Математическое моделирование вентильно-индукторного двигателя для привода стрелочного перевода.

Развитие техники железнодорожной автоматики и совершенствование технологии ее обслуживания в значительной степени способствует повышению безопасности движения и улучшению экономических показателей деятельности железных дорог. Особая роль при этом отводится станционным системам автоматики и телемеханики, так как основные технологические операции по приему, отправлению и переработке поездов выполняются на станциях. Эффективность функционирования этих систем во многом зависит от качества исполнительных устройств, важное место среди которых занимают стрелочные переводы (СП). Все современные СП развитых стран оснащаются модифицированной системой привода с микроконтроллерным управлением. Модернизации отечественных СП должно предшествовать изучение существующих конструкций приводов, которые, однако, уже морально и технически устарели. Эти системы в многолетней практике работы показали себя положительно, но на сегодняшний день они не могут справиться с новыми проблемами, функциями и задачами. Кроме того, развитие микросхемотехники дает возможность создания микропроцессорных систем управления, а также расширение функциональных возможностей привода, использования бесконтактных датчиков нового поколения, применения электронной преобразовательной техники, защиты двигателя во время перевода без использования фрикционного сцепления.

Для управления СП применяются два вида электродвигателей – постоянного тока и переменного (асинхронный). Эти двигатели имеют свои существенные недостатки. Чтобы избавиться от некоторых недостатков, необходимо модернизировать механизм привода. Более перспективным в этом случае является вентильно-индукторный двигатель (ВИД). Он обладает конструктивными и технико-эксплуатационными преимуществами, о которых уже упоминалось ранее.

Положительные результаты создания приводов на основе ВИД позволяют делать прогноз, что такие машины помогут не только упростить механическую часть привода и систему контроля остряков, но и повысить его надежность и быстродействие. Для математического моделирования выберем ВИД с геометрией 6/4 (6 зубцов статора, 4 зубца ротора).

Рис. 4.1 – Модель для расчета магнитного поля

Для получения адекватной модели необходимо учесть, что потокосцепления фаз изменяются по не синусоидальному закону, т. к. в действительности это далеко не так. С помощью программы FEMM была создана модель для расчета магнитного поля (рис. 4.1).

На рис. 4.2 показано распределение магнитных линий в ВИД при согласованном и рассогласованном положениях ротора, а также значения магнитной индукции для различных областей машины (справа от моделей).

Рис. 4.2 – Распределение магнитных линий в ВИД при: а) – согласованном и б) – рассогласованном положениях

На основании такой модели с помощью дополнительной подпрограммы, написанной на языке Lua, была получена зависимость потокосцепления активной катушки от тока в ней и угла поворота ротора машины. Эта поверхность показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3 – Зависимость потокосцепления от тока и угла поворота

Для получения характеристик момента и скорости вращения машины (рис. 4.4) была использована математическая модель в SimPowerSysterms, разработанная в среде MATLAB. Поверхность задавалась в окне Magnetisation characteristic table параметров ВИД с помощью MAT file.

Рис. 4.4 – Временная зависимость момента и скорости при пуске

Результаты, полученные на модели, позволяют утверждать о возможности использования ВИД в качестве приводного и о необходимости проведения дальнейших исследований в этом направлении, так как двигатель обеспечивает необходимую скорость при значениях момента, превышающих необходимые в несколько раз. Температурный режим ВИД при работе в СП находится в пределах допустимого диапазона.