Từ khóa: Động cơ một chiều, phản quay trượt, tầu điện

(1)

2Bộ môn kỹ thuật điện, Phân hiệu ĐHH tại Quảng Trị

*Email: cuongngoxuan@gmail.com TÓM TẮT

Trong các tầu điện thường sử dụng các động cơ một chiều (DC) cùng kiểu liên kết nối tếp với nhau. Trong quá trình hoạt động thường xảy ra hiện tượng quay trượt của bánh xe.

Hiện tượng này gây mài mòn bánh xe, giảm tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống. Để khắc phục hiện tượng này bài viết đã nghiên cứu quá trình quá độ của động cơ điện DC kích thích hàng loạt khi chúng được liên kết nối tiếp. Đồng thời nghiên cứu và đề xuất giải pháp phản quay trượt mới cho tầu điện nhằm mục đích nâng cao đặc tính động của động cơ. Kết quả mô phỏng các quá trình cơ điện xảy ra đối với động cơ DC chứng minh giải pháp đề xuất là hiệu quả.

Từ khóa: Động cơ một chiều, phản quay trượt, tầu điện.

MỞ ĐẦU

Sự quay trượt - một hiện tượng trượt của bánh xe tầu điện, xảy ra khi có sự vượt quá lực kéo tác dụng lên các bánh xe và lực bám bánh xe với đường ray. Chế độ này là rất nguy hiểm và dẫn đến tăng độ mài mòn và giảm đáng kể thời gian phục vụ của các bánh xe và đường sắt, và tăng khả năng hư hỏng. Để đảm bảo độ tin cậy làm việc của các toa xe tầu điện khi hoạt động đòi hỏi phải áp dụng các biện pháp để loại bỏ chế độ tiêu cực như sự quay trượt [1].

Khi xuất hiện chế độ quay trượt đó cần thiết phải giảm mômen điện từ của động cơ kéo cặp bánh xe bị quay trượt. Điều này trong tổ hợp kéo của toa xe một chiều (DC) sẽ đạt được bởi

(2)

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện liên kết nối tiếp các động cơ một chiều của tầu điện Hiện nay, trên các toa xe của một số nước như: Nga, Ukraine, Belarus…sử dụng rất rộng rãi hệ thống theo dõi chế độ quay trươt, dựa trên các chỉ số của các cảm biến điện áp, đo suất điện động của các cuộn dây phần ứng của động cơ kéo [2], dựa trên sự so sánh khác biệt giữa chỉ số của các bộ cảm biến với một điện áp tham chiếu đưa ra một tín hiệu để các nhà điều hành kiểm soát thay đổi hệ số ma sát của hệ bánh xe và đường ray, nhờ đó sự quay trượt bị chặn lại.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Tiến hành nghiên cứu quá trình quá độ xảy ra khi làm việc của động cơ DC của toa tàu điện với hệ thống chống quay trượt trên phần mềm Matlab-Simulink hình 2. Nghiên cứu quá trình quay trượt cặp bánh toa xe nhóm M₁-M₂ với các giá trị cơ bản chính là: tần số quay định mức của phần ứng động cơ kéo w_n=60 rad/s; dòng định mức phần ứng động cơ kéo I_n=370 А;

hiệu điện thế nguồn nuôi U_cn=1650V, hệ số ma sát k_scpl=0,35. Trong đó máy điện M₁ - động cơ điện kéo thứ nhất, M₂- động cơ kéo thứ hai. Kết quả mô phỏng chế độ tăng tốc của tàu điện khi hệ số masát giữa bánh và ray giảm tại cặp bánh của động cơ kéo M₁, M₂ đầu tiên hình 3.

(3)

Hình 2. Sơ đồ mô phỏng trên Matlab-simulink

a) b) c)

Hình 3. Kết quả mô phỏng chế độ tăng tốc của tàu điện (a) dòng điện phần ứng (b) điện áp phần ứng và (c) vận tốc động cơ kéo M1, M2

I1, I2; U1, U2; W1, W2 – tương ứng là dòng điện, điện áp, tốc độ của các động cơ M1, M2

(4)

Hình 4. Sơ đồ cải tiến giảm mômen của động cơ ĐC trong tầu điện

trong đó: I10- nguồn dòng, cho dòng được gửi bởi bộ điều chỉnh xung, Ra- điện trở của cuộn dây phần ứng, Rv- điện trở cuộn dây kích thích, S- khóa công suất, thực hiện việc đóng ngắt điện trở phân dòng.

Khi điện trở phân dòng được ngắt, dòng trong mạch phần ứng bằng dòng I₁₀. Khi điện trở phân dòng mở dòng phần ứng mô tả bằng biểu thức sau:

𝐼_𝑎=𝑅_𝑠ℎ𝐼₁₀‒ 𝐸₁ 𝑅_𝑠ℎ+𝑅_𝑎

Việc đóng ngắt điện trở phân dòng sẽ tạo ra suất điện động ngược trong mạch động cơ.

Để hệ thống làm việc tin cậy thì cần thiết phải tránh ảnh hưởng của suất điện động ngược E₁ lên dòng phần ứng của động cơ [2] giá trị của suất điện động ngược E₁ và tỷ số R_sh/R_a lên dòng phần ứng trong dạng mặt phẳng biểu diễn trên hình 5. Sự phụ thuộc trên chỉ ra rằng để cung cấp sự giảm dòng phần ứng động cơ kéo hiệu quả (dẫn đến giảm mômen điện từ) cần cho tỷ số R_sh/R_a trong vùng 0,1 tới 0,3.

Hình 5. Sự ảnh hưởng của giá trị suất điện động ngược E1 và tỷ số Rsh/Ra

Kết quả mô phỏng chế độ khởi động của tàu điện khi hệ số ma sát giảm giữa bánh xe với đường ray và khởi động hệ thống chống quay trượt được đưa ra trên sơ đồ cải biến hình 5 ứng với giá trị hệ số ma sát giữa bánh xe với đường ray bằng 0,7; 0,5 và 0 trên hình 6.

(5)

a)

b)

c)

Hình 6. Kết quả mô phỏng chế độ khởi động của tàu điện ứng với các trường hợp a- kscpl = 0,7; b- kscpl = 0,5; c- kscpl = 0

KẾT LUẬN

Với sự nghiên cứu quá trình quá độ xảy ra khi liên kết nối tiếp các động cơ một chiều cùng kiểu trong các tầu điện dựa trên sự so sánh khác biệt giữa chỉ số của các bộ cảm biến với một điện áp tham chiếu đưa ra một tín hiệu để các nhà điều hành kiểm soát thay đổi hệ số ma

(6)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров, М.И. Озеров (1995). “Тягово-сцепные свойства электроподвижного состава в эксплуатации” , Теория электрической тяги. - М.: Транспорт, 60-105с.

[2].А. С. Тугарев (2005), “Исследование динамики многорежимных систем тяговых электроприводов постоянного тока с широтно-импульсным управлением”, Дис. канд. техн.

Наук, Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами, Орловский государственный технический университет, Орел, России.

[3].А. Р. Шайхиев (2004), “Улучшение тяговых свойств электроподвижного состава с вентильно- индукторным тяговым электроприводом путем снижения пульсаций электромагнитного момента”, Дис. канд. техн. наук, Электротехнические комплексы и системы, Ростовский государственный университет путей сообщения, Ростов-на-Дону, России.

[4]. Kitahara Fumio (1998). Dawn of era of new-general autonomous decentralized transport operation control system - departure from conventional JNR system. Japanese Railway Engineering. № 140, pp. 26-30.

STUDY ON THE TRANSIENT PROCESS WHEN CONNECTING THE SAME SERIAL DC MOTOR TYPES OF ELECTRIC TRAIN

Do Nhu Y¹, Ngo Xuan Cuong^2*

1Department of Electrification, University of Mining and Geology

2Department of electrotechnical, Hue University - QuangTri Campus

*Email: Cuongngoxuan@gmail.com

ABSTRACT

DC motors are consecutively connected in electric trains. In operation, their wheels are often slipped. These phenomena cause to wheels’ damage, aging as well as reduce the safety operation of whole system. To avoid this bad affect, the paper presents the transient process of DC motors which are excited in series and consecutively connected. The paper also recommends new solution to anti- slip for electric trains with the aim of dynamic-

России.