👈 فروشگاه فایل 👉

بررسی و تحلیل درایوهای تراكشن جریان مستقیم و القایی

ارتباط با ما

... دانلود ...

بررسی و تحلیل درایوهای تراكشن جریان مستقیم و القایی

بررسی و تحلیل درایوهای تراكشن جریان مستقیم و القایی

بررسی و تحلیل درایوهای تراكشن جریان مستقیم و القایی

پیشگفتار

در گذشته بیشتر ماشین های حمل و نقل از ولتاژ DC  ثابت ریل سوم بوسیله درایوهای DC  تغذیه

می شدند. موتورها بوسیله كنترل كننده های نوع مقاومتی، كه شتاب لازم را برای ماشین فراهم

می كردند، كنترل می شدند. این سیستم ها همچنین شامل ترمز دینامیكی برای كم كردن شتاب و شامل سیستم های ترمز سایشی جهت پشتیبانی یا تكمیل سیستم های ترمز دینامیكی می باشند.

ولی امروزه الكترونیك قدرت عامل عمده در بهبود سیستم های محركه پیشرفته شده است. وجود عناصر نیمه هادی و تولید اینورترها باعث كاهش هزینه های راهبری شده اند. گام اول جایگزینی كنتاكتورها با مقاومت ها و بوسیله یكسو كننده های كنترل شده و چاپرهای DC  جهت كنترل توان موتورهای DC  بوده است. در گام دوم كاربرد موتورهای قفس سنجابی با پیشرفت اینورترهای با ولتاژ و فركانس متغیر (VVVF) ممكن شده است. حتی در این زمینه، راه آهن به عنوان پیشگام در سیستم های الكترونیك قدرت شناخته شده است.

سیستم محركه AC  درجه بالایی از ترمز احیا كننده را با مقدار بسیار كم تجهیزات ایجاد می كند. مقدار توان احیا شده به فاكتورهای زیادی از جمله مكان ایستگاه و شدت ترافیك بستگی دارد. مطالعات رایانه ای نشان داده اند كه احیای توان در سیستم های محركه AC ، 40 تا 50 درصد در مقایسه با ماشین های معادل كه با كنترل كننده های مقاومتی و ترمز دینامیكی كار می كنند بیشتر می باشد.

در نتیجه در حال حاضر اهداف طراحان، سازندگان و استفاده كنندگان سیستم های تراكشن الكتریكی بر اساس قابلیت اطمینان حداكثر، دسترسی آسان، حداقل سرویس و نگهداری و ... همگی با لوكوموتیوهای مدرن با تراكشن القایی تحقق یافته است. در واقع رسیدن به این هدف ناشی از موارد زیر می باشد

الف) امكان استفاده از موتورهای تراكشن القایی ساده و محكم.

ب) الكترونیك قدرت و كنورترهای مدرن .

پ) كنترل و نظارت میكروپروسسوری قوی و خیلی سریع.

این پایان نامه به بررسی و تحلیل درایوهای تراكشن جریان مستقیم و القایی می پردازد.

امید است گردآوری این مجموعه سرآغاز مطالعات و تحقیقات بیشتر در این زمینه گردد.

فصل اول

كشش الكتریكی

برای بررسی خصوصیات روشهای مختلف محرك لوكوموتیو، ابتدا باید مشخصات حركتی (Synematic Characteristics) لوكوموتیوها در حالت كلی بررسی شود و سپس روشهای مناسب برای ایجاد آن مشخصات حركتی انتخاب گردد.

در این فصل، ابتدا معادلات حركتی و دینامیكی (   Synematic & Dynamic Equations ) حاكم بر قطار بدست آمده و در نهایت ویژگیهای موتورهای الكتریكی لكوموتیو در حالت ایده آل نتیجه خواهد داد.

1-1) تعیین مشخصات حركتی قطار

همانطور كه می دانید، برای تعیین نحوة حركت قطارها در هر مسیر از راه آهن، از یك جدول زمانبندی (Time Table) استفاده می شود كه دارای سه بعد: 1- شمارة قطار، 2- مسافت قطار، 3- زمان

می باشد. از طرفی‌تعیین جدول زمانبندی یك مسیر نیازمند‌ دانستن دو دسته اطلاعات برای هر قطار است.

دسته اول شامل اطلاعات مربوط به لحظات خارج بودن قطار از مسیر هستند مانند: زمان توقف در هر ایستگاه (Dwell Time) ، زمان تعویض مسیر ( Time Shunting) و ... كه با توجه به طراحی اولیه معلوم فرض می شوند.

دسته دوم شامل اطلاعات مربوط به لحظات حركت قطار در مسیر هستند كه از حل معادلات حركتی قطار بدست می آیند. برای حل این معادلات، باید در هر لحظه نیروهای وارد بر قطار را كه شامل نیروی كششی (Tractive Effort) قطار، نیروی مقاوم (Drag Resistance) یا نیروی كند كننده قطار و نیروی ترمزگیری (Braking Effort) یا متوقف كنندة قطار هستند، تعیین شوند. در ادامه به محاسبه این نیروها می پردازیم.

1-1-1) نیروی محرك قطار

به طور كلی نیروی محرك قطار، تابع نوع موتورهای كششی (Traction Motors) موجود در لكوموتیو و سیستم كنترل آنها بوده و مشخصه این نیرو توسط كارخانه سازنده برای هر نوع لكوموتیو بصورت منحنی نیروی كششی بر حسب سرعت قطار تعیین می گردد.

شكل (1-1) منحنی نیروی كششی F بر حسب سرعت V یك لكوموتیو را نشان می دهد. همانطور كه می بینید این منحنی شامل دو ناحیه است. در ناحیه اول نیروی محرك زیاد و بطور تقریباً ثابتی از لحاظ راه اندازی تا سرعت پایه (Base Speed) به لكوموتیو اعمال می شود، بنحویكه سرعت قطار با شتابی زیاد و بصورت تقریباً ثابتی افزایش یابد. در ناحیه دوم كه قطار دارای سرعتی بیش از سرعت پایه است، نیروی محرك قطار با افزایش سرعت، كاهش می یابد، بنحویكه حاصلضرب آنها كه همان توان مكانیكی قطار است تقریباً ثابت بماند.

....

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

فهرست مطالب:

پیشگفتار ۱

فصل اول ۳

کشش الکتریکی ۳

۱-۱) تعیین مشخصات حرکتی قطار ۴

۱-۱-۱) نیروی محرک قطار ۵

شکل (۱-۱) منحنی نیروی کششی F بر حسب سرعت V لکوموتیو ۶

۱-۱-۲) نیروی مقاوم قطار ( Train Resistance ) 6

شکل (۲-۱) اثر مقاومت شیب بر روی سرعت قطار ۷

۱-۱-۳) نیروی ترمز گیری قطار ۱۰

شکل( ۳-۱) منحنی نیروی ترمز گیری قطار شامل ترمزگیری الکتریکی و مکانیکی در سرعتهای مختلف ۱۲

۱-۱-۴) محاسبه منحی سرعت بر حسب زمان ۱۲

شکل (۴-۱) منحنی های سرعت بر حسب زمان و نیروی محرک بر حسب سرعت قطار ۱۴

ناحیه ۳ از لحظه t2 تا t3 : 14

۱-۲) تعیین مشخصات موتورهای کششی ۱۵

۱-۲-۱) مشخصه گشتاور &ndash سرعت موتورهای الکتریکی ۱۶

شکل (۶-۱) منحنی گشتاور باز دارنده الکتریکی بر حسب سرعت ۱۷

۱-۲-۲) عملکرد موازی ۱۸

۱-۲-۳) نوسانهای ولتاژ ۱۸

۱-۲-۴)محدودیت وزن وحجم ۱۸

فصل دوم: ۲۰

موتورهای تراکشن جریان مستقیم ۲۰

تاریخچه سیستم های حمل و نقل الکتریکی DC 20

۲-۲) موتور جریان مستقیم با تحریک موازی ۲۲

شکل (۱-۲) مشخصه گشتاور الکتریکی و جریان آرمیچر بر حسب سرعت موتور تحریک موازی ۲۳

۲-۳) موتورهای جریان مستقیم با تحریک مجزا ۲۴

۲-۳-۱) معادلات ماشین جریان مستقیم با تحریک مجزا ۲۵

شکل (۲-۲) مدل ماشین تحریک مجزا با فرض خطی بودن مشخصه مغناطیسی ۲۵

در زیر به نحوه ی کنترل موتور در دو ناحیه مذکور می پردازیم: ۲۶

الف) ناحیه اول موتوری ۲۶

۲-۳-۳) کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک مجزا درحالت ژنراتوری ۲۸

الف) ناحیه اول ژنراتوری ۲۸

شکل (۵-۲) منحنی مشخصه های ژنراتور در حالت توان ثابت در ناحیه اول ۳۰

شکل (۶-۲) منحنی مشحصه های ژنراتور در حالت گشتاور ثابت در ناحیه اول ۳۱

ب) ناحیه دوم ژنراتوری ۳۲

ج) ناحیه سوم ژنراتوری ۳۲

شکل (۷-۲) منحنی مشخصه های ماشین در ناحیه دوم ژنراتوری ۳۳

شکل (۸-۲) منحنی مشخصه های ماشین در ناحیه سوم ژنراتوری ۳۳

۲-۴) موتور جریان مستقیم با تحریک سری ۳۳

۲-۴-۲) کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک سری در حالت موتوری ۳۶

در زیر بنحوه کنترل موتور در دو ناحیه موتوری می پردازیم. ۳۶

الف) ناحیه اول موتوری ۳۶

ب) ناحیه دوم موتوری ۳۶

شکل (۱۰-۲) منحنی مشخصه های ماشین سری در ناحیه اول موتوری ۳۷

شکل (۱۱-۲) مقاومت قابل تنظیم برای کنترل ماشین در ناحیه دوم موتوری ۳۷

شکل (۱۲-۲) منحنی مشخصه های ماشین سری در ناحیه دوم موتوری ۳۸

۲-۴-۳) کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک سری در حالت ژنراتوری ۳۸

نحوه کنترل ژنراتور در سه ناحیه مذکور می پردازیم: ۳۹

ناحیه اول ژنراتوری ۳۹

شکل (۱۴-۲) منحنی مشخصه های ماشین سری در ناحیه اول ژنراتوری در حالت گشتاور ثابت ۴۰

ناحیه دوم ژنراتوری ۴۰

ناحیه سوم ژنراتوری ۴۱

فصل سوم: ۴۳

مدارهای کنترل سیستم های تراکشنن جریان مستقیم ۴۳

شکل (۳-۳) یک نمونه مدار کنترل موتور سری با استفاده از چاپر به عنوان منبع تغذیه ورودی ۴۸

شکل (۴-۳) یک نمونه مدار کنترل ماشین سری با قابلیت بازیابی انرژی ۴۹

فصل چهارم: ۵۶

ملاحظات کاربردی در سیستم های ۵۶

۴-۱) تاریخچه سیستم های حمل و نقل الکتریکی AC 56

۴-۲) مقایسه کاربرد موتورهای القایی قفسه سنجابی با انواع دیگرسیستم های کشنده ۵۸

۴-۲-۱) مقایسه با موتور DC 58

۱) سرعتهای زیاد : ۵۸

۲) مقاومت و قابلیت بالا و هزینه نگهداری و تعمیرات کم : ۵۸

۳) گشتاور یکنواخت بالا با قابلیت اضافه بار ذاتی : ۵۸

۴) نسبت توان به وزن بالا: ۵۹

۵) قابلیت ترمز احیا کننده ذاتی : ۵۹

۶) مشخصه گشتاور &ndash سرعت تند (Hteep ) : 59

۷) عملکرد پایدار با اتصل موازی : ۵۹

۴-۲-۲) مقایسه با موتور سنکرون : ۶۰

جدول (۱-۴) مقایسه موتور القایی با موتور سنکرون ۶۰

۴-۳-۱) ایجاد گشتاور در موتور القایی سه فاز ۶۲

شکل(۱-۴)مدار معادل تکفاز موتور القایی ۶۴

شکل(۴-۴) منحنی گشتاور- سرعت در فرکانس و ولتاژ ثابت ۶۹

۴-۳-۵) عملکرد فرکانس متغیر ۷۲

شکل (۷-۴) منحنی های گشتاور لغزش در نسبت ثابت ( هرتز/ ولت) ۷۳

شکل (۸-۴) ناحیه های مختلف منحنی گشتاور &ndash سرعت با منبع تغذیه فرکانس متغیر &ndash ولتاژ متغیر ۷۴

شکل (۹-۴) ارتباط بین فرکانس &ndash ولتاژ در ماشین القایی ۷۴

۴-۳-۷)عملکرد HP ثابت (Constant-Horse Power) 75

فصل پنجم ۷۸

طراحی و مقادیر نامی موتور و اینورتر در سیستم های تراکشن القایی ۷۸

مشخصه های مورد نظر سیستم تراکشنن الکتریکی مناسب بدین صورت خلاصه می شود: ۸۴

الف) چگالی گشتاور بالا [N.m/kg] ، چگالی توان بالا [Kw/Kg]، کمترین ابعاد. ۸۴

ب) ناحیه توان ثابت وسیع، کمترین توان ظاهری اینورتر [KVA]. 84

پ) راندمان بالا. ۸۴

۵-۲-۲) معیار طراحی موتور ۸۸

ب) نسبت طول رتور به قطر رتور ۸۹

جدول (۱-۵) تأثیر نسبت طول به قطر رتور بر مشخصه های موتور ( P.U.) 89

جدول (۲-۵) تأثیر تعداد شیارهای استاتور بر مشخصه های موتور (P.U. ) 90

ت) ضخامت فاصله هوایی ۹۱

جدول (۳-۵) تأثیر ضخامت فاصله هوایی بر مشخصه های موتور (P.U. ) 91

ث) همانطور که گفته شد، یک وسیله نقلیه الکتریکی اغلب در ناحیه تضعیف میدان کار می کند ۹۱

جدول (۵-۵) مقایسه بین پارامترهای دو موتور: طرح معمولی و طرح مخصوص ۹۴

۵-۳) فاکتورهای احیا کنندگی (Regeneration Factors) 95

۵-۴) بررسی نمونه عملی ۹۸

فصل ششم ۱۰۳

درایوهای تراکشن اینورتری پیشرفته و کنترل آنها ۱۰۳

۶-۱) سیر تکامل درایو AC در سیستم های تراکشن ۱۰۳

۶-۲) درایوهای تراکشن موتور القایی ۱۰۵

شکل (۱-۶) درایوهای تراکشن با موتورهای سه فاز ۱۰۶

۶-۲-۲) درایوهای تراکشن اینورتر منبع جریان تغذیه DC 108

شکل (۴-۶) وضعیت های حلقه DC یک درایو اینورتر منبع جریان ۱۱۱

شکل (۵-۶) اینورتر منبع ولتاژ مدار قدرت و شکل موج ها ۱۱۳

شکل (۶-۶) مدار قدرت یک فاز اینورتر NPC سه سطحی را نشان می دهد ۱۱۵

شکل (۶-۶) اینورتر منبع ولتاژ سه سطحی NPC- مدار قدرت و جدول سوئیچینگ ۱۱۶

۶-۲-۴) درایوهای تراکشن VSI تغذیه AC مبدل پالس ۱۱۶

۶-۲-۶-۱) PWM موج مربعی(Square &ndash Wave PWM) 120

شکل( ۹-۶) شکل موج های ورودی و خروجی مقایسه کننده یک اینورتر PWM موج مربعی ۱۲۰

۶-۲-۶-۲) PWM سینوسی (Sinusoidal PWM) 122

شکل (۱۱-۶) روش مدولاسیون برای قطار Eurostar 124

شکل(۱۲- ۶) سیستم کنترل کننده جریان PWM در حالت کلی ۱۲۶

شكل (13-6) اینورتر  PWM با كنترل جریان

پیوست ۱ ۱۲۹

مقایسه سیستم های محرک انواع لوکوموتیو و انتخاب سیستم مناسب برای حمل و نقل ریلی ۱۲۹

پیوست ۲ ۱۳۳

داده های مربوط به موتورهای کششی ۱۳۴

منابع

 

👇محصولات تصادفی👇

تحقیق شبكه های بی سیم محلی مبانی نظری و پیشینه پژوهش بررسی خودکارآمدی ( فصل دوم پایان نامه ) آموزش نرم افزار ایویوز (eviews) پرسشنامه بررسی تاثیر آموزش در كارآیی كاركنان سنجش نظر سرپرستان نسبت به اثر بخشی عملكرد كاركنان در شركت توزیع نیروی برق شمال خراسان