فایل مارکت

تحقیق بررسي و تحليل درايوهاي تراكشن جريان مستقيم و القايي

پيشگفتار

در گذشته بيشتر ماشين هاي حمل و نقل از ولتاژ DC  ثابت ريل سوم بوسيله درايوهاي DC  تغذيه
مي شدند. موتورها بوسيله كنترل كننده هاي نوع مقاومتي، كه شتاب لازم را براي ماشين فراهم
مي كردند، كنترل مي شدند. اين سيستم ها همچنين شامل ترمز ديناميكي براي كم كردن شتاب و شامل سيستم هاي ترمز سايشي جهت پشتيباني يا تكميل سيستم هاي ترمز ديناميكي مي باشند.

ولي امروزه الكترونيك قدرت عامل عمده در بهبود سيستم هاي محركه پيشرفته شده است. وجود عناصر نيمه هادي و توليد اينورترها باعث كاهش هزينه هاي راهبري شده اند. گام اول جايگزيني كنتاكتورها با مقاومت ها و بوسيله يكسو كننده هاي كنترل شده و چاپرهاي DC  جهت كنترل توان موتورهاي DC  بوده است. در گام دوم كاربرد موتورهاي قفس سنجابي با پيشرفت اينورترهاي با ولتاژ و فركانس متغير (VVVF) ممكن شده است. حتي در اين زمينه، راه آهن به عنوان پيشگام در سيستم هاي الكترونيك قدرت شناخته شده است.

سيستم محركه AC  درجه بالايي از ترمز احيا كننده را با مقدار بسيار كم تجهيزات ايجاد مي كند. مقدار توان احيا شده به فاكتورهاي زيادي از جمله مكان ايستگاه و شدت ترافيك بستگي دارد. مطالعات رايانه اي نشان داده اند كه احياي توان در سيستم هاي محركه AC ، 40 تا 50 درصد در مقايسه با ماشين هاي معادل كه با كنترل كننده هاي مقاومتي و ترمز ديناميكي كار مي كنند بيشتر مي باشد.

در نتيجه در حال حاضر اهداف طراحان، سازندگان و استفاده كنندگان سيستم هاي تراكشن الكتريكي بر اساس قابليت اطمينان حداكثر، دسترسي آسان، حداقل سرويس و نگهداري و … همگي با لوكوموتيوهاي مدرن با تراكشن القايي تحقق يافته است. در واقع رسيدن به اين هدف ناشي از موارد زير مي باشد

الف) امكان استفاده از موتورهاي تراكشن القايي ساده و محكم.

ب) الكترونيك قدرت و كنورترهاي مدرن .

پ) كنترل و نظارت ميكروپروسسوري قوي و خيلي سريع.

اين پايان نامه به بررسي و تحليل درايوهاي تراكشن جريان مستقيم و القايي مي پردازد.

اميد است گردآوري اين مجموعه سرآغاز مطالعات و تحقيقات بيشتر در اين زمينه گردد.

فصل اول

كشش الكتريك

براي بررسي خصوصيات روشهاي مختلف محرك لوكوموتيو، ابتدا بايد مشخصات حركتي (Synematic Characteristics) لوكوموتيوها در حالت كلي بررسي شود و سپس روشهاي مناسب براي ايجاد آن مشخصات حركتي انتخاب گردد.

در اين فصل، ابتدا معادلات حركتي و ديناميكي (   Synematic & Dynamic Equations ) حاكم بر قطار بدست آمده و در نهايت ويژگيهاي موتورهاي الكتريكي لكوموتيو در حالت ايده آل نتيجه خواهد داد.

1-1) تعيين مشخصات حركتي قطار

همانطور كه مي دانيد، براي تعيين نحوة حركت قطارها در هر مسير از راه آهن، از يك جدول زمانبندي (Time Table) استفاده مي شود كه داراي سه بعد: 1- شمارة قطار، 2- مسافت قطار، 3- زمان
مي باشد. از طرفي‌تعيين جدول زمانبندي يك مسير نيازمند‌ دانستن دو دسته اطلاعات براي هر قطار است.

دسته اول شامل اطلاعات مربوط به لحظات خارج بودن قطار از مسير هستند مانند: زمان توقف در هر ايستگاه (Dwell Time) ، زمان تعويض مسير ( Time Shunting) و … كه با توجه به طراحي اوليه معلوم فرض مي شوند.

دسته دوم شامل اطلاعات مربوط به لحظات حركت قطار در مسير هستند كه از حل معادلات حركتي قطار بدست مي آيند. براي حل اين معادلات، بايد در هر لحظه نيروهاي وارد بر قطار را كه شامل نيروي كششي (Tractive Effort) قطار، نيروي مقاوم (Drag Resistance) يا نيروي كند كننده قطار و نيروي ترمزگيري (Braking Effort) يا متوقف كنندة قطار هستند، تعيين شوند. در ادامه به محاسبه اين نيروها مي پردازيم.

1-1-1) نيروي محرك قطار

به طور كلي نيروي محرك قطار، تابع نوع موتورهاي كششي (Traction Motors) موجود در لكوموتيو و سيستم كنترل آنها بوده و مشخصه اين نيرو توسط كارخانه سازنده براي هر نوع لكوموتيو بصورت منحني نيروي كششي بر حسب سرعت قطار تعيين مي گردد.

شكل (1-1) منحني نيروي كششي F بر حسب سرعت V يك لكوموتيو را نشان مي دهد. همانطور كه مي بينيد اين منحني شامل دو ناحيه است. در ناحيه اول نيروي محرك زياد و بطور تقريباً ثابتي از لحاظ راه اندازي تا سرعت پايه (Base Speed) به لكوموتيو اعمال مي شود، بنحويكه سرعت قطار با شتابي زياد و بصورت تقريباً ثابتي افزايش يابد. در ناحيه دوم كه قطار داراي سرعتي بيش از سرعت پايه است، نيروي محرك قطار با افزايش سرعت، كاهش مي يابد، بنحويكه حاصلضرب آنها كه همان توان مكانيكي قطار است تقريباً ثابت بماند. بنابراين چنانچه نوع لكوموتيو معلوم باشد، نيروي محرك در طول مسير، تابعي از سرعت قطار خواهد بود. بنابراين داريم:

(1-1)                                                                                   F = f_F(V)

              شكل (1-1) منحني نيروي كششي F بر حسب سرعت V لكوموتيو

1-1-2) نيروي مقاوم قطار ( Train Resistance )

بطور كلي، نيروي مقاوم قطار در طول مسير حركت آن ثابت نيست. اين نيرو از مولفه هايي كه تابع نوع، وضعيت و مشخصات حركتي قطار هستند، تشكيل مي شود. در ادامه به معرفي اين مؤلفه ها مي پردازيم.

الف) مقاومت مخصوص چرخشي:

(Specific Rolling Resistance)

مقاومت مخصوص چرخشي R_r ، تابع سرعت قطار V بوده و شكل عمومي آن عبارتست از:

(2-1)                                                                         R_r = C₀+C_1.v + C_2.v²

در اين رابطه ضريب C₀ ناشي از مقاومت غلتشي بوده و شامل اصطكاك ياتاقانها و مقاومت مسير نيز مي باشد. ضريب C₁ ناشي از تكانهاي مزاحم واحد جلو برندة قطار است و ضريب C₂ نيز ناشي از مقاومت هوا مي باشد.

يكي از روابط تجربي متداول براي مدل كردن مقاومت مخصوص چرخشي، رابطه شاتوف (Sauthoffs formula) مي باشد كه بصورت زير بيان مي شود:

(3-1)

R_r  مقاومت مخصوص چرخشي بر حسب [ N/t]

a  ضريبي وابسته به نوع ياتاقانها

v  سرعت قطار بر حسب [Km/h]

F_e  ضريبي وابسته به سطح جلويي واگنها

W جرم قطار بر حسب [t]

nw  تعداد واگنها

g شتاب جاذبه بر حسب [m/s²]

ب)  مقاومت مخصوص شيب (Specific Grade Resistance):

مقاومت شيب، مولفه اي، از نيروي جرم قطار است كه در جهت عكس قطار و يا در جهت حركت آن اعمال مي شود. بنابراين هنگاميكه شيب مثبت باشد، موجب كندي سرعت قطار شده و در حاليكه شيب منفي است موجب افزايش سرعت آن مي شود. بعبارت ديگر، اين مقاومت تابع وضعيت قطار بر روي مسير است.

شكل (2-1) اثر مقاومت شيب بر روي سرعت قطار

مطابق شكل (2-1) مي توان نوشت:

(4-1)