Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока

• Автор: Мельниченко, Олег Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 392 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.1 Анализ отечественных и зарубежных публикаций способов и технических средств повышения энергетической эффективности электровозов переменного тока в режиме тяги
1.2 Анализ отечественных и зарубежных публикаций способов и технических средств повышения энергетической эффективности электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения.

1.3 Постановка цели и задач исследования

2 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАБОТЫ ВИП ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В РЕЖИМАХ ТЯГИ И РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ С ТИПОВЫМ И НОВЫМ АЛГОРИТМАМИ УПРАВЛЕНИЯ С ВКЛЮЧЕНИЕМ ДИОДНОГО ПЛЕЧА В СХЕМУ ВИП
2.1 Аналитическое исследование процессов работы ВИП электровоза переменного тока в режиме тяги с типовым и новым алгоритмами управления с включением диодного плеча в схему ВИП
2.1.1 Физические процессы работы ВИП электровоза переменного тока в режиме тяги с типовым алгоритмом управления и их влияние на его коэффициент мощности
2.1.2 Физические процессы работы ВИП электровоза переменного тока в режиме тяги с новым алгоритмом управления с включением диодного плеча и их влияние на его коэффициент мощности
2.2 Аналитическое исследование процессов работы ВИП электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения с типовым и предлагаемым алгоритмами управления с включением диодного плеча в схему ВИП

2.2.1 Физические процессы работы ВИП электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения с типовым алгоритмом управления и их влияние на его коэффициент мощности
2.2.2 Физические процессы работы ВИП электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения с предлагаемым алгоритмом управления и включением диодного разрядного плеча в схему инвертора и их влияние на его коэффициент мощности
3 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ
РАЗНОФАЗНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВИП ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ
РАЗНОФАЗНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА В РЕЖИМАХ ТЯГИ И РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
3.1 Возникновение свободных высокочастотных колебаний в контактной сети при работе электровозов переменного тока
3.2 Принципы фильтрации сигналов напряжения нескольких генераторов
3.3 Аналитическое исследование системы разнофазного управления ВИП электровозов переменного тока с учётом свободных высокочастотных колебаний в напряжении контактной сети
3.4 Разработка алгоритма разнофазного управления ВИП электровоза переменного тока для режимов тяги и рекуперативного торможения..
3.5 Проектирование цифровых фильтров для реализации предлагаемого способа разнофазного управления плеч ВИП электровоза
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ -КОНТАКТНАЯ СЕТЬ - ЭЛЕКТРОВОЗ» В РЕЖИМАХ ТЯГИ И РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ
4.1 Математическая модель энергоснабжения железной дороги переменного тока
4.2 Математическая модель силовых цепей электровоза переменного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения

4.2.1 Математическая модель тягового трансформатора
4.2.2 Математическая модель выпрямительно-инверторного
преобразователя в режиме выпрямителя
4.2.3 Математическая модель выпрямительно-инверторного
преобразователя в режиме инвертора
4.3 Математическая модель цепи выпрямленного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения
4.3.1 Математическая модель выпрямительной установки возбуждения
4.4 Математическая модель блока управления ВИП
4.5 Выбор критериев сравнения результатов моделирования
5 РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ РАБОТЫ ВИП ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В РЕЖИМАХ ТЯГИ И РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ С ТИПОВЫМ И ПРЕДЛАГАЕМЫМИ СПОСОБАМИ УПРАВЛЕНИЯ
5.1 Результаты математического моделирования электромагнитных процессов работы ВИП электровоза в режиме тяги с типовым и предлагаемыми способами управления,
5.2 Результаты математического моделирования электромагнитных процессов работы ВИП электровоза переменного тока в реяшме рекуперативного торможения с типовым и предлагаемыми способами управления
6 АВАРИЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВИП ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ТЯГИ, ВЫЗВАННЫЕ ПРОПУСКОМ ПОДАЧИ ИМПУЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ НА ТИРИСТОРЫ ПЛЕЧ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
6.1 Аварийные режимы работы ВИП электровоза переменного тока при типовом алгоритме управления
6.2 Аварийные режимы работы ВИП электровоза переменного тока при новом алгоритме управления и с включением диодного плеча

электровоза переменного тока в переходных режимах. Это имеет важное значение в развитии теории надёжного преобразования постоянного тока в переменный.
Переходные процессы обычно являются быстро протекающими: длительность их составляет сотые или тысячные доли секунды. Тем не менее, изучение переходных процессов весьма важно, так как позволяет выявить превышения напряжения на отдельных участках цепи, которые могут оказаться опасными для полупроводниковых приборов, увеличения амплитуд токов, которые могут в десятки раз превышать амплитуду тока установившегося периодического процесса, а также определять продолжительность переходного процесса. В настоящее время актуальным остаётся проблема снижения искажения напряжения на токоприёмнике электровоза по причине периодических включений и выключений тиристоров инвертора в процессе естественной коммутации тока при изменении полярности напряжения сети, которое негативно отражается на устойчивости работы электровоза в режиме электрического торможения.
Целесообразно оценивать эффективность рекуперативного торможения следует в совместном рассмотрении явлений в системе «тяговая подстанция — контактная сеть - электровоз». С появлением рекуперации на электровозах коэффициент мощности системы тягового электроснабжения снижается при одновременном увеличении доли высших гармонических составляющих в кривых тока и напряжения. Данный факт считается одним из основных отрицательных явлений, присущих рекуперативному торможению электровозами переменного тока. В связи с пониженным коэффициентом мощности инвертора электровоз увеличивает потребление реактивной энергии из сети, в результате чего увеличиваются потери как в системе электроснабжения, так и в электровозе. Однако сравнение фактического возврата активной энергии в контактную сеть при рекуперативном торможении с потерями в ней от увеличения реактивной энергии несопоставимы (примерно в 30 раз возврат активной энергии больше) [29; 30]. Среднегодовой возврат электроэнергии электровозами в контактную сеть на различных участках при применении рекуперативного торможения составляет 10-18 % от расхода на тягу [30].