть в 3-4 раза по сравнению с векторным методом управления.
Данная работа является второй ВКР, выполненной мной в течение периода работы в научной группе по автомобильному тяговому электроприводу. В выпускной квалификационной работе использованы разработки и публикации коллектива научной группы с моим участием.
При выполнении выпускной квалификационной работы использовались такие программы как MathCAD и AutoCAD, при помощи которых производились такие расчеты как настройка математической модели электрической машины по техническим данным и моделирование точностных характеристик электрической машины, а также разработка функциональных схем как информационно - измерительной системы тягового электропривода, так и общей функциональной схемы электронного измерителя крутящего момента в составе тягового электропривода.


Купить