این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 135 صفحه می باشد.
پیشگفتار
در گذشته بیشتر ماشین های حمل و نقل از ولتاژ DC ثابت ریل سوم بوسیله درایوهای DC تغذیه
می شدند. موتورها بوسیله کنترل کننده های نوع مقاومتی، که شتاب لازم را برای ماشین فراهم
می کردند، کنترل می شدند. این سیستم ها همچنین شامل ترمز دینامیکی برای کم کردن شتاب و شامل سیستم های ترمز سایشی جهت پشتیبانی یا تکمیل سیستم های ترمز دینامیکی می باشند.
ولی امروزه الکترونیک قدرت عامل عمده در بهبود سیستم های محرکه پیشرفته شده است. وجود عناصر نیمه هادی و تولید اینورترها باعث کاهش هزینه های راهبری شده اند. گام اول جایگزینی کنتاکتورها با مقاومت ها و بوسیله یکسو کننده های کنترل شده و چاپرهای DC جهت کنترل توان موتورهای DC بوده است. در گام دوم کاربرد موتورهای قفس سنجابی با پیشرفت اینورترهای با ولتاژ و فرکانس متغیر (VVVF) ممکن شده است. حتی در این زمینه، راه آهن به عنوان پیشگام در سیستم های الکترونیک قدرت شناخته شده است.
سیستم محرکه AC درجه بالایی از ترمز احیا کننده را با مقدار بسیار کم تجهیزات ایجاد می کند. مقدار توان احیا شده به فاکتورهای زیادی از جمله مکان ایستگاه و شدت ترافیک بستگی دارد. مطالعات رایانه ای نشان داده اند که احیای توان در سیستم های محرکه AC ، 40 تا 50 درصد در مقایسه با ماشین های معادل که با کنترل کننده های مقاومتی و ترمز دینامیکی کار می کنند بیشتر می باشد.
در نتیجه در حال حاضر اهداف طراحان، سازندگان و استفاده کنندگان سیستم های تراکشن الکتریکی بر اساس قابلیت اطمینان حداکثر، دسترسی آسان، حداقل سرویس و نگهداری و ... همگی با لوکوموتیوهای مدرن با تراکشن القایی تحقق یافته است. در واقع رسیدن به این هدف ناشی از موارد زیر می باشد
الف) امکان استفاده از موتورهای تراکشن القایی ساده و محکم.
ب) الکترونیک قدرت و کنورترهای مدرن .
پ) کنترل و نظارت میکروپروسسوری قوی و خیلی سریع.
این پایان نامه به بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی می پردازد.
امید است گردآوری این مجموعه سرآغاز مطالعات و تحقیقات بیشتر در این زمینه گردد.
برای بررسی خصوصیات روشهای مختلف محرک لوکوموتیو، ابتدا باید مشخصات حرکتی (Synematic Characteristics) لوکوموتیوها در حالت کلی بررسی شود و سپس روشهای مناسب برای ایجاد آن مشخصات حرکتی انتخاب گردد.
در این فصل، ابتدا معادلات حرکتی و دینامیکی ( Synematic & Dynamic Equations ) حاکم بر قطار بدست آمده و در نهایت ویژگیهای موتورهای الکتریکی لکوموتیو در حالت ایده آل نتیجه خواهد داد.
1-1) تعیین مشخصات حرکتی قطار
همانطور که می دانید، برای تعیین نحوة حرکت قطارها در هر مسیر از راه آهن، از یک جدول زمانبندی (Time Table) استفاده می شود که دارای سه بعد: 1- شمارة قطار، 2- مسافت قطار، 3- زمان
می باشد. از طرفی‌تعیین جدول زمانبندی یک 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 ... که با توجه به طراحی اولیه معلوم فرض می شوند.
دسته دوم شامل اطلاعات مربوط به لحظات حرکت قطار در مسیر هستند که از حل معادلات حرکتی قطار بدست می آیند. برای حل این معادلات، باید در هر لحظه نیروهای وارد بر قطار را که شامل نیروی کششی (Tractive Effort) قطار، نیروی مقاوم (Drag Resistance) یا نیروی کند کننده قطار و نیروی ترمزگیری (Braking Effort) یا متوقف کنندة قطار هستند، تعیین شوند. در ادامه به محاسبه این نیروها می پردازیم.
1-1-1) نیروی محرک قطار
به طور کلی نیروی محرک قطار، تابع نوع موتورهای کششی (Traction Motors) موجود در لکوموتیو و سیستم کنترل آنها بوده و مشخصه این نیرو توسط کارخانه سازنده برای هر نوع لکوموتیو بصورت منحنی نیروی کششی بر حسب سرعت قطار تعیین می گردد.
شکل (1-1) منحنی نیروی کششی F بر حسب سرعت V یک لکوموتیو را نشان می دهد. همانطور که می بینید این منحنی شامل دو ناحیه است. در ناحیه اول نیروی محرک زیاد و بطور تقریباً ثابتی از لحاظ راه اندازی تا سرعت پایه (Base Speed) به لکوموتیو اعمال می شود، بنحویکه سرعت قطار با شتابی زیاد و بصورت تقریباً ثابتی افزایش یابد. در ناحیه دوم که قطار دارای سرعتی بیش از سرعت پایه است، نیروی محرک قطار با افزایش سرعت، کاهش می یابد، بنحویکه حاصلضرب آنها که همان توان مکانیکی قطار است تقریباً ثابت بماند. بنابراین چنانچه نوع لکوموتیو معلوم باشد، نیروی محرک در طول مسیر، تابعی از سرعت قطار خواهد بود. بنابراین داریم:
(1-1) F = fF(V)
شکل (1-1) منحنی نیروی کششی F بر حسب سرعت V لکوموتیو
1-1-2) نیروی مقاوم قطار ( Train Resistance )
بطور کلی، نیروی مقاوم قطار در طول مسیر حرکت آن ثابت نیست. این نیرو از مولفه هایی که تابع نوع، وضعیت و مشخصات حرکتی قطار هستند، تشکیل می شود. در ادامه به معرفی این مؤلفه ها می پردازیم.
الف) مقاومت مخصوص چرخشی:
(Specific Rolling Resistance)
مقاومت مخصوص چرخشی Rr ، تابع سرعت قطار V بوده و شکل عمومی آن عبارتست از:
(2-1) Rr = C0+C1.v + C2.v2
در این رابطه ضریب C0 ناشی از مقاومت غلتشی بوده و شامل اصطکاک یاتاقانها و مقاومت مسیر نیز می باشد. ضریب C1 ناشی از تکانهای مزاحم واحد جلو برندة قطار است و ضریب C2 نیز ناشی از مقاومت هوا می باشد.
یکی از روابط تجربی متداول برای مدل کردن مقاومت مخصوص چرخشی، رابطه شاتوف (Sauthoffs formula) می باشد که بصورت زیر بیان می شود:
(3-1)
Rr مقاومت مخصوص چرخشی بر حسب [ N/t]
a ضریبی وابسته به نوع یاتاقانها
v سرعت قطار بر حسب [Km/h]
Fe ضریبی وابسته به سطح جلویی واگنها
W جرم قطار بر حسب [t]
nw تعداد واگنها
g شتاب جاذبه بر حسب [m/s2]
ب) مقاومت مخصوص شیب (Specific Grade Resistance):
مقاومت شیب، مولفه ای، از نیروی جرم قطار است که در جهت عکس قطار و یا در جهت حرکت آن اعمال می شود. بنابراین هنگامیکه شیب مثبت باشد، موجب کندی سرعت قطار شده و در حالیکه شیب منفی است موجب افزایش سرعت آن می شود. بعبارت دیگر، این مقاومت تابع وضعیت قطار بر روی مسیر است.
مقاله بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی
