Регулируемый электропривод на базе тиристорного преобразователя с непосредственной связью для систем собственных нужд электровозов переменного тока

• Автор: Паршин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

1.АНАЛИЗ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИН ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.1.Условия работы вспомогательных машин электровозов
1.2.Базовые технические решения по электропитанию систем вспомогательных машин отечественных электровозов
1.3 .Регулирование режимов работы вентиляторов охлаждения
силового электрооборудования электровозов
1.4.Системы регулируемого электропривода вспомогательных машин отечественных и зарубежных электровозов
1.5.Системы регулируемого электропривода вспомогательных машин электровозов на базе тиристорных преобразователей с непосредственной связью
1.6.Результаты анализа, постановка задач и выбор методов исследования
2 .АНАЛИЗ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ ДЛЯ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОДНОФАЗНОЙ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ И РАЗРАБОТКА ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1 .Однофазно-трехфазный непосредственный преобразователь
частоты
2.2.Тиристорные преобразователи напряжения в системах регулирования производительности вентиляторов электровозов
2.3.Тиристорный преобразователь напряжения с расширенным диапазоном регулирования и особенности управления электроприводом на его основе
3 .РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ ТИРИСТОРНОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
3.1.Обобщенная математическая модель электрических цепей с
вентильными преобразователями
3.2.Математическая модель трансформатора
3.3.Математическая модель тиристорного преобразователя напряжения
3.4.Математическая модель асинхронного электродвигателя
4.ИССЛЕД0ВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В
АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
4.1.Анализ напряжений и токов асинхронного электродвигателя
4.2.3аконы управления асинхронным электродвигателем
4.3 .Оптимизация энергетических характеристик в системе
тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный
электродвигатель
5.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
5.1.Экспериментальная установка для проведения исследований
5.2.Программа исследований, методика проведения измерений и обработки экспериментальных данных
5.3.Результаты исследований и верификация математической
модели
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Потребление электроэнергии системами собственных нужд (асинхронными электродвигателями вспомогательных машин с нагрузками вентиляторного, компрессорного и насосного типов) магистральных электровозов переменного тока достигает 18 % от общего количества электроэнергии, расходуемой на тягу поездов. При этом доля, приходящаяся на нерегулируемые приводы вентиляторов охлаждения силового электрооборудования, составляет не менее 80 % от общих энергозатрат на собственные нужды.
Основную проблему здесь представляет электропитание асинхронных двигателей. На всех отечественных электровозах питание двигателей вспомогательных машин осуществляется от вращающегося электро-машинного или "конденсаторного" расщепителя фаз без стабилизации и симметрирования напряжения. Для обеспечения надежной работы приводных двигателей, при работе во всем диапазоне изменения питающего напряжения, их номинальную мощность приходится повышать на 25 - 50 %, что в конечном итоге приводит к значительному перерасходу электроэнергии.
Используя регулирование частоты вращения приводных асинхронных двигателей можно значительно снизить энергопотребление вентиляторов. Целесообразность применения на электровозах переменного тока частотно-регулируемого привода для систем вентиляции достаточно полно обоснована многочисленными исследованиями ВНИИЖТа и ВЭлНИИ. Эффективность таких систем подтверждена отечественным и зарубежным опытом.
Реализация частотного регулирования электроприводов с асинхронными двигателями на электровозах, как правило, связана с использованием двухзвенных преобразователей частоты на полностью управляемых ключах с выходным звеном - автономным инвертором напряжения.
Принимая во внимание имеющиеся технические решения, рассмотренные в п. 1.5, результаты исследовательских испытаний [40] и опыт эксплуатации [29, 30, 71] следует признать, что выбор систем собственных нужд со ступенчатым регулированием производительности вентиляторов на базе ТПН для ЭПС переменного тока является вполне обоснованным.
Однако, отличие результатов продолжительности работы вентиляторов на пониженной частоте вращения, прогнозируемых при обосновании целесообразности применения двухступенчатых систем (90-95 % от общей продолжительности поездки) [79], и результатов, полученных из опыта эксплуатации этих систем (47-93 % от общей продолжительности поездки) [40, 46, 47, 65], свидетельствует о необходимости расширения диапазона регулирования. Подтверждением этому положению могут служить примеры реализации трех- и четырехступенчатых систем электровозов, рассмотренных в п. 1.4.
В соответствии с этим в работе ставится следующая задача.
1. Исследование регулировочных возможностей эксплуатируемых на ЭПС переменного тока систем собственных нужд на базе ТПН и на основе этого разработка ТПН с расширенным диапазоном регулирования.
Решение этой задачи сводится к разработкам схемного решения силовой части преобразователя, алгоритмов управления, позволяющих реализовать пусковые и длительные режимы работы системы ТПН—АД и системы управления преобразователем.
Надежная и бесперебойная работа электропривода во многом зависит от правильного определения нагрузки АД в условиях пониженной частоты вращения, что немыслимо без глубокого анализа электромагнитных процессов в системе ТПН-АД.
Исследованию электромагнитных процессов в системах ТПН - АД посвящены работы И.Я. Браславского, Л.П. Петрова, Т.А. Глазенко, В.И. Хрисанова, В.И. Капинос и других авторов. Однако эти исследования про-