Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 109 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
109
Dung lượng
3,82 MB
Nội dung
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN PHƯƠNG TIỆN ĐOÀN TÀU HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016 MỤC LỤC CHƯƠNG I- KHÁI QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung cấu trúc hệ truyền động điện phương tiện giao thông điện Khái quát chung Lịch sử ứng dụng phát triển hệ truyền động điện- ĐK Các yêu cầu trang thiết bị điện kéo 1.2 Đặc tính sức kéo phương tiện giao thông điện sử dụng động điện kéo chiều Đặc tính điện dẫn trục truyền động động điện kéo chiều Đặc trưng cơ- điện dẫn vành bánh xe chuyển động 10 Đặc tính kéo phương tiện giao thông sử dụng động điện chiều 12 1.3 Trạng thái làm việc đoàn tàu 13 1.4 Chế độ tải ĐCĐK xoay chiều không đồng pha 17 Đối với đoàn tàu chuyên trở hàng: vđm = 5—54km/h; Fđm= 60-65kN 18 Các đoàn tàu trở khách với vmax= 150-160- km/h tỉ số vmax/vđm= 1,4-1,6 18 Đối với đoàn tàu metro có yêu cầu riêng công suất 19 Phương trình chuyển động đoàn tàu 19 Đồ thị chạy tàu chế độ điều khiển: 21 CHƯƠNG II HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐOÀN TÀU SỬ DỤNG ĐCĐK CHIỀU 24 2.1 Khái quát hệ truyền động điện đoàn tàu sử dụng ĐC ĐK chiều 24 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo chiều: 660, 750, 1500, 3000V 24 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo xoay chiều: 1-15kV, 162/3hz; 25kv,50hz 25 2.2 Khởi động điều chỉnh vận tốc đoàn tàu 25 2.3 Điều chỉnh điện áp nhờ dùng MBA đặt đầu máy điện 29 1|P a g e 2.4 Điều khiển vận tốc động cách thay đổi từ trường cuộn dây kích từ sinh 35 Phương pháp bớt số vòng cuộn kích từ (điều chỉnh số vòng dây cuộn dây kích từ) 37 Mắc cuộn dây song song với cuộn kích từ nối tiếp (Phân dòng cho cuộn dây kích từ) 38 Phương pháp điều khiển đong điện cuộn kích từ nối tiếp song song động điện chiều có cuộn kích từ nối hỗn hợp 39 Phương pháp dùng kích từ chuyên nghành 40 2.5 Сấu trúc truyền động điện động điện kéo chiều sử dụng chỉnh lưu bán điều khiển 43 Khái quát chung: 43 Mạch chuyển động dùng chỉnh lưu bán điều khiển 43 2.6 Hệ truyền động sử dụng biến áp cấp 46 Sơ đồ nguyên lý: 46 2.7 Sử dụng chỉnh lưu cộng áp 48 Sơ đồ nguyên lý: 48 Nguyên lý làm việc: 49 2.8 Sử dụng nhiều chỉnh lưu nối tiếp 51 Sơ đồ nguyên lý: 51 Nguyên lý làm việc: 51 2.9 Sử dụng mạch truyền động băm xung chiều kiến thức chung biến đổi xung áp chiều điều chỉnh trình làm việc ĐC ĐK 54 Mục đích ứng dụng: 54 Sơ đồ nguyên lý đơn giản: 54 2.10 Sơ đồ biến đổi xung áp chiều khóa Thyristo 56 Bộ băm xung áp chiều phương pháp thay đổi tần số đóng cắt (f= 1/T) giữ tm= const 56 Bộ băm xung áp chiều phương pháp điều chế độ rộng xung (thay đổi thời gian đóng, cắt khóa điện tử tm giữ nguyên chu kỳ đóng cắt T) 57 Bộ băm xung áp chiều hỗn hợp phương pháp 58 2|P a g e 2.11 Mạch truyền động băm xung chiều PTGT điện 58 2.12 Một số hệ điều khiển truyền động điện kéo chiều sử dụng phổ biến đoàn tàu giới 61 Hệ truyền động điện kéo chiều sử dụng toa tàu metro Nga 61 Hệ truyền động điện kéo chiều sử dụng toa tàu metro Trung Quốc 62 CHƯƠNG III HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 65 3.1 Khái quát hệ truyền động điện động xoay chiều pha phương tiện giao thông 65 Khái quát chung 65 Đối với mạng cung cấp nguồn xoay chiều (GT điện đường dài): 65 Đối với mạng cung cấp nguồn chiều (GT điện thành phố) 66 3.2 Điều khiển chuyển động ĐCĐK không đồng xoay chiều pha 67 Điều khiển dựa theo nguyên tắc điều chế véctơ không gian 68 Nguyên tắc điều chế véctơ không gian thực chuyển đổi DC/AC 70 3.3 Điều khiển dựa theo nguyên tắc điều biến độ rộng xung 71 3.4 Hệ truyền động ĐCKĐB pha rôto lồng sóc từ lưới chiều sử dụng chuyển đổi DC/AC 74 Cấu trúc mạch truyền động 74 Nguyên lý điều khiển 76 3.5 Hệ truyền động ĐCKĐB từ lưới điện xoay chiều 77 Mạch truyền động sử dụng chuyển đổi AC/DC/AC mức 77 Mạch truyền động sử dụng chuyển đổi mức 78 3.6 Mạch truyền động sử dụng chuyển đổi nhiều mức diode kẹp 81 Cấu trúc mạch truyền động: 81 3.7 Mạch truyền động sử dụng bộu chuyển đổi nhiều mức CASCADE 84 Sơ đồ cấu trúc mạch nguyên lý truyền động 84 Nguyên lý điều biến 85 3.8 Một số hệ truyền động điện sử dụng ĐCĐK dị loại tàu điện 90 Tàu điện Attiko Metro Hy Lạp 90 3|P a g e Tàu điện Ấn Độ 90 Tàu điện Line5 Bacelona-Tây Ban Nha 90 Đoàn tàu cao tốc Seria E4-Nhật Bản 90 Chương IV Hệ thống truyền động điện động tuyến tính 100 4.1 Khái quát hệ truyền động điện động tuyến tính sử dụng phương tiện giao thông điện 100 4.2 Các cấu trúc truyền động điện động tuyến tính 102 Cấu trúc hệ truyền động điện động tuyến tính stator dài 102 Cấu trúc mạch truyền động điện động tuyến tính stator ngắn 104 4.3 Điều khiển truyền động động điện tuyến tính 106 4.4 Ví dụ hệ truyền động động điện tuyến tính sử dụng đoàn tàu đại 107 4|P a g e Mục đích môn học Cung cấp kiến thức điều khiển truyền động điện cho đầu máy điện đoàn tàu chạy điện Bao gồm chế độ khởi động, điều chỉnh tốc độ, hãm đoàn tàu tự động hóa điều khiển đoàn tàu Giúp bạn hiểu thêm sơ đồ cấu tạo hệ truyền chuyển động đầu máy đoàn tàu đại Từ đó, áp dụng để tiếp thu công nghệ nước vào Việt Nam xây dựng tuyến tàu điện ngầm Metro (Underground train Metro) hay tuyến tàu điện mặt đất (Traimway) Tài liệu Truyền động điện đoàn tàu phần quan trọng nghành Giao thông điện Tuy nhiên nước ta, loại sách mảng chưa có Vì vậy, đề nghị sinh viên chép đầy đủ Giới thiệu tài liệu: “nghiên cứu lựa chọn công nghệ điện khí hóa đường sắt điện giao thông thành phố đến năm 2025 Việt Nam”, mã số B2008-04-57 Phần 3:” nghiên cứu công nghệ tự động hóa truyền động điện phương tiện đoàn tàu”, TS Lê Mạnh Việt, KS Trần Văn Khôi, Hà Nội 2009 Đoàn tàu Metro, ……… , Moscow-2003 Hệ thống điều khiển báo lỗi đầu máy ……………… Moscow-2009 Đoàn tàu sử dụng động KĐB dị bộ, ………………… Moscow-1991 Kỹ thuật điện tử biến đổi, ………………………… Moscow-1999 5|P a g e CHƯƠNG I- KHÁI QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung cấu trúc hệ truyền động điện phương tiện giao thông điện Khái quát chung Hiện công nghệ điện tử ngày phát triển hoàn thiện Sự đời thiết bị điện tử bán dẫn- diode, Thyristo, GTO (GateTurn Off), IGBT (Insulate Gate Bipolar Transitor), Transitor có cực điều khiển cách ly (1985- 1990) vi xử lý, vi điều khiển ứng dụng rộng rãi vào hệ truyền động điện phương tiện giao thông điện Vì có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ đoàn tàu hay đầu máy điện Đối với đoàn tàu sử dụng động điện chiều: Phương pháp 1: điều khiển nhằm điều chỉnh điện áp cấp cho động (điều chỉnh góc dẫn chỉnh lưu Thyristo hay điều chỉnh chu kỳ dẫn băm xung chiều) Phương pháp 2: điều khiển dòng kích từ nhằm điều khiển từ thông động Đối với đoàn tàu sử dụng động điện xoay chiều dị bộ- roto lống sóc: điều khiển điện áp tần số dòng điện cấp cho động tuân theo luật U/f = const (Ф = const) gọi phương pháp VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) Phân loại hệ truyền động điện phương tiện giao thông điện: Theo khía cạnh thiết bị truyền chuyển động- động điện kéo chia làm dạng : + Hệ truyền động động điện kéo chiều + Hệ truyền động động điện kéo xoay chiều không đồng pha dị - roto lồng sóc + Hệ truyền động động điện kéo tuyến tính 6|P a g e Theo tổ hợp mạng tiếp xúc đoàn tàu phân làm loại tổ hợp: + Mạng tiếp xúc chiều- động điện kéo chiều (600, 750, 1500, 3000VDC) + Mạng tiếp xúc xoay chiều- động điện kéo chiều (25kV-50hz, 15kV-16⅔hz) + Mạng tiếp xúc chiều- động điện kéo xoay chiều (1500, 3000VDC) + Mạng tiếp xúc xoay chiều- động điện kéo xoay chiều (25kV, 15kV) Lịch sử ứng dụng phát triển hệ truyền động điện- ĐK a Giai đoạn trước năm 1965 Sử dụng hệ truyền động điện chiều với chuyển mạch khí (rơle, contacto, biến trở,…) để thực trình thay đổi điện áp ( thay đồi điện trở nối với động cơ, chuyển đổi cách đấu nối động cơ) từ thông cấp cho động để điều khiển vận tốc đoàn tàu b Giai đoạn 65-80 Khi thiết bị bán dẫn đời (Diode, Transitor …) chuyển mạch khí thay mạch điện tử (điều khiển chu kỳ dẫn băm xung chiều) giúp điều khiển động điện kéo cách tiện lợi Sau với đời GTO với việc khống chế chế độ đóng mở van cách hoàn toàn (trước Thyristo điều khiển mở - góc mở, khóa tự động) ứng dụng phương tiện giao thông Hệ truyền động điện phương tiện giao thông điện sử dụng băm xung chiều cấu tạo từ van Thyristo, GTO nhân tố điều khiển Vi xử lý c Giai đoạn 85-90 Công nghệ IGBT đời thể ưu điểm vượt trội Đồng thời ứng dụng ĐCĐK xoay chiều vào giao thông biến tần xuất 7|P a g e Hệ truyền động điện: Biến tần- động không đồng roto lồng sóc ứng dụng rộng rãi vào giao thông Bên cạnh đoàn tàu bánh sắt, thời gian xuất đoàn tàu chạy đệm từ trường số quốc gia Đoàn tàu sử dụng hệ truyền động điện với động tuyến tính Tuy nhiên, công nghệ cần phải kiểm nghiệm, giá thành chế tạo xây dựng đắt Các yêu cầu trang thiết bị điện kéo o Tăng độ bền tác động bên ngoài: độ ẩm không khí, nhiệt độ… o Độ tin cậy chuyển mạch điều khiển động o Độ tin cậy làm việc thiết bị thay đổi nhiệt độ o Kích thước khối lượng phải nhỏ, gọn 1.2 Đặc tính sức kéo phương tiện giao thông điện sử dụng động điện kéo chiều Đặc tính điện dẫn trục truyền động động điện kéo chiều a Định nghĩa Là phụ thuộc tần số quay phần ứng (roto) động với dòng điện: nĐ = f(IĐ); mômen quay phần ứng (roto) động với dòng điện: MĐ = f(IĐ); hiệu suất động điện kéo với dòng điện: ηĐ = f(IĐ) điện áp định mức từ lưới tiếp xúc (Umđm) b Tính toán đặc tính cơ- điện dẫn trục truyền động động điện kéo chiều Sức điện động cảm ứng cuộn dây phần ứng động chiều: E= C’.Ф.n Trong đó: + C’: hệ số thiết kế không đổi động điện kéo C’= 𝑝.𝑀 2.𝜋.𝑎𝑛 + Ф: từ thông phần ứng động (W) + n: tần số quay phần ứng động + [C Ф’] = V (vòng/phút) + N, an: số vòng dây số nhánh song song cuộn dây phần ứng 8|P a g e + p: số cặp cực động Phương trình cân điện: UĐ = E+Ir+∆Uc Trong đó: + I: dòng điện phần ứng động (A) + r: điện trở mạch động (Ω) + ∆Uc: sụt áp tác dụng chổi than, ∆Uc= 1-2V bỏ qua Tần số quay phần ứng: n= 𝑈Đ −𝐼𝑟 (1) 𝐶 ′ ∅ Công suất học có ích động cơ: Pch= M.ω Trong đó: +M: mômen quay động (Nm) +ω: vận tốc góc phần ứng (rad/s) Công suất điện có ích: Pđh = UĐ.I.ηĐ [W] Từ hai công thức ta có: Pch= Pđh từ suy M= 30.𝑈Đ 𝐼 𝜋.𝑛 ηĐ [W] (2) Mômen quay động tính theo mômen quay điện từ: M = Mđt - ∆M Mđt = 30 𝜋 𝐶 ′ ∅ 𝐼: mômen điện từ xác định theo công suất điện từ pđt= E.I ∆M: mômen xác định tổn hao từ học động cơ, ∆P= 𝜋.𝑛 30 ∆𝑀 Từ mômen quay, N.m M= 30 𝜋 (𝐶 ′ ∅ 𝐼 − ∆𝑃 𝑛 ) (3) Hiệu suất động điện kéo chiều: ηĐ = đó: 𝑃𝑐 𝑈Đ 𝐼 = 𝑈Đ 𝐼−∑ ∆𝑃 𝑈Đ 𝐼 +∑ ∆𝑃= I2.r+∆Pc+∆Pt- tổn thất điện, cơ, từ động + Pc: công suất học có ích + Pđ: công suất điện học có ích Lưu ý: đặc trưng thu bảng thông số động trước xuất xưởng 9|P a g e Với: F-lực kéo lên vành bánh xe; v-vận tốc; B-lực hãm; U-điện áp; I-dòng điện; 1-đặc trưng kéo; 2-điện áp ĐCĐK; 3-dòng điện ĐCĐK; 4-đặc trưng hãm Từ hình 3.222, dòng điện chế độ khởi động ĐCĐK-229A có thêr tăng lên 268A đoàn tàu lên dốc khởi động trường hợp loại bỏ hệ truyền động ĐĐ toa tàu chứa ĐC [3.8.1] Hệ truyền động điện đoàn tàu Seria 425 vận chuyển hành khách khu vực -đường sắt Đức (DBAG) Giống đoàn tàu kí hiệu 423-426 sản xuất Đức.Đoàn tàu 423,424 dùng chuyển chở hành khách thành phố, 425,426-trong khu vực Đặc trưng kĩ thuật cảu toa tầu chứa động đoàn tàu 425 + Năm sản xuất 1998 + Chiều dài theo móc nối, mm 67500 + Số toa + Số cửa vào: + Rộng, mm 2840 + Đường kính bánh, mm 850 + Vận tốc tối đa, km/h 140 94 | P a g e + Công suất trạng thái lâu dài, kW 2350 + Lực kéo lớn khởi động, kN 130 + Công suất tiêu thụ riêng, kW/T 21,3 + Gia tốc khởi động, m/c2 : ĐCĐK: + Số ĐC: + Khối lượng, kg: 600 + Loại: ĐC di pha + Tần số quay, vg/ph: 6000 + Công suất max, kW 294 + Fmax ĐCĐK, kN: 16 * Mạch truyền động điện động lực: Cấu tạo đoàn tàu: Tất thiết bị phần điện đoàn tàu gấp đôi, trừ cần tiếp điện đoàn tàu Ở đoàn tàu lắp giáp biến đổi kéo giống sơ đồ mạch truyền động điện động lực gồm: chỉnh lưu 4q-s, mắt xích điện áp không đổi nghịch lưu điện áp 95 | P a g e Nguyên lý hoạt động: Năng lượng cung cấp từ lưới điện kéo qua cần tiếp điện, qua máy cắt chính, theo đường cable cung cấp cho MBA, sau qua thiết bị đo điên áp (dòng điện) đến bánh xe (nối đất) Hệ truyền động điện cung cấp cho ĐCĐK [3.8.2] Trang bị điện đoàn tàu cao tốc Velaro E Năm 2004, mạng đường sắt Tây Ban Nha ứng dụng lần 16 toa tầu chứa ĐC đoàn tàu, sản xuất công ty Siemens Transpotation Systems (tên gọi Velaro E).Velaro E đoàn tàu tối tân đáp ứng tất yêu cầu hệ thống tàu điện tốc độ cao châu Âu (TSI).Vận tốc khai thác lớn -300km/h, độ dốc 25% Hệ thống đường sắt Tây Ban Nha đến năm 2010 dự kiến tăng mạng lưới cao tốc lên 7200km để nối liền Marid với thành phố lớn khác đất nước.Khoảng thời gian thành phố không 4h (trừ đến bapcerohagần 6,5 h) 96 | P a g e Công ty Simens Transpotation Systems năm 2001 nhận đơn đặt hàng làm 16 toa tàu có ĐC đạt vận tốc đến 300 km/h chạy từ MaridBarcelona với khoảng cách 630 thời gian không vượt 2,5h * Mạch điện chính: Trong thiết bị điện kéo đoàn tàu Velaro E đặt toa đoàn tàu, toa đầu-cuối (cabin lái tàu): đặt phần thiết bị điện kéo riêng với phần điện cao áp tương ứng với MBA kéo Đầu nối với cuộn thứ cấp MBA tổ hợp giống (hệ thống truyền động điện): biến đổi kéo, trang bị điện hệ thống điều khiển truyền động điện (ASG) ĐC điện kéo dị mắc song song,sơ đồ hãm trở kháng ,và trang thiết bị hỗ trợ block kéo Trong trình sụt ĐC hệ thống bảo vệ ngắt với MBA tương ứng Trong trường hợp đó, đoàn tàu tiếp tục làm việc với 75% công suất kéo hãm Tất trang thiết bị điện đặt đối xứng toa tàu (h 3.25) Để đạt vận tốc lớn đến 300km/h cần phải tăng công suất đoàn tàu lên vành bánh xe lên 10% tức đến 3800 kW Cùng với tăng hệ số truyền động hộp số không thay đổi giá trị momen quay ĐCĐK lực kéo khởi động cần = 283 kN Công suất kéo cần đảm bảo vùng điện áp lưới tiếp xúc -25-29 kV Mạng lưới cung cấp điện đoàn tàu: 25kV, 50Hz 97 | P a g e * Mạch truyền động đoàn tàu Valero E * Thiết bị điện cao áp: Đoàn tàu lấy điện từ mạng tiếp xúc có điện áp 25kV, tần số 50Hz Đoàn tàu trang bị cần tiếp điện đặt toa tàu MBA kết nối với CAPNE trần toa tàu.trong trường hợp làm việc bình thường, cần tiếp điện hạ xuống Ở đầu CAPNE có máy cắt không khí trường hợp nguy hiểm - Trên đoàn tàu đặt cần tiếp điện loại SSS400 ứng dụng vào hệ thống đường sắt Đức.Loại cần tiếp điện kaf phát triển SSS87 sử 98 | P a g e dụng đoàn tàu PPAG laoij 411/415 ứng với tiêu chuẩn TSI châu Âu EN80206-1 EN50219.Cần tiếp điện dung cho hai hướng + MBA chính: MBA đặt toa số số Công suất đặt MBA 5660 kW, hệ số có ích 95% - MBA có cuộn thứ cấp( từ TW1 đến TW4) điện áp 1100 V,công suất 1265 kVA hai cuộn dây cung cấp điện cho thiết bị điện phụ trợ( HB5 HB6) điện áp 360 V, công suất 300kVA + Bộ biến đổi kéo: biến đổi kéo đặt khung xe toa tầu số 1368, hệ truyền động gồm: biến đổi chỉnh lưu 4QS, mắt xích điện áp không đổi, MN pha PWR điều chỉnh hãm BST, biến đổi cung cấp điện áp cho thiết bị phụ trợ, mạch NC hấp thụ lượng Trong biến đổi sử dụng van điện tử, công suất GTO cấp điện áp 4,5kV dòng điện 3kA (GTO_45 lớp) Mạch điều khiển điều chỉnh biến đổi sở hệ thống SIBAS 32 thiết kế công ty Simens Transpotation Khác với hệ thống truyền động toa biến đổi Trên toa cuối có đặt chuyển đổi điều chỉnh HBST, biến đổi HBU cho hạ áp Bộ biến đổi HBU thiết kế sở sử dụng transzito lưỡng cực, có cực điều khiển cách ly (IGBT) có hai đầu vào hai NL.Một đầu cung cấp cho máy bơm MBA điện áp 440V, dòng điện pha, tần số 60Hz Đầu NL2 cung cấp điện cho hệ thống quạt thông gió 440V, tần số điều khiển từ 0-60Hz làm mát cho hệ thống động cơ, biến trở hãm Bộ biến đổi NL điều khiển sức kéo ASG sử dụng van điện tử GTO Động rôto lồng sóc, công suất 560kW 99 | P a g e Chương IV Hệ thống truyền động điện động tuyến tính 4.1 Khái quát hệ truyền động điện động tuyến tính sử dụng phương tiện giao thông điện Động tuyến tính (còn gọi động truyền động thẳng) chất động xoay chiều thông dụng Tuy nhiên chúng thiết kế để tạo nên chuyển động tịnh tiến Nguyên lý làm việc động truyền động thẳng giống động quay thông dụng dựa tượng cảm ứng điện từ Lực Lorentz động truyền động thẳng lực đẩy tác động lên phần động theo phương tịnh tiến thay việc sịnh mô men quay máy điện quay thông thường Khi cho dòng điện xoay chiều vào dây quấn phần sơ cấp làm xuất từ trường chạy khe hở phần sơ phần thứ cấp Từ trường quét qua dẫn phần thứ cấp làm xuất chúng sức điện động cảm ứng Do dây quấn thứ cấp ngắn mạch nên sinh dòng điện ứng Từ trường chạy tác dụng với dòng điện phần ứng sinh lực điện từ có xu hướng kéo phần thứ cấp chạy chiều từ trường Vì thứ cấp cố định nên tạo phản lực có tác dụng đẩy phần sơ cấp chạy theo chiều ngược với từ trường Về cấu tạo động tuyến tính (truyền động thẳng) có loại: - Loại stator ngắn - Loại stator dài - Loại stator lược 100 | P a g e Stator Rotor Rotor Động tuyến tính loại Stator ngắn Stator Động tuyến tính loại Stator dài Trong loại loại stator ngắn stator dài sử dụng phổ biến phương tiện đoàn tàu điện Động tuyến tính so sánh với động chuyển động quay có nhiều ưu ưu điểm: - Động có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo - Không cần có cấu khí đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến - Có độ tin cậy xác cao, đơn giản an toàn vận hành - Có khả chuyển động tịnh tiến với tốc độ cao - Thời gian đáp ứng nhanh: tốc độ đáp ứng thiết bị truyền động động truyền động thẳng lớn nhiều lần so với truyền khí - Ít gây ồn làm việc, bảo dưỡng dễ dàng hơn, tuổi thọ trung bình dài Tuy nhiên hiệu suất làm việc động tuyến tính thấp nhiều so với động chuyển động quay (do khe hở không khí lớn hơn), giá thành động tuyến tính cao nhiều so với động quay Gần đây, giá thành động tuyến tính giảm đáng kể số lượng động tuyến tính chế tạo tăng nhiều Nhiều nhà sản xuất đầu tư mạnh mẽ vào dây chuyền công nghệ, trang thiết bị đại cho sản xuất động Số lượng hãng sản xuất tăng lên nhanh năm qua Do hệ truyền động dùng động truyền động tuyến tính ngày ứng dụng nhiều phương tiện đoàn tàu điện đại sử dụng nước phát triển giới, bật như: 101 | P a g e - Tàu điện cao tốc sân bay JFK Newyork (2003) - Tuyến metro Quảng Châu (2005) - Tàu điện cao tốc sân bay Bắc Kinh (2008) - Tàu điện đệm từ trường tuyến từ sân bay đến trung tâm Thượng Hải (có tốc độ lên tới 500 km/h) - Tàu điện đệm từ trường Limo line Aichi, Nhật Bản (2005) 4.2 Các cấu trúc truyền động điện động tuyến tính Về hệ thống truyền động điện sử dụng phương tiện đoàn tàu truyền động động tuyến tính thông thường phân làm dạng: - Hệ truyền động điện động tuyến tính Stator dài - Hệ truyền động điện động tuyến tính stator ngắn Cấu trúc hệ truyền động điện động tuyến tính stator dài Về Cấu trúc truyền động chia làm khối chức sau: + Khối nguồn cung cấp (Power Supply): Nguồn điện lưới quốc gia biến đổi với mức công suất phù hợp qua biến áp, điện áp xoay chiều chỉnh lưu thành chiều sau Modul chỉnh lưu công suất điện áp chiều lại chuyển đổi sang dạng xoay chiều pha với khả thay đổi chách linh hoạt, xác dải rộng giá trị tần số, điện áp để cấp cho cuộn dây stator thông qua Modul chuyển mạch Switch 102 | P a g e Drive Control System Remote Control Main Control Unit DRIVE CONTROL SCU Vehicle Exciter Supply Sensor System Moving Direction Rotor SU SU SU STATOR STATOR STATOR STATOR SWITCH Transformer Rectifier Frequently du/dt Filter Inverter Filter STATOR STATOR SWITCH Power Supply AC Power Supply + Khối cảm biến (Sensor System): - Bao gồm Hall sensor bố trí dọc theo đường ray để xác định vị trí đoàn tàu tốc độ đoàn tàu - Bộ xử lý tín hiệu từ sensor (SCU) vào tín hiệu thu thập từ sensor, xử lý đưa tín hiệu vị trí tốc độ đoàn tàu, chuyển đổi tín hiệu sang dạng số truyền khối điều khiển truyền động + Khối điều khiển truyền động (Drive control): Khối điều khiển truyền động chịu trách nhiệm thu thập thông tin vị trí, tốc độ đoàn tau từ khối cảm biến, đồng thời nhận yêu cầu điều khiển từ người lái tàu, từ xử lý xuất tín hiệu điều khiển phù hợp điều khiển xác chuyển mạch công suất Switch để cấp điện cho đoạn stator yêu cầu, đồng thời điều khiển khối chuyển đổi Inverter để xuất điện áp xoay chiều với mức tần số phù hợp với tốc độ dịch chuyển mong muốn + Khối chuyển mạch công suất (Switch): Khối chuyển mạch công suất gồm chuyển mạch bán dẫn công suất Modul điều khiển cửa tích hợp sẵn, chúng chịu trách nhiệm đóng, ngắt dòng công suất cấp cho cuộn dây 103 | P a g e đoạn stator tùy theo tín hiệu điều khiển cấp từ khối điều khiển truyền động + Động tuyến tính chia làm phần: Các đoạn stator phần cố định phân bố dọc theo đường ray chúng phân bổ cấp điện theo đoạn Modul chuyển mạch công suất, Rotor đặt đầu máy đoàn tàu Đặc điểm : - Trên đầu máy có thành phần rôto, tất thành phần trang thiết bị động lực bố trí trạm điều khiển đoạn stator bố trí đường ray, điều làm giảm đáng kể khối lượng đoàn tàu, cho phép nâng cao tốc độ đoàn tàu, đồng thời nâng cao gia tốc đoàn tàu - Hiệu suất truyền động không cao: 65%-85% - Trang thiết bị nhiều, hệ thống điều khiển phức tạp - Việc bảo dưỡng thiết bị cảm biến yêu cầu ngặt nghèo thường xuyên độ tin cậy làm việc phụ thuộc lớn vào vấn đề xác định xác vị trí tốc độ đoàn tàu - Trên đoạn stator cho phép điều khiển đoàn tàu Do mật độ đoàn tàu vận hành làm ảnh hưởng lớn tới số lượng trạm điều khiển, điều ảnh hưởng tới độ tin cậy làm việc độ phức tạp hệ thống thiết bị điều khiển - Với hệ truyền động yêu cầu chi phí đầu tư xây dựng mạng đường sắt đắt (đắt nhiều so với loại truyền động bánh sắt), có khả truyền động với tốc độ cao Do thường áp dụng với tuyến đường sắt yêu cầu tốc độ vận hành lớn 200 km/h Cấu trúc mạch truyền động điện động tuyến tính stator ngắn Về giống hệ truyền động động không đồng xoay chiều pha rotor lồng sóc điều chỉnh tần số phương tiện đoàn tàu đại khảo sát phần trên, bao gồm Mạch nghịch lưu công suất Modul 104 | P a g e điều khiển truyền động điều khiển điện áp tần sô điện áp đâu mạch nghịch lưu đảm bảo giá trị phù hợp tương ứng với yêu cầu vận hành từ người lái tàu Đặc điểm: - Mạch truyền động điện công suất cấu trúc hệ truyền động điện tương tự hệ truyền động điện xoay chiều thông thường phương tiện đoàn tàu điện giao thông điện thành phố - Hệ truyền động điện có khả đáp ứng gia tốc lớn, không phụ thuộc vào độ bám dính với ray, chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết Biến áp trạm điện kéo Hệ thống điều khiển truyền động Vehicle Nghịch lưu DC-AC điều chỉnh tần số Output Filter AC-DC Chỉnh lưu công suất Stator Rotor - An toàn, độ tin cậy làm việc cao, chất lượng vận hành cao - Hiệu suất thấp - Có khả cải thiện, phát triển hay bổ sung cách mềm dẻo linh hoạt nhu cầu cải thiện phát triển hệ thống - Các thiết bị công suất hệ thống truyền động điện có kích thước khối lượng lớn, điều ảnh hưởng đến mức giới hạn công suất truyền động đoàn tàu, điều làm giới hạn tốc độ làm việc đoàn tàu 105 | P a g e 4.3 Điều khiển truyền động động điện tuyến tính Nguyên lý điều khiển hệ truyền động điện động tuyến tính stator ngắn tương tự hệ truyền động điện động tuyến tính stator dài Vì xem xét nguyên lý hệ TĐĐ ĐC tuyến tính stator dài Cấu trúc điều khiển cho hình vẽ đây: LSM Idmeas - Lực nâng yêu cầu Id Id Reg + Bộ điều chỉnh tốc độ Lực truyền động + Iq Reg Iqmeas + Tốc độ yêu cầu Thu thập chuyển đổi tín hiệu dòng điện Vdmag Vqmag Điều khiển chuyển mạch PWM Cảm biến dòng điện Chuyển đổi Nghịch lưu ba pha Vd, Vq Xác định vị trí véctơ không gian Vị trí đoàn tàu Tốc độ đoàn tàu dx/dt Ước lượng vị trí đoàn tàu Vị trí đoàn tàu Cảm biến vị trí Trọng lượng đoàn tàu Quy trình bắt đầu với lệnh điều khiển yêu cầu lực nâng đoàn tàu cần thiết (khoảng khe hở đệm từ trường), tốc độ đoàn tàu mong muốn, lệnh điều khiển so sánh với giá trị thực thu thập từ cảm biến xử lý qua ước lượng chuyển đổi tín hiệu; Độ sai lệch giá trị đưa vào điều chỉnh để xác định lượng điều chỉnh lực nâng lực kéo truyền động, tín hiệu từ điều chỉnh cấp cho khối xử lý điều khiển phát xung PWM, Khối điều khiển tín hiệu yêu cầu lực nâng lực kéo, thu thập giá trị tốc độ chuyển động mong muốn từ điều chỉnh tốc độ, vị trí đoàn tàu, từ tính toán xác định tín hiệu điều khiển cấp cho cầu nghịch lưu bán dẫn thực chuyển đổi thành điện áp pha với mức, tần số pha điện áp phù hợp cấp cho stator động 106 | P a g e tuyến tính thực truyền chuyển động tới đoàn tàu với tốc độ hướng phù hợp với yêu cầu từ người lái tàu 4.4 Ví dụ hệ truyền động động điện tuyến tính sử dụng đoàn tàu đại Tàu điện sử dụng Nagoya, Japan - Thời gian đưa vào khai thác: 2005 - Nguồn điện cung cấp: + Ray thứ ba 1500VDC - Tốc độ chạy tàu lớn nhất: + 130 km/giờ - Động điện kéo: động tuyến tính loại cảm ứng stator ngắn - Hệ truyền động điện: Sử dụng hệ truyền động động tuyến tính cảm ứng stator ngắn Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện: 107 | P a g e - LM1, LM2, LM3, LM4: Các động tuyến tính - LB: Thiết bị đóng cắt cao áp - CHRe: Điện trở mạch cấp đóng điện - CHK: Công tắc tơ mạch cấp - FL, FC : Các điện cảm tụ lọc chiều 108 | P a g e [...]... phân đoạn chạy tàu lớn được sử dụng bơi đoàn tàu chạy kế tiếp Ngoài ra mong muốn đảm bảo cường độ phanh tại vận tốc cao cùng với giới hạn thời gian chạy tàu trên các phân đoạn công suất động cơ hãm lớn hơn 2 lần khi khởi động 1.5 Phương trình chuyển động và đồ thị chạy tàu 4 Phương trình chuyển động của đoàn tàu Khi xem xét quá trình chuyển động của đoàn tàu, chúng ta coi rằng: - Đoàn tàu là 1 chất... – khởi động dưới sự điều khiển của người lái tàu - AB, A’B’ – chuyển động theo đặc trưng kéo tự động - Chế độ chạy theo quán tính: BC, B’C’ - Chế độ hãm: C’D’ vh - vận tốc hãm đoàn tàu, - Lh – quãng đường hãm Đối với toa tàu metro của Nga – lh > 220m 23 | P a g e CHƯƠNG II HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐOÀN TÀU SỬ DỤNG ĐCĐK 1 CHIỀU 2.1 Khái quát hệ truyền động điện đoàn tàu sử dụng ĐC ĐK 1 chiều 1 Đoàn tàu sử... Đoàn tàu là 1 chất điểm mà điểm đặt tại trọng tâm của đoàn tàu - Chất điểm này chuyển động tịnh tiến dưới tác dụng của lực bằng tổng tất cả các lực tác dụng vào đoàn tàu Lực này có hướng theo 0chiều chuyển động của đoàn tàu. + Động năng chuyển động của đoàn tàu với vận tốc v gồm động năng chuyển động tịnh tiến và dự trữ trong các phần quay của đoàn tàu 2 𝐽𝑝.ư 𝑤𝑝.ư 𝑚 𝑣 2 𝐽đ 𝑤đ2 𝐽𝐵 𝑤𝐵2 𝐴= +∑ +∑ +∑ 2... cung cấp các động cơ điện kéo 1 chiều Khi động cơ quay sẽ sinh ra mômen quay bánh xe, đầu máy chuyển động Quá trình biến đổi: điện năng xoay chiều- điện năng 1 chiều- cơ năng 2.2 Khởi động và điều chỉnh vận tốc đoàn tàu Vận tốc của đoàn tàu xác định: v= 𝑈đ𝑐 −𝐼.(𝑟đ +𝑅𝑘𝑑 ) 𝐶.∅ 25 | P a g e Uđc= 𝑈𝑚 𝑛 nếu có n động cơ mắc nối tiếp Uđc- điện áp đặt vào động cơ; rđ- điện trở cuộn dây mạch phần ứng động cơ; Rkd-...Ví dụ: đặc tính cơ- điện của động cơ điện kéo 1 chiều sử dụng trên tàu Metro E: DK-108A, công suất dẫn ra trục chuyển động- 68KW; điện áp động cơ-375V; dòng điện- 210A; tần số quay phần ứng - 2000 vòng/phút 2 Đặc trưng cơ- điện dẫn ra vành của bánh xe chuyển động a Định nghĩa Là sự phụ thuộc cận tốc chuyển động v, lực kéo F và hiệu duất động cơ η với dòng điện phần ứng Iđ cùng với tính toán... chuyển động của đoàn tàu v(1), v(t) : 𝑚(1 + 𝛾) 𝑣𝑑𝑣 =𝐹 𝑑𝑙 (4) 𝑚(1 + 𝛾) 𝑑𝑣 =𝐹 𝑑𝑡 (5) (4),(5) là PT thứ 1 và thứ 2 của chuyển động đoàn tàu 20 | P a g e 5 Đồ thị chạy tàu và chế độ điều khiển: a) Đặc tính lực tác dụng vào đoàn tàu: Khi đoàn tàu chuyển động chịu các lưc: Lực kéo Fk, lực cản w, lực hãm B + Lực kéo Fk – do ĐCĐK sinh ra + Lực cản: w = w0 + wi + wc + wk w0 – lực cản chính của đoàn tàu: lực... tạo sức kéo làm đoàn tàu chuyển động Tuy nhiên, do tổn hao dẫn quá lớn, cho nên đối với đường sắt đường dài sử dụng lưới điện kéo xoay chiều 2 Đoàn tàu sử dụng lưới điện kéo xoay chiều: 1-15kV, 162/3hz; 25kv,50hz Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lý hoạt động: dòng điện xoay chiều từ lưới cung cấp điện áp cao được dẫn qua cần tiếp điện tới MBA Đầu ra thứ cấp MBA có định mức điện áp phù hợp, dòng điện xoay chiều... áp đặt vào động cơ: - Phân áp trên các cấp điện trở khởi động nối tiếp với động cơ - Sắp xếp đấu nối động cơ từ nối tiếp sang song song - Thay đổi điện áp nhờ các MBA đặt trên đầu máy - Sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu (điều chỉnh góc dẫn các bộ chỉnh lưu) hoặc điều chỉnh chu kỳ( tần số) dẫn các bộ băm xung 1 chiều) 1.1 Phân áp trên các cấp điện trở khởi động nối tiếp với động cơ Khi đóng điện từ lưới... khiển theo chiều nối tiếp với động cơ) và bộ khởi khống chế 2 chiều (theo chiều nối tiếp và song song với động cơ) Sơ đô nguyên lý: 2.3 Điều chỉnh điện áp nhờ dùng các MBA đặt trên đầu máy điện Xem xét bộ điều chỉnh điện áp trên đoàn tàu (PTGT) điện dòng điện xoay chiều sử dụng ĐC ĐK 1 chiều Ưu điểm của hệ thống điện kéo dòng xoay chiều: không giới hạn lý thuyết việc tăng cấp điện áp nhờ MBA- TT với hệ... từ biến trở khởi động rđ làm giảm dòng khởi động đến giá trị cho phép Nguyên tắc khởi động dùng biến trở: Khi bắt đầu khởi động: I0 = 𝑈 𝑟đ +𝑅𝑘𝑑 26 | P a g e Rôto bắt đầu quay, ở trong cuộn dây của nó bắt đầu sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải E có hướng ngược với hướng điện áp động cơ Dòng điện khởi động khi sử dụng biến trở khởi động: Ikd = 𝑈−𝐸 𝑟đ +𝑅𝑘𝑑 Biến trở khởi động phải có nhiều