Online Electric

     В настоящее время остро стоит вопрос сокращения расхода энергии подвижным составом городского транспорта. Создание накопителей электрической энергии (НЭ) с высокими удельными показателями делает возможными новые способы решения этой задачи и приводит к появлению новых видов городского безрельсового электрического транспорта. Таким образом, возникает вопрос исследования энергетических показателей подвижного состава с целью уточнения его мощности и энергопотребления в различных условиях, а также проверки предложений по совместному использованию различных НЭ в качестве приемников энергии рекуперации и источников энергии для автономного движения, определения наилучших их характеристик с учетом особенностей режима работы транспортных средств.
     Для решения поставленной задачи предложена имитационная модель движения троллейбуса в среде Simulink. Применение методов имитационного моделирования при расчете вызвано нелинейностью характеристик насыщения магнитной цепи тягового электродвигателя (ТЭД), сопротивления движению, НЭ. Разработанная модель позволяет имитировать все основные режимы движения троллейбуса: пуск, выбег, реостатное и рекуперативное торможение.
     Основными подсистемами предложенной модели являются модель электрических цепей и модель механических переходных процессов, описывающая движение троллейбуса. Структура модели механической части привода показана на рис. 1.
     При имитации механических процессов расчет производится циклически. Задаваясь начальным значением одной из величин, например скорости движения троллейбуса V, вычисляются величина противоЭДС тяговых двигателей (ТЭД) по нагрузочной характеристике тягового двигателя, исходя из значения тока, протекающего по обмотке возбуждения в модели электрических цепей, с учетом коэффициента ослабления поля. Найденное значение противоЭДС передается в модель электрической части, в которой определяется ток в цепи тягового двигателя. Величина тока якоря используется моделью механической части привода при вычислении создаваемой им силы тяги. Для заданного значения скорости вычисляется также основное сопротивление движению троллейбуса с учетом режима движения. По действующим на поезд силам определяется его ускорение и приращение скорости за итерацию. В итоге цикл расчета замыкается.


Рис. 1. Схема модели механических переходных процессов

     Электрическая часть модели построена из элементов библиотеки SimPowerSystems, предназначенной для исследования электрических цепей, и имитирует работу тяговой сети и подвижного состава. Так как модели электрических машин в составе SimPowerSystems не учитывают насыщение магнитной цепи, являющееся характерной особенностью рабочих режимов ТЭД, создана уточненная модель тягового двигателя с полиномиальной аппроксимацией нагрузочной характеристики.
     Импульсный регулятор тока в рамках предложенной модели может быть сымитирован с использованием различных схем замещения. Так как целью моделирования является исследование потребления энергии в течение длительного (102…103с) времени, то для сокращения времени расчета, увеличения шага модельного времени и уменьшения влияния накапливающихся при расчете ошибок предложено заменить модель, имитирующую работу реального ключа, упрощенной схемой замещения, состоящей из источников тока и напряжения, что позволяет вести расчет по усредненным токам и напряжениям, увеличив шаг модельного времени на два порядка: с 10-4…10-3с до 10-2…10-1с.
     В модели реализовано регулирование с обратной связью по току якорной цепи путем изменения коэффициентов заполнения тягового и тормозного регуляторов, а также возбуждения ТЭД.
     Модель позволяет получить основные характеристики движения троллейбуса: кривые движения, зависимости тягового тока и потребляемой мощности от времени, вычислить величины потребляемой и генерируемой энергии при различных длине перегона, скорости и ускорении, уклоне пути.
     Как пример результатов моделирования на рис. 2 показана пускотормозная диаграмма троллейбуса (зависимость тока якоря ТЭД от скорости), на которой можно выделить шесть зон, соответствующих различным режимам регулирования: зона I соответствует пуску двигателя при полном поле, в зоне II производится ослабление возбуждения с сохранением тока якоря, зона III соответствует движению по автоматической характеристике ослабленного поля. После выбега (зона IV) в зоне V имитируется рекуперативное торможение при прямом подключении двигателя к тяговой сети с регулированием по возбуждению. Наконец, в зоне VI поддержание необходимой величины тормозного тока реализуется за счет повышения напряжения двигателя тормозным преобразователем, что позволяет снизить скорость, при которой падает эффективность рекуперативного торможения, с 20…25 до 3…4 км/ч. В приведенном примере условия моделирования предполагали постоянное наличие потребителя вырабатываемой энергии.
     Для подтверждения полученных результатов, доработки принципов регулирования и корректировки исходных данных является необходимым уточнение модели по результатам экспериментальных измерений параметров движения троллейбуса.


Рис. 2. Зависимость тока якоря ТЭД троллейбуса от скорости