PL218097B1

PL218097B1 - Method and control system for inverter propulsion of the multi-engine traction vehicles

Info

Publication number: PL218097B1
Application number: PL384926A
Authority: PL
Inventors: Paweł Giziński
Original assignee: Inst Elektrotechniki
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2014-10-31

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ sterowania falownikowym napędem wielosilnikowych pojazdów trakcyjnych.The subject of the invention is a method and a control system for an inverter drive for multi-engine traction vehicles.

W znanych falownikowych napędach wielosilnikowych pojazdów trakcyjnych stosowane są oddzielne falowniki dla każdego silnika. Falowniki te sterowane są wg zadanego momentu rozruchowego z jednoczesną kontrolą prędkości każdej osi napędowej. Poślizg zestawu kołowego zmniejszający przy stałej częstotliwości falownika moment napędowy powoduje dla utrzymania momentu zadanego konieczność zwiększania częstotliwości falownika doprowadzając do poślizgu rozwiniętego i reakcji układu kontroli i likwidacji poślizgu. Likwidacja poślizgu dokonywana jest przez znaczne obniżenie zadanego momentu napędowego, a tym samym zmniejszeniu średniej wartości momentu napędowego.The known multi-motor inverter drives for traction vehicles use separate inverters for each motor. These inverters are controlled according to a given starting torque with simultaneous speed control of each drive axis. Wheel set slip, reducing the driving torque at the constant frequency of the inverter, causes the necessity to increase the frequency of the inverter in order to maintain the set torque, leading to a slip of the developed control system and the elimination of the slip. Elimination of the slip is performed by significantly reducing the set driving torque, and thus reducing the average value of the driving torque.

W układzie wg wynalazku wykorzystano tzw. zjawisko mikropoślizgu zestawów kołowych, czyli wzrost współczynnika przyczepności koło - szyna w zakresie prędkości 0-1,5 km/h (określanej przez niektórych autorów również procentowo od prędkości pojazdu).In the system according to the invention, the so-called the phenomenon of microlift of wheelsets, i.e. an increase in the wheel-rail adhesion coefficient in the speed range 0-1.5 km / h (determined by some authors also as a percentage of the vehicle speed).

W układzie regulacyjnym gdy dwa silniki napędzającego dwa zestawy kołowe zasilanego z jednego falownika lub dwóch falowników sterowanych synchronicznie wg wyższego sygnału sprzężeń określających moment napędowy lub prąd silników uzyskuje się samoczynne dostosowanie momentu napędowego silnika do przyczepności napędzanych zestawów kołowych.In the control system, when two motors driving two wheel sets supplied from one inverter or two synchronously controlled inverters according to a higher coupling signal determining the driving torque or current of the motors, automatic adjustment of the driving torque of the motor to the adhesion of the driven wheelsets is achieved.

Ilustruje to przebieg charakterystyk siły przyczepności w funkcji poślizgu zestawów kołowych oraz charakterystyki siły napędowej silników, pokazany na rysunku gdzie:This is illustrated by the characteristics of the adhesion force as a function of the slip of wheelsets and the characteristics of the driving force of the motors, shown in the figure where:

- Fμ1 i Fμ2 siła przyczepności osi pierwszej i drugiej jednego wózka. Różnice wartości Fμ1 i Fμ2 wynikają z różnych nacisków kół na szyny (dynamiczne odciążanie osi pierwszej wózka podczas rozruchu), lub chwilowego zmniejszenia współczynnika przyczepności μ (rozjazd, miejscowe zanieczyszczenie szyn).- Fμ1 and Fμ2 the adhesion force of the first and second axes of one bogie. The differences in the values of Fμ1 and Fμ2 result from different wheel pressure on the rails (dynamic unloading of the first axle of the trolley during start-up), or a temporary reduction of the coefficient of adhesion μ (turnout, local contamination of the rails).

- Vp - prędkość poślizgu zestawów kołowych- Vp - wheelsets slip speed

- Fn - siła napędowa silników w funkcji poślizgu elektrycznego.- Fn - driving force of motors as a function of electric slip.

Siła przyczepności zestawów kołowych rośnie wraz ze zwiększeniem prędkości poślizgu kół. Po przekroczeniu wartości maksymalnej siła przyczepności maleje i dla siły napędowej F_n>Fμ prędkość poślizgu rośnie - makropoślizg.The adhesion strength of the wheelsets increases with increasing wheel spin speed. After exceeding the maximum value, the adhesion force decreases and for the driving force F _n > Fμ, the slip velocity increases - macroslip.

Przy systemie regulacji wg wyższej wartości momentu napędowego częstotliwość i poślizg elektryczny silnika ustalone są dla pracy w punkcie 2 dla prędkości poślizgu V2 i siły F2, czyli dla silnika napędzającego oś drugą. Silnik napędzający oś pierwszą zmniejsza poślizg elektryczny i uzyskuje się stabilny punkt pracy 1 przy prędkości V1 i sile F1, na przecięciu charakterystyki Fn napędowej silnika z krzywą przyczepności Fμ1 pierwszego zestawu kołowego.In the case of a control system according to a higher drive torque value, the frequency and electric slip of the motor are set for the operation in point 2 for the slip speed V2 and the force F2, i.e. for the motor driving the second axle. The motor driving the first axle reduces the electric slip and a stable operating point 1 is obtained at speed V1 and force F1, at the intersection of the driving characteristic Fn of the motor with the adhesion curve Fμ1 of the first wheelset.

Jeżeli nastąpi zmniejszenie siły przyczepności drugiego zestawu kołowego regulacja będzie prowadzona wg momentu rozwijanego przez silnik pierwszy. Silniki, pracują więc z różnym poślizgiem elektrycznym i uzyskuje się samoczynne dostosowanie momentu napędowego silnika do aktualnych warunków przyczepności.If the adhesion force of the second wheelset decreases, the adjustment will be carried out according to the moment developed by the first engine. The motors, therefore, work with various electric slip and the automatic adjustment of the motor drive torque to the current adhesion conditions is achieved.

PL 218 097 B1PL 218 097 B1

Proponowany system regulacji daje bardzo dobre efekty zwłaszcza przy chwilowym zmniejszeniu współczynnika przyczepności np. plamy oleju na szynach lub przejazd przez zwrotnicę i skrzyżowanie.The proposed regulation system gives very good results, especially when the adhesion coefficient is temporarily reduced, e.g. by oil stains on the rails or passing through a switch and crossing.

Wartość przenoszonego momentu napędowego przez dwa zestawy kołowe jest większa od średniej wartości przy działaniu układu kontroli i likwidacji poślizgu poprzez zmniejszenie wartości zadanej momentu.The value of the driving torque transmitted by the two wheel sets is higher than the average value during the operation of the control system and the slip elimination by reducing the torque set point.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu pokazany jest na rysunku przedstawiającym schemat blokowy falownikowego układu napędowego dla dwóch silników napędzających jeden wózek.The invention, in an exemplary embodiment, is shown in the drawing showing a block diagram of an inverter drive system for two motors driving one carriage.

Układ napędowy składa się z dwóch silników asynchronicznych 1 i 2 zasilanych z jednego falownika lub dwóch falowników sterowanych synchronicznie 3, źródła zasilającego 4 (sieć trakcyjna), filtru wejściowego 5, 6, członów pomiaru prądu silników 7, 8, członu pomiaru napięcia kondensatorów filtru 9 oraz sterownika napędu 10 i zadajnika momentu napędowego 11.The drive system consists of two asynchronous motors 1 and 2 powered by one inverter or two synchronously controlled inverters 3, power source 4 (traction network), input filter 5, 6, motor current measuring units 7, 8, filter capacitor voltage measurement unit 9 and the drive controller 10 and the torque adjuster 11.

Sposób sterowania napędem jest następujący:The drive is controlled as follows:

Sterowniki na podstawie pomiarów 7 i 8 prądów fazowych silników 1 i 2 oraz wartości napięcia kondensatora filtru sieciowego 6, wysyła ciąg impulsów, tak aby moment napędowy silników odpowiadał momentowi zadane nastawnikiem 11. Regulacja częstotliwością falownika dokonywana jest wg wyższego wyliczonego przez sterowniki momentu napędowego.Based on the measurements 7 and 8 of the phase currents of motors 1 and 2 and the voltage of the line filter capacitor 6, the controllers send a series of pulses so that the driving torque of the motors corresponds to the torque set by the adjuster 11. The frequency control of the inverter is performed according to the higher torque calculated by the controllers.

Wobec różnych wartości nacisków na każdy z zestawów kołowych wózka siły przyczepności koło szyna i prędkość poślizgu mechanicznego też są różne.Due to the different values of the pressures on each wheel set of the trolley, the adhesion forces, wheel and rail, and the speed of mechanical slip are also different.

Zestaw kołowy np. napędzany przez silnik 1 o niższej wartości przyczepności osiągając większą wartość prędkości poślizgu mechanicznego kół. Prędkość obrotowa silnika 1 napędzającego ten zestaw jest więc wyższa niż silnika 2. Dla danej częstotliwości pracy falownika silnik 1 ma mniejszy poślizg elektryczny więc pracuje z mniejszą wartością momentu napędowego. Regulacja procesu rozruchu czyli zmiana częstotliwości falownika prowadzona jest więc wg momentu napędowego silnika 2.A wheelset, e.g. driven by the engine 1 with a lower value of adhesion, achieving a higher value of the mechanical slip speed of the wheels. The rotational speed of the motor 1 driving this set is therefore higher than that of the motor 2. For a given frequency of the inverter operation, the motor 1 has a smaller electric slip, so it works with a lower value of the driving torque. The regulation of the start-up process, i.e. the change of the frequency of the inverter, is therefore carried out according to the driving torque of the motor 2.

Dla zakresu prędkości mikropoślizgu 1,0+1,5 km/h uzyskuje się więc samoczynne dostosowanie momentu napędowego silnika 1 do przyczepności napędzanego zestawu kołowego przez zmniejszenie poślizgu elektrycznego 0,1+2 Hz w wyniku zwiększenia prędkości silnika 1.Thus, for the micro-slip speed range of 1.0 + 1.5 km / h, it is possible to automatically adjust the drive torque of the motor 1 to the traction of the driven wheelset by reducing the electric slip of 0.1 + 2 Hz as a result of increasing the speed of the motor 1.

Przy chwilowym zmniejszeniu przyczepności jednego zestawu kołowego regulacje przejmuje silnik rozwijający większy moment.When the traction of one wheelset is temporarily reduced, the engine that develops more torque takes over the adjustments.

Claims

1. The method of controlling the inverter with the drive of multi-motor traction vehicles in which the sequence of impulses controlling the operation of the inverter is generated according to the value of the set driving torque, characterized in that, based on the measurement of the current values 7 and 8 of the motors 1 and 2 and the measurement of the voltage 9 of the capacitor 6, the controller 10 determines the drive torque value of motors 1 and 2 and outputs a pulse train to control the frequency of the inverter 3 according to the higher drive torque value.

2. The control system of the inverter multi-engine drive of traction vehicles, consisting of asynchronous motors 1 and 2, inverter 3, power supply system 4, 5, 6, current measuring elements 7 and 8, voltage measuring element 9, controller 10, setter 11, characterized by: that two motors 1 and 2 are supplied from one or two synchronously controlled inverters 3.