Совершенствование выпрямительной установки возбуждения тяговых двигателей электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения

• Автор: Линьков, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР И ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ, ПРОВОДИМЫХ В ОБЛАСТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА
1.1 Анализ научных работ в области рекуперативного торможения по повышению коэффициента мощности электровоза
1.2 Постановка цели и задач исследования
2 РАЗРАБОТКА СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ВУВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
2.1 Исследование процессов при работе типового ВУВ электровоза
2.2 Влияние пульсации тока возбуждения на работу электровоза в режиме рекуперативного торможения с типовым ВУВ
2.3 Разработка способа управления ВУВ и исследование его работы
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ - КОНТАКТНАЯ СЕТЬ - ЭЛЕКТРОВОЗ В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
3.1 Общие принципы и выбор прикладного пакета для математического моделирования сложных технических систем
3.2 Математическая модель системы энергоснабжения железной дороги переменного тока
3.3 Математическая модель силовых цепей электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения
3.3.1 Математическая модель тягового трансформатора
3.3.2 Математическая модель выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме инвертора
3.3.3 Математическая модель цепи выпрямленного тока в режиме

рекуперативного торможения
3.3.4 Математическая модель выпрямительной установки возбуждения
3.4 Оценка адекватности электромагнитных процессов в математической модели процессам на электровозе
3.5 Сравнительное исследование эффективности работы электровоза в режиме рекуперативного торможения с типовым и предлагаемым ВУВ по результатам расчета на математической модели
3.6 Исследование цепей защиты от коммутационных перенапряжений выпрямительной установки возбуждения электровоза на ЮВТ транзисторах
3.7 Выводы по результатам математического моделирования
4 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕШЕНИЯ И ЕГО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
4.1 Разработка лабораторного стенда для исследования работы электровоза с типовым и предлагаемым ВУВ
4.2 Результаты исследования работы электровоза с типовым и предлагаемым ВУВ на лабораторном стенде
4.3 Проверка сходимости и адекватности уточненной математической модели с результатами эксплуатационных испытаний электровоза ВЛ80Р..
4.4 Технико-экономическая оценка внедрения предлагаемого ВУВ для повышения коэффициента мощности электровоза
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Компания «Российские железные дороги» входит в число крупнейших потребителей энергоресурсов в России -на ее долга приходится около 5 % электроэнергии, потребляемой в стране ежегодно. Одним из основных условий развития экономики страны является рациональное, бережное отношение ко всем видам материальных и энергетических ресурсов.
Сокращение энергоемкости и повышение безопасности перевозочного процесса является одной из основных задач локомотивного хозяйства. Сегодня па электрифицированных линиях железных дорог, благодаря развитию мировой науки и достижениям электронной промышленности, имеется возможность получить еще большее снижение расхода электроэнергии на тягу поездов. Одним из путей этого направления является применение электрического рекуперативного торможения электровозами.
Руководством компании ОАО «РЖД» обозначена одна из целевых задач повышения энергоэффективности за счет увеличения удельной рекуперации электрической энергии. В связи с этим данное направление станет основой достижения долгосрочных стратегических целей компании, отраженное в программах «Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года» и «Энергетическая стратегия холдинга «РЖД» на перспективу до 2030 года».
В настоящее время эксплуатация современных отечественных электровозов переменного тока (таких как ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1в/и и 2(3)ЭС5К), в режиме рекуперативного торможения, происходит с низким коэффициентом мощности Км, не превышающим значения 0,65. Такой низкий коэффициент мощности означает значительное потребление реактивной энергии, снижение пропускной способности питающей сети в связи с загрузкой ее потоками реактивной мощности, недоиспользование мощности генераторов, трансформаторов и другого электрооборудования, увеличение потерь напряжения в сети и на электроподвижном составе (ЭПС), а также

В результате типовой БУВ работает с низким коэффициентом мощности, не превышающим 0,5. В случае уменьшения выпрямленного напряжения ВУВ с помощью увеличения угла ав снижается активная и повышается реактивная мощность, потребляемая ВУВ из тяговой сети, следовательно, значительно снижается и коэффициент мощности выпрямителя. Кроме того, задержка в каждом полупериоде отпирания тиристоров на интервал времени (Хц обеспечивает отставание первой гармоники тока і аб-х4 в обмотке возбуждения трансформатора относительно напряжения иаб-х4 на угол ср (ВУВ потребляет значительную реактивную мощность индуктивного характера) [10], а также вызывает протекание тока во вторичной обмотке трансформатора в направлении против ЭДС трансформатора, что значительно влияет на величину пульсации тока возбуждения.
2.2 Влияние пульсации тока возбуждения на работу электровоза в режиме рекуперативного торможения с типовым ВУВ
Пульсация тока возбуждения ТЭД вызывает пульсацию магнитодвижущей силы и основного магнитного потока Ф, что в свою очередь обеспечивает появление дополнительных потерь, повышенного нагрева обмоток ТЭД, нарушение его коммутации и поэтому должна ограничиваться. К тому же пульсация выпрямленного тока изменяет форму кривой переменного тока в первичной обмотке трансформатора, оказывая неблагоприятное влияние на коэффициент мощности [99].
Для уменьшения пульсации магнитного потока Ф на электровозах переменного тока используют шунтирующие резисторы гпш (рисунок 2.1). За счет этого постоянная составляющая выпрямленного тока ів протекает через обмотку возбуждения, а переменная составляющая іпш замыкается через шунтирующий резистор г11Ш. Происходит это потому, что индуктивное сопротивление шунтирующего резистора для переменной составляющей