RU2428326C1 - Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору - Google Patents
Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428326C1 RU2428326C1 RU2010110375/11A RU2010110375A RU2428326C1 RU 2428326 C1 RU2428326 C1 RU 2428326C1 RU 2010110375/11 A RU2010110375/11 A RU 2010110375/11A RU 2010110375 A RU2010110375 A RU 2010110375A RU 2428326 C1 RU2428326 C1 RU 2428326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- engine
- motor
- control
- flux linkage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Abstract
Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями. Способ включает вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора в блоке DTC (Direct Torque Control) по первому двигателю. Вычисление задания на момент ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной частоты вращения параллельно включенных асинхронных двигателей. В режиме тяги управление ведется по максимальной скорости вращения. В режиме торможения управление ведется по минимальной скорости вращения. Задание на потокосцепление статора ψsз определяется в системе управления верхнего уровня по зависимости ψsз=f(ωср), где ωср - средняя скорость вращения двигателей или скорость локомотива, приведенная к валу двигателя. Технический результат заключается в обеспечении высокодинамичного управления моментом двигателей и предупреждении боксования и юза. 2 ил.
Description
Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано на подвижном составе с асинхронными тяговыми двигателями (АТД), подключенными параллельно к одному автономному инвертору напряжения (АИН). На локомотивах такое параллельное подключение к одному инвертору и совместное управление (регулирование) АТД осуществляется обычно в пределах каждой тележки, поэтому его часто называют «потележечным» регулированием АТД.
Известен способ управления двумя АТД при питании от одного инвертора (Известия вузов. Электромеханика, №2, 2006, С.45-51 - прототип [1]) с использованием векторного управления АТД при постоянстве потокосцепления ротора. В данном способе параметры состояния двигателей определяются с использованием датчиков фазных токов и частоты вращения каждого АТД, затем по информации о частоте вращения двигателей принимается решение, по какому двигателю вести управление, и в качестве сигналов обратной связи системой управления (СУ) используется информация о токе статора, потокосцеплении и частоте вращения ротора этого двигателя.
Недостатком этого способа является наличие большого числа датчиков тока и переключение всех обратных связей в зависимости от того, по какому двигателю ведется управление, что может приводить к значительным электромеханическим колебаниям и повышенным динамическим нагрузкам в элементах тяговой передачи. Недостатком является также управление в режиме тяги по двигателю с меньшей скоростью вращения, так как при этом не отрабатывается необходимое снижение момента двигателя с большей скоростью вращения при резком изменении условий сцепления (например, наезд на масляное пятно). Кроме того, к недостаткам этого способа можно отнести само векторное управление АТД, требующее прямых и обратных координатных преобразований и компенсации перекрестных обратных связей объекта, увеличивающих ошибку и уменьшающих надежность системы.
Известна также система прямого управления моментом (Direct Torque Control, - сокращенно DTC) (Козярук А.Е., Рудаков В.В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока / под ред. Народицкого А.Г. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005. - 100 с. [2]), которую можно использовать для управления АТД (Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №5. - С.12-19 [3]).
Недостатком способов управления с использованием системы DTC, представленных в [2] и аналогичных [3, 4], является то, что они рассчитаны на индивидуальное регулирование двигателей (в частности, индивидуальное регулирование АТД каждой оси локомотива) и не предусматривают возможности совместного регулирования нескольких АТД, подключенных параллельно к одному АИН.
Целью изобретения является управление асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору, обеспечивающее высокодинамичное регулирование момента двигателей и предупреждение боксования и юза.
Технический результат достигается тем (фиг.1), что в данном способе, использующем прямое управление моментом, вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора ведется в блоке DTC всегда только по первому двигателю (двигателю первой оси тележки при потележечном регулировании) в соответствии с выражениями:
RS1 - сопротивление фазы обмотки статора первого двигателя, корректируемое с учетом изменения температуры обмотки;
М - электромагнитный момент первого двигателя;
р - число пар полюсов;
θs - фаза вектора потокосцепления статора первого двигателя,
а вычисление задания на момент, подаваемого в блок DTC, ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной частоты (угловой скорости) вращения параллельно включенных асинхронных двигателей: в режиме тяги управление ведется по максимальной, а в режиме торможения - по минимальной скорости вращения, например, при использовании пропорционально-интегрального регулятора скорости (возможны и другие типы регуляторов), задание на момент Мз, поступающее в блок DTC, вычисляется по формулам:
и ограничивается на величине Могр в случае ее превышения,
где kω - коэффициент усиления пропорционального звена регулятора скорости;
Tω - постоянная времени интегрального звена регулятора скорости;
ωз - задание угловой скорости, поступающее из системы управления верхнего уровня и определяемое с учетом обеспечения оптимального проскальзывания колес;
ωmax - максимальная скорость вращения параллельно включенных двигателей;
ωmin - минимальная скорость вращения параллельно включенных двигателей;
Могр - ограничение по моменту, вырабатываемое в системе управления верхнего уровня;
причем задание на потокосцепление статора подаваемое в блок DTC, определяется в системе управления верхнего уровня по заданной зависимости где ωcp - средняя скорость вращения двигателей или скорость локомотива, приведенная к валу двигателя. На фиг.1 показана система управления тяговым электроприводом с использованием предлагаемого способа, на фиг.2 в качестве примера приведены результаты моделирования поочередного наезда колес 1-й и 2-й оси тележки на масляное пятно длиной 2,5 м в процессе разгона локомотива.
К отличительным особенностям DTC можно отнести наличие в системе (фиг.1):
- гистерезисных релейных регуляторов потокосцепления статора (РРп) и момента (РРм) асинхронного двигателя;
- электронной адаптивной модели двигателя (АМД) для вычисления текущих управляемых координат асинхронного двигателя (потокосцепления статора и электромагнитного момента) по значению фазных токов, напряжения в звене постоянного тока и коммутационной функции АИН;
- блока вычисления фазового сектора (БВФС), в котором в текущий момент времени находится вектор потокосцепления статора двигателя;
- табличного (матричного) вычислителя оптимального вектора напряжения двигателя, выполняемого в виде блока логического автомата (БЛА) и определяющего функцию переключения вентилей АИН.
Система DTC обладает высоким быстродействием и в то же время в ней не требуются необходимые при реализации векторного управления преобразователи координат, регуляторы составляющих тока статора, блоки компенсации перекрестных обратных связей АТД. Кроме того, система более устойчива к возмущениям и неточности информации о переменных состояния объекта управления, чем обычная векторная система, что очень важно в тяговом электроприводе. Использование для вычисления фактических значений потокосцепления и момента только датчиков первого двигателя АТД_1, а не двигателя с минимальной или максимальной скоростью вращения, по которой в данный момент ведется управление, позволяет избежать электромеханических колебаний, возникающих при переключении обратных связей из-за разброса параметров обмоток двигателей. При этом двигатель АТД_1 первой оси, имеющей наименьшую вертикальную нагрузку, наиболее склонен к боксованию и юзу, поэтому он наиболее часто имеет максимальную и минимальную скорость в режимах тяги и торможения соответственно, и именно его скорость используется для управления. Переключения на управление по скорости других двигателей, например двигателя второй оси АТД_2, происходят, например, при поочередном проезде осями масляного пятна (фиг.2), когда вторая ось наезжает на пятно, а первая уже выехала на чистые рельсы, в этом случае боксование и юз соответствующих осей также эффективно подавляются.
Чтобы проанализировать предложенный способ, выполнено компьютерное моделирование тягового электропривода двухосной тележки с опорно-осевым подвешиванием асинхронных тяговых двигателей ДАТ305, подключенных параллельно к одному АИН, разброс параметров обмоток параллельно включенных двигателей (второго двигателя по отношению к первому) варьировался в диапазоне ±(10…20%). В модель механической части подставлены параметры механической передачи тепловоза ТЭМ21. На приведенных графиках фиг.2 Мд1 и Мд2 - электромагнитные моменты двигателей первой и второй оси тележки соответственно, Мз - задание на электромагнитный момент; VK_1 и VK_2 - скорости колес первой и второй оси тележки соответственно.
Моделирование наглядно показывает эффективность подавления боксования колес и высокие динамические свойства электропривода, использующего описанный способ управления. Предлагаемый способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору, обеспечивает высокодинамичное управление моментом двигателей и предупреждение боксования и юза при разбросе параметров обмоток параллельно включенных двигателей до 20% по отношению к первому двигателю.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Колпахчьян П.Г. Управление двумя асинхронными тяговыми двигателями при питании от одного инвертора // Изв. вузов. Электромеханика. - 2006, - №2. - С.45-51.
2. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока / под ред. Народицкого А.Г. - СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005. - 100 с.
3. Бабков Ю.В., Чудаков П.Л., Романов И.В., Федяева Г.А. Совершенствование систем и алгоритмов управления тяговым электроприводом тепловозов с асинхронными двигателями // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №5. - С.12-19.
4. Иньков Ю.М., Феоктистов В.П., Федяева Г.А. Система экстремального регулирования тягового электропривода с асинхронными двигателями // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №4. - С.10-18.
Claims (1)
- Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору, использующий прямое управление моментом (Direct Torque Control - сокращенно DTC), отличающийся тем, что в данном способе вычисление текущих значений электромагнитного момента и потокосцепления статора ведется в блоке DTC всегда только по первому двигателю (двигателю первой оси тележки при потележечном регулировании) в соответствии с выражениями:
где и - потокосцепления первого двигателя по оси α и β соответственно;
и - напряжения статора параллельно включенных двигателей по оси α и β соответственно;
и - токи статора первого двигателя по оси α и β соответственно;
RS1 - сопротивление фазы обмотки статора первого двигателя, корректируемое с учетом изменения температуры обмотки;
М - электромагнитный момент первого двигателя;
p - число пар полюсов;
- модуль вектора потокосцепления статора первого двигателя;
θs - фаза вектора потокосцепления статора первого двигателя;
а вычисление задания на момент, подаваемого в блок DTC, ведется регулятором скорости с использованием сигналов максимальной или минимальной частоты (угловой скорости) вращения параллельно включенных асинхронных двигателей, а в режиме тяги управление ведется по максимальной, в режиме торможения - по минимальной скорости вращения, при использовании пропорционально-интегрального регулятора скорости задание на момент Мз, поступающее в блок DTC, вычисляется по формулам:
- в режиме тяги
- в режиме торможения
и ограничивается на величине Могр, в случае ее превышения,
где kω - коэффициент усиления пропорционального звена регулятора скорости;
Тϖ - постоянная времени интегрального звена регулятора скорости;
ωз - задание угловой скорости, поступающее из системы управления верхнего уровня и определяемое с учетом обеспечения оптимального проскальзывания колес;
ωmax - максимальная скорость вращения параллельно включенных двигателей;
ωmin - минимальная скорость вращения параллельно включенных двигателей;
Могр - ограничение по моменту, вырабатываемое в системе управления верхнего уровня;
причем задание на потокосцепление статора ψsз, подаваемое в блок DTC, определяется в системе управления верхнего уровня по заданной зависимости ψsз=f(ωcp), где ωср - средняя скорость вращения двигателей или скорость локомотива, приведенная к валу двигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010110375/11A RU2428326C1 (ru) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010110375/11A RU2428326C1 (ru) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2428326C1 true RU2428326C1 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010110375/11A RU2428326C1 (ru) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2428326C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150191183A1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-09 | General Electric Company | Systems and methods for identifying different types of traction motors in a vehicle system |
RU2586944C2 (ru) * | 2014-09-02 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Энергоэффективный способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору |
RU2699203C1 (ru) * | 2016-04-19 | 2019-09-03 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Способ управления для электрического транспортного средства и устройство управления для электрического транспортного средства |
-
2010
- 2010-03-18 RU RU2010110375/11A patent/RU2428326C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150191183A1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-09 | General Electric Company | Systems and methods for identifying different types of traction motors in a vehicle system |
US9221480B2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-12-29 | General Electric Company | Systems and methods for identifying different types of traction motors in a vehicle system |
RU2586944C2 (ru) * | 2014-09-02 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Энергоэффективный способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору |
RU2699203C1 (ru) * | 2016-04-19 | 2019-09-03 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Способ управления для электрического транспортного средства и устройство управления для электрического транспортного средства |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2613519C (en) | System and method for locomotive adhesion control | |
US8988016B2 (en) | System and method for traction motor control | |
US5661378A (en) | Tractive effort control method and system for recovery from a wheel slip condition in a diesel-electric traction vehicle | |
US6163121A (en) | Torque maximization and vibration control for AC locomotives | |
US9616770B2 (en) | Electric vehicle drive apparatus, method of driving an electric vehicle, and program | |
US9209736B2 (en) | System and method for traction motor control | |
US5841254A (en) | Torque maximization and vibration control for AC locomotives | |
Matsumoto et al. | A novel vector control of single-inverter multiple-induction-motors drives for Shinkansen traction system | |
RU2428326C1 (ru) | Способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору | |
US6194850B1 (en) | System and method for determining true ground speed in a locomotive | |
Veselov et al. | Adaptive power saving control for traction asynchronous electrical drive: synergetic approach | |
Abouzeid et al. | Torsional vibration suppression in railway traction drives | |
WO2020250742A1 (ja) | 永久磁石同期電動機の駆動装置、駆動方法、および鉄道車両 | |
RU96071U1 (ru) | Устройство управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору | |
CN112104284A (zh) | 一种基于架控模式下的城轨列车黏着控制方法及系统 | |
US10457157B2 (en) | Motor drive device | |
RU2586944C2 (ru) | Энергоэффективный способ управления асинхронными тяговыми двигателями, подключенными параллельно к одному инвертору | |
CA2298931C (en) | Torque controller system having a torque processor with improved tractive effort distribution | |
US8604728B2 (en) | Method and apparatus for controlling dynamic braking on locomotives | |
EP1473485B1 (en) | Reducing counter-phase vibrations | |
RU2270766C2 (ru) | Способ предупреждения боксования и юза колесных пар и подавления фрикционных автоколебаний в кинематической цепи подвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями | |
Halder et al. | Permanent magnet synchronous motor drive with wheel slip control in traction application | |
RU2704459C1 (ru) | Способ приведения в движение электрического транспортного средства, снабженного суперконденсаторной или ионисторной батареей | |
Fedyaeva | Reducing shock dynamic loads on the asynchronous traction drive of a developed diesel locomotive in emergency modes | |
JPS6112444B2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120319 |