Совершенствование системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока

• Автор: Невинский, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Аналитический обзор систем питания собственных нужд электроподвижного состава...:

1.1 Системы собственных нужд на электроподвижном составе постоянного тока

1.2 Системы собственных нужд на электровозах переменного тока серий ЧС

1.3 Отечественные электровозы переменного тока

1.4 Недостатки существующих систем питания

1.5 Анализ технических решений вспомогательных приводов зарубежного подвижного состава

1.6 Топологии схем тяговых вспомогательных преобразователей

1.7 Мощности вспомогательных машин и преобразовательных установок

1.8 Резервирование

1.9 Применяемая элементная база
1.10 Компоновочные решения
1.11 Отечественный опыт построения статических преобразователей собственных нужд
1.12 Обобщенная структура 22
Выводы
2 Анализ процессов в системах собственных нужд с конденсаторными и вращающимися фазорасщепителями
2.1 Анализ работы вспомогательных машин на отечественных электровозах переменного тока
2.1.1 Структура схем подключения вспомогательных машин
2.1.2 Анализ отказов электрических машин в эксплуатации
2.1.3 Типы и параметры вспомогательных машин
2.1.4 Приводные механизмы, их характеристики и параметры
2.2 Имитационная модель асинхронного двигателя
2.3 Моделирование работы вспомогательных двигателей при синусоидальных режимах
2.4 Описание показателей качества работы вспомогательных машин
2.4.1 Показатели переходного режима:
2.4.2 Показатели установившегося режима
2.5 Анализ электромагнитных процессов
2.5.1 Установившиеся режимы асинхронных двигателей при питании от однофазной сети с синусоидальным напряжением
2.5.2 Оценка синусоидальных режимов работы вспомогательных машин
Выводы
3 Анализ электромагнитных процессов во вспомогательных машинах с учетом тяговой нагрузки
3.1 Расчетные режимы с учетом тяговой нагрузки
3.1.1 Разработка математической модели трансформатора
3.2 Моделирование контактной сети
3.3 Результаты имитационного моделирования работы вспомогательных машин с учетом тяговой нагрузки
3.3.1 Переходные режимы (режимы пуска)

3.3.2 Исследование работы вспомогательных электроприводов при рекуперации электровоза
3.3.3 Влияние работы электровозов на соседних фидерных зонах
3.3.4 Физика появления искажений фазных токов двигателя и тока обмотки СН
3.4 Сравнение расчетных и экспериментальных данных
Выводы
4 Разработка системы симметрирования фазных напряжений
4.1 Функциональная роль фазорасщепителя
4.2 Определение необходимой мощности фазорасщепителя
4.3 Принцип управления преобразователем
4.4 Способ формирования напряжения
4.4.1 Предельное качество регулирования преобразователя
4.5 Общая информация о схемотехническом решении
4.5.1 Реверсивный расщепитель фаз
4.5.2 Определение частоты первой гармоники напряжения
4.5.3 Определение амплитуды первой гармоники напряжения
4.5.4 Получение высокого коэффициента мощности на входном преобразователе
4.5.5 Синтез контура тока
4.5.6 Выбор емкости синус-фильтра С?
4.5.7 Выбор пусковой фазосдвигающей емкости
4.5.8 Фазосдвигающая емкость, как накопитель реактивной энергии
4.5.9 Выбор емкостей С и Сг
4.5.10 Определение зависимости частоты переключения ключей/ индуктивности дросселя и непостоянной составляющей тока (ширина токового коридора) АТ
4.6 Расчетные режимы работы статического расщепителя фаз
4.7 Параметры расчетных схем
4.8 Результаты расчета
4.8.1 Результаты расчета работы инвертора при синусоидальном питании в режимах А2 и АЗ
4.8.2 Работа фазорасщепителя в режиме пуска двигателя, режим А1
4.8.3 Электромагнитные процессы двух- и трехуровневых инверторов в режиме А1
4.8.4 Результаты расчета переходных процессов при работе фазорасщепителя
4.8.5 Работа преобразователя при наличии тягового тока (режимы В1, В2 и ВЗ, раздел 4.6)
Выводы
5 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ фазосдвигающего устройства
Выводы по работе
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Одним из условий успешного развития экономики Российской федерации является наличие эффективной и надежной транспортной системы. Эффективная работа железнодорожного транспорта немыслима без надежной работы подвижного состава. В настоящее время в Российской федерации эксплуатационная длина электрифицированных линий составляет около 45 тысяч километров железных дорог, из которых более 22 тысяч электрифицировано на переменном токе. Вождение поездов обеспечивает более 5000 электровозов переменного тока. Из них около 4500 электровозов - это электровозы отечественного производства, на которых для привода вспомогательных механизмов и агрегатов используются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное, необходимого для питания вспомогательных электроприводов, применяются вращающиеся олектромашшшые расщепители фаз или конденсаторные расщепители фаз. При этом на электровозах последних выпусков 2ЭС5к, ЭП1М преимущественное применение получила система питания вспомогательных электроприводов с конденсаторным расщеплением фаз.
Исключительная простота системы питания вспомогательных машин в сочетании с асинхронными двигателями предполагает высокий уровень надежности вспомогательных электроприводов на этих электровозах. Однако до 20% от общего числа отказов на этих электровозах связано с системами собственных нужд. Наблюдается тенденция роста количества отказов вспомогательных электродвигателей при увеличении массы поездов и скоростей движения.
Особая роль вспомогательных машин в работе электровозов, связанная обеспечением безопасности движения поездов, широкое распространение электровозов на сети железных дорог России определяют актуальность работ, направленных на повышение надежности систем питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока.
Целью работы является исследование электромагнитных процессов в системе питания вспомогательных электроприводов на отечественных электровозах переменного тока в условиях меняющейся нагрузки тяговой цепи, установление причин возникновения недопустимых режимов питания вспомогательных машин и разработка усовершенствованной системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые выполнено комплексное исследование электромагнитных процессов во вспомогательных электроприводах электровозов переменного тока с учетом влияния параметров системы электроснабжения и тяговой нагрузки.
2. Установлено, что возникновение недопустимых режимов питания вспомогательных машин на электровозах переменного тока связано с рядом причин, среди которых основными

Таблица 6 - Параметры компрессоров ВУЗ,5/10 и ПК-3
Тип компрессора ВУЗ,5/10 ПК-3
Производительность м/мин 3,5 3
Частота вращения об/мин 1450 1450
Рабочее давление на выходе МПа 0,98 0
Количество ступеней сжатия
Количество цилиндров первой ступени сжатия
Количество цилиндров второй ступени сжатия
Как видно из таблицы 6, отличие состоит в количестве цилиндров у компрессоров ВУ 35/10 и ПК-3,5. Примем зависимость компрессора ПК-3,5 (рисунок 13) в качестве расчетной.
Произведем аппроксимацию зависимости момента двигателя от частоты вращения по линейному закону:
М = а-р+Ь, (4)
где М— момент сопротивления на валу двигателя Нм;
р - давление на выходе компрессора, МПа;
а, Ь - коэффициенты, полученные путем линейной аппроксимации кривой на рисунке 13 - рисунок 14.
Рисунок 14 - Аппроксимация кривой момента на валу компрессора