Locomotive Diesel. Sisteme moderne de comanda si reglare in tractiunea feroviara trifazata

Autor: Calin Mihailescu
Editura: Semne
Format: 17x24 cm
Nr. pagini: 302
Coperta: legata
ISBN: 978-973-0-4278-0
Anul aparitiei: 2016
DESPRE CARTE
„SISTEME MODERNE DE COMANDA SI REGLARE IN TRACTIUNEA FEROVIARA TRIFAZATA” este o lucrare cu o incarcatura tehnica de perspectiva care trateaza sistemele moderne de comanda si reglare vectoriala pentru transmisiile in curent alternativ trifazat, avand motoare de tractiune asincrone dar si perspectiva trenurilor diesel de mare viteza cu motoare de tractiune trifazate de tip sincron. Acest sistem de tractiune diesel cu motoare de tractiune asincrone , dar si sincrone este un concept nou neabordat, deoarece pe linii feroviare neelectrificate se impune cresterea vitezei de circulatie peste 200 km/h. Cu acest sistem, fiecare vehicul din compunerea trenului va fi motor cu comanda unica de la vehiculele cap de automotor diesel.
Lucrarea trateaza metodele de calcul pentru controlul vectorial al vehiculului motor dotat cu motoare de tractiune asincrone , dar si pentru vehiculele motoare dotate cu motoare de tractiune sincrone. Astel apare notiunea de tren diesel cu motoare de tractiune asincrone, dar si notiunea de tren diesel cu motoare de tractine sincrone si in aceste situatii cand fiecare vagon va deveni motor se impune ca fiecare motor de tractiune sa fie de putere mai mica de de sub 1000 de kw si astfel avand o singura comanda, sau comanda unica de la vagonul motor de capat. Astfel, sa realizeze viteze ce pot ajunge vitezele trenurilor electrice, adica viteze de cca. 300km/h. Metodele de calcul prezentate in carte pot fi aplicate cu succes si pentru locomotive diesel electrice la puteri mari de cca de 4-5000 de CP, deoarece preutatea pe tip de motor de tractiune este mai mica, convertoarele si inveertoarele cu GTO si cu IGBT au greutati reduse, fapt ce duce ca sarcina pe osie a locomotivei diesel sa fie in limitele impuse de exploatare la viteze mari.
CUPRINS
Cuvant inainte 11
Abrevieri 15
1. PRINCIPII DE COMANDA SI REGLARE 19
1.1. Principii de baza ale controlului vectorial 20
1.2. Orientarea dupa fluxul din rotor 21
1.2.1. Ecuatiile functionale de fazori in regim stabilizat 21
1.2.2. Circuit echivalent in regim stabilizat 23
1.2.3. Functionarea motorului de tractiune la flux rotoric constant 24
1.2.4. Functionarea motorului de tractiune la flux rotoric slabit 26
1.3. Orientarea dupa fluxul din stator 30
1.3.1. Ecuatii functionale in regim stabilizat 30
1.3.2. Circuit echivalent in regim stabilizat 31
1.3.3. Caracteristici electromecanice la flux statoric constant 32
1.3.4. Functionarea motorului de tractiune la flux statoric slabit 34
1.4. Orientarea dupa fluxul din intrefier 35
1.4.1. Ecuatii functionale in regim stabilizat 35
1.4.2. Circuit echivalent in regim stabilizat 37
1.4.3. Caracteristicile electromecanice ale motorului de tractiune 37
1.4.4. Functionarea motorului de tractiune la flux slabit in intrefier 39
1.4.5. Elemente comparative intre orientarile dupa camp rotoric si intrefier statoric 41
2. SISTEME MODERNE DE COMANDA SI REGLARE AUTOMATA A LOCOMOTIVELOR 44
2.1. Sisteme de comanda vectoriala cu surse de curent 44
2.1.1. Sisteme de comanda si de reglare vectoriala cu convertoare de frecventa PWM comandate in curent 44
2.1.2. Sisteme de comanda si de reglare vectoriala cu convertoare de frecventa, de curent, in sase pulsuri 45
2.1.3. Sisteme de comanda si de reglare vectoriala cu invertoare de curent cu sase pulsuri si cu bucla de reglare a unghiului de cuplu 47
2.1.3.1. Bucla de reglare a amplitudinii curentului statoric 47
2.1.3.2. Bucla de reglare a unghiului de cuplu 48
2.1.4. Sisteme de comanda si de reglare vectoriala cu cicloconvertoare controlate in curent 51
2.1.5. Controlul vectorial indirect 54
2.1.5.1. Sistemul de control pentru reglarea vectoriala indirecta orientata dupla flux rotoric 55
2.1.5.2. Sistem indirect de reglare vectoriala cu invertor de curent cu sase pulsuri 56
2.1.5.3. Sistem indirect de reglare vectoriala cu invertor PWM comandat in curent, cu regulatoare bipozitionale 56
2.1.5.4. Influienta modificarii constantei de timp rotorice asupra performantelor sistemelor vectoriale indirecte 57
2.1.5.5. Estimarea constantei de timp rotorice 62
2.1.6. Sistem de comanda vectoriala orientata dupa fluxul din intrefier 64
2.1.6.1. Sistem de reglare vectoriala directa cu invertor PWM comandat in curent 64
2.1.6.2. Sistem de reglare vectoriala indirecta comandat cu invertor PWM in curent 65
2.1.7. Sistem de comanda si reglare vectoriala orientata dupa fluxul statoric 65
2.1.7.1. Sistem de comanda vectoriala comandat in curent de la invertor PWM 65
2.2. Sistem de comanda vectoriala cu surse de tensiune 66
2.2.1. Sistem de reglare vectoriala directa, orientata dupa fluxul rotoric, cu invertor de tensiune PWM, comandat in tensiune cu modulare vectoriala a tensiunii statorice 66
2.2.2. Sistem de reglare vectoriala directa orientata dupa fluxul rotoric
cu invertor de tensiune PWM 68
2.2.3. Sistem de reglare vectoriala indirecta, orientata dupa fluxul rotoric, cu invertor de tensiune cu sase pulsuri 69
2.2.4. Sistem de reglare vectoriala orientata dupa fluxul statoric cu invertor de tensiune PWM comandat in tensiune 70
2.2.5. Sistem de reglare vectoriala a cuplului, orientata dupa fluxul statoric, alimentat cu invertor PWM 72
2.3. Sistem de control scalar al motorului sincron de tractiune autopilotat, cu invertor de curent 72
2.4. Sistem de control scalar al motorului sincron de tractiune autopilotat cu timp de garda constant 74
2.5. Sistem de control vectorial al cuplului motorului sincron de tractiune alimentat cu invertor de curent cu sase pulsuri 76
2.6. Sistem de control vectorial al motorului sincron de tractiune alimentat cu cicloconvertoare 78
2.7. Sistem de control vectorial al motorului sincron de tractiune, orientat
dupa fluxul statoric si sistem de control al curentului 80
2.7.1. Ecuatii pentru controlul vectorial dupa fluxul statoric 81
2.7.2. Regulatorul de curent 85
2.7.3. Calculatorul de flux statoric 86
2.7.4. Calculatorul curentilor de referinta 87
2.8. Sistem de control vectorial al motorului sincron de tractiune orientat dupa fluxul statoric cu cicloconvertor, fara traductor de pozitie si de turatie 88
3. STUDIUL ELECTROMAGNETIC AL MOTORULUI TRIFAZAT DE TRACTIUNE 91
3.1. Principii fundamentale ale motorului trifazat 92
3.2. Masini trifazate cu variabile complexe 96
3.3. Masini trifazate in unitati relative 99
3.3.1. Tensiune in unitati relative 101
3.3.2. Fluxul in unitati relative 101
3.3.3. Cuplul electromagnetic in unitati relative 102
3.3.4. Ecuatia de miscare in unitati relative 102
3.3.5. Ecuatia motorului trifazat de tractiune in sistem de referinta„k”- (d-q) 102
3.3.6. Diagrama fazoriala a motorului trifazat de tractiune in regim dinamic 104
3.3.7. Diagrama fazoriala a motorului trifazat de tractiune in regim stabilizat 105
3.4. Parametri si caracteristici 105
3.5. Modelul trifazat al masinii sincrone 106
3.6. Fazorii spatiali reprezentativi 111
3.7. Modelul fazorial al masinii sincrone in unitati relative 116
3.8. Fazori spatiali in regim stabilizat 121
4. REGLAREA SI CONTROLUL VECTORIAL AL MOTORULUI TRIFAZAT DE TRACTIUNE ASINCRON 124
4.1 Reglarea vectoriala a motorului de tractiune cu surse de curent 125
4.1.1. Controlul vectorial in curent al motorului de tractiune orientat dupa fluxul rotoric 128
4.1.2. Controlul vectorial in curent al motorului de tractiune orientat dupa fluxul din intrefier 137
4.1.3. Controlul vectorial in curent al motorului de tractiune orientat dupa fluxul statoric 140
4.1.4. Reglarea vectoriala a motorului de tractiune cu surse de tensiune 143
4.1.5. Reglarea si controlul vectorial in tensiune al motorului de tractiune orientat dupa fluxul rotoric 149
4.1.6. Reglarea si controlul vectorial in tensiune ale motorului de tractiune orientat dupa fluxul statoric 153
4.1.7. Comanda si controlul vectorial al cuplului motorului de tractiune 153
4.1.8. Controlul vectorial al motorului sincron alimentat cu convertor static de curent 161
4.1.8.1 Motorului sincron de tractiune autopilotat 161
4.1.8.1.1. Producerea cuplului electromagnetic 161
4.1.8.1.2. Fenomene de comutatie. Unghi de comutatie 165
4.1.8.1.3. Unghi de garda al invertorului 170
4.1.8.1.4. Pornirea motorului sincron autopilotat 171
4.1.8.2. Turatia de mers in gol 173
5. STABILITATEA STATICA SI DINAMICA A REGIMURILOR DE FUNCTIONARE ALE MOTORULUI SINCRON DE TRACTIUNE 174
5.1. Particularitati constructive 174
5.2. Regimuri de functionare 176
5.3. Regimuri stationare de functionare ale motorului sincron 177
5.4. Metoda de reglare optima a excitatiei pentru realizarea stabilitatii statorice a motorului sincron 181
5.5 Stabilitatea statica la regimuri partiale si nominale de sarcina ale vehiculului de tractiune cu motoare sincrone 185
5.6. Stabilitatea dinamica a motorului sincron de tractiune 188
5.7. Studiul matricial al regimului tranzitoriu al motorului sincron de tractiune 193
5.7.1. Ecuatiile de functionare ale motorului sincron 193
5.8. Puterea absoluta al statorului motorului sincron de tractiune 197
5.9. Cuplul electromagnetic al motorului sincron de tractiune 198
6. PARAMETRII SI FUNCTII DE TRANSFER ALE MOTORULUI SINCRON DE TRACTIUNE IN REGIM STABILIZAT 199
6.1. Parametri operationali 199
6.1.1. Inductivitatea operationala pe axa „q” 200
6.1.2. Inductivitatea operationala pe axa „d” 202
6.1.3. Metoda de calcul pentru stabilirea factorului de putere 205
6.1.4. Fluxul statoric pentru cuplu maxim 206
6.1.5. Fluxul statoric pentru factorul de putere maxim 207
6.2 Functii de transfer pentru reglarea vectoriala 208
6.2.1. Metoda de control in curent, in coordonate statorice 208
6.2.1.1. Bucla de flux rotoric controlata in curent in coordonate statorice 208
6.2.1.2. Bucla de cuplu electromagnetic 209
6.2.2. Metoda de control in curent, in coordonate de camp 210
6.2.2.1. Bucla de flux rotoric 210
6.2.2.2. Bucla de cuplu electromagnetic 211
7. METODE GRAFO-ANALITICE SI DE CALCUL PENTRU FUNCTIONAREA ECONOMICA A LOCOMOTIVELOR DIESEL CU MOTOARE SINCRON DE TRACTIUNE 213
7.1 Regimuri de functionare ale grupului motor diesel-generator sincron trifazat 213
7.1.1. Caracteristici de functionare ale motorului diesel 215
7.1.2. Caracteristici de functionare a generatorului sincron de tractiune 219
7.1.3. Caracteristicile generatorului sincron la functionarea in comun cu motorul diesel 222
7.1.4. Variatia cuplurilor generatorului sincron si motorului diesel cu rezistenta de inaintare a trenului 226
7.2. Metode de determinare si reglare a caracteristicilor economice ale motorului diesel 228
7.2.1. Metode de reglare a generatorului sincron de tractiune 228
7.2.1.1. Excitatie constanta a generatorului sincron principal 228
7.2.1.2. Excitatie variabila a generatorului sincron principal 230
7.2.1.3. Reglarea motoului diesel prin modificarea injectiei si mentinerea constanta a turatiei 231
7.2.1.4. Reglarea motoului diesel prin modificarea injectiei si turatiei 231
7.2.2. Determinarea caracteristicii puterii efective optime a motorului diesel 232
7.3. Metoda grafo-analitica de reglare si de determinare a caracteristicilor optime ale generatorului sincron de tractiune 234
7.4. Metode de calcul si grafo-analitice de stabilire a caracteristicilor de tractiune 238
7.4.1. Metode de calcul de stabilire a caracteristicilor de tractiune functie de viteza 239
7.4.2. Metoda de determinare a tensiunii statorice pe faze 242
7.4.3. Metoda de stabilire a fluxului propriu al infasurarii statorice trifazate 244
7.4.4. Metoda grafo-analitica de determinare a caracteristicilor de tractiune si a performantelor vehiculului 247
7.5. Sisteme autoregulatoare utilizate in tractiune 254
7.5.1. Sisteme autoregulatoare utilizate in tractiunea diesel-electrica cu transmisie in curent alternativ 254
8. METODE DE CALCUL SI DE REGLARE AUTOMATA A PARAMETRILOR OPTIMI DE COMANDA A VEHICULELOR DE TRACTIUNE ELECTRICA CU MOTOARE SINCRONE DE TRACTIUNE 256
8.1. Metode de calcul si de analiza a caracteristicilor mecanice ale motorului sincron de tractiune 256
8.2. Metoda grafo-analitica de reglare automata a parametrilor motorului sincron la unghi de sarcina ? = constant 259
8.3 Metoda grafo-analitica de reglare automata a parametrilor motorului sincron, la cos ? = constan 268
8.4. Schema de comanda si de reglare automata a parametrilor motorului sincron de tractiune, la Q = constant 271
8.5. Ecuatia de miscare a trenului cu vehicul de tractiune electrica cu motoare sincrone de tractiune 274
9. REGIMURI ELECTRODINAMICE DE FRANARE ELECTRICA LA VEHICULE FEROVIARE CU MOTOARE SINCRONE DE TRACTIUNE 277
9.1. Caracteristica de sarcina a masinii sincrone in regim de generator 278
9.2 Caracteristica externa a masinii sincrone in regim de generator 279
9.3. Caracteristica de reglaj 285
9.4 Caracteristica mecanica unghiulara a masinii sincrone in regim de generator 286
9.5. Stabilitatea statica a motorului sincron de tractiune in regim de generator 288
9.6. Studiul stabilitatii prin reglarea excitatiei masinii sincrone de tractiune in regim generator 289
DESPRE AUTOR
Autorul prezentei carti trateaza prin lucrari publicate in tara dar si la conferinte internationale, in tari cu traditie ca Japonia, Franta, Germania, Spania, Italia, Chima, si care abordeaza noul sistem de comanda vectoriala al motoatelor de tractiune in curent trifazat de tractiune pentru vehicule de tractiune la viteze mari.
Autorul prezentei carti este doctor in stiinte tehnice pe domenii de tractiune feroviara. Teza de doctorat a sustinut-o la Facultatea de Electrotehnica a Universitatii Politehnica Bucuresti, conducator de scoala doctorala fiind prof. univ. dr. Ing. Neculai GALAN. A predat discipline de tractiune feroviara la specialitati Cai Ferate din cadrul diverselor facultati de profil feroviar.