Снижение влияния электровозов переменного тока на форму напряжения в тяговой сети электрифицированных железных дорог

• Автор: Кабалык, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Возникновение искажений формы напряжения в тяговой

сети и их влияние на качество электроэнергии.

1.2 Анализ устройств для уменьшения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза

1.3 Постановка задачи исследования.

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ КОНТАКТНАЯ СЕТЬ ЭЛЕКТРОВОЗ.

2.1 Описание пакета программ .5

2.2 Математическая модель системы тяговая подстанция контактная сеть электровоз

2.2.1 Математическая модель тяговой подстанции

2.2.2 Математическая модель контактной сети.

2.2.3 Математическая модель тягового трансформатора электровоза.
2.2.4 Математическая модель выпрямительноинверторного преобразователя электровоза.
2.2.5 Математическая модель цепи выпрямленного тока
2.3 Проверка адекватности модели системы тяговая подстанция контактная сеть электровоз.
3 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ИСКАЖЕНИЯ ФОРМЫ НАПРЯЖЕНИЯ В ТЯГОВОЙ СЕТИ
3.1 Описание предлагаемого способа уменьшения искажения формы напряжения.
3.2 Структурная схема предлагаемого компенсатора искажения напряжения и его принцип действия
3.3 Описание элементов компенсатора искажения напряжения.
3.3.1 Электрический фильтр
3.3.2 Элементы сравнения
3.3.3 Пороговый элемент.
3.3.4 Устройство формирования импульсов управления
3.3.5 Четырехквадрантный преобразователь
3.3.6 Пропорциональноинтегрирующий регулятор.
3.4 Описание модели разработанного компенсатора в программе
3.4.1 Электрический фильтр
3.4.2 Элементы сравнения и пороговый элемент
3.4.3 Устройство формирования импульсов управления
3.4.4 Четырехквадрантный преобразователь
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСАТОРА ИСКАЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ.
4.1 Работа электровоза в режиме тяги.
4.2 Работа электровоза в режиме рекуперативного торможения
4.3 Изучение совместной работы двух электровозов
4.4 Общие выводы по результатам исследования модели системы тяговая подстанция контактная сеть электровоз, оборудованный компенсатором искажения напряжения.
4.5 Физическое моделирование применения компенсатора искажения напряжения
5 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЕНСАТОРА ИСКАЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ.
5.1 Определение габаритных показателей компенсатора искажения напряжения
5.2 Определение затрат на оборудование электровоза компенсатором искажения напряжения
5.3 Расчет годовой экономии денежных средств от применения
на электровозе компенсатора искажения напряжения
5.4 Расчет срока окупаемости разработанного компенсатора
5.5 Результаты внедрения предлагаемого устройства в ремонтном локомотивном депо БелогорскВосточный.
ВЫВОДЫ
Библиографический список
Приложение А
Приложение Б
ВВЕДЕНИЕ


На Российских железных дорогах переменного тока все большее распространение получают электровозы однофазнопостоянного тока с зоннофазным регулированием напряжения. В качестве силовых установок, преобразующих переменное напряжение в постоянное, на этих электровозах установлены тиристорные выпрямительноинверторные преобразователи ВИП. Эти преобразователи представляют собой восьмиплечевую мостовую схему выпрямления и реализуют плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговых двигателях, позволяющее наиболее полно реализовать сцепные свойства локомотива, а также рекуперирование электрической энергии в сеть при электрическом торможении. При работе электровоза с такими преобразователями форма напряжения на его токоприемнике и, соответственно, в тяговой сети имеет значительные искажения. Причиной искажений формы напряжения в тяговой сети являются процессы коммутации вентилей ВИП электровоза в совокупности с особенностями контактной сети, к которым относится, главным образом, распределенная емкость. Рассмотрим эти процессы на примере управляемой мостовой схемы выпрямления рисунок 1. Индуктивность г представляет собой индуктивности рассеяния обмоток трансформатора Г, приведенные к вторичной обмотке. Примем допущение, ЧТО ИНДУКТИВНОСТЬ цепи выпрямленного тока бесконечно велика и пульсации выпрямленного тока равны нулю. Сопротивле
ни я питающей сети и активные сопротивления в схеме учитывать не будем. Рисунок 1. Предположим, что до начала коммутации ток нагрузки замыкался через вентили У2 и УЗ. Этому соответствует направление тока трансформатора г В момент времени шар рисунок 1. VI и V4 что приводит к их открытию. Этот момент времени является началом коммутации. Мгновенному переходу тока с одной пары вентилей на другую препятствует индуктивность рассеяния I. Во время коммутации вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, открывающимися VI и У4 и закрывающимися 2 и вентилями. В это время в образовавшемся контуре начинает протекать ток короткого замыкания к ток коммутации. Этот ток состоит из принужденной ипр и свободной к. Принужденная составляющая изменяется с частотой ЭДС трансформатора, но, изза наличия только индуктивного сопротивления Хт, отстает от нее на эл. Хт индуктивное сопротивление трансформатора, Хтит. Свободная составляющая тока коммутации равна
1. И активное сопротивление цепи. Так как в расчете пренебрегаем активными сопротивлениями К то выражение 1. Постоянную А можно найти с учетом выражений 1. Подставив значения принужденной 1. Коммутация заканчивается в момент времени Шару, когда ток коммутации достигает величины 2Л а ток трансформатора, согласно 1. При этом вентили VI, У4 закрываются и ток нагрузки начинает протекать только через вентили У2, УЗ. Таким образом, во время коммутации, форма тока трансформатора повторяет форму кривой тока короткого замыкания к показана штриховой линией на рисунке 1. Чем ближе коммутация к сере
1. Л , соза совсо. Время коммутации определяется углом у, который может быть найден с помощью выражения 1. X
а о. ДСвеигп падение напряжения на вентиле выпрямителя. С учетом того, что падение напряжения на вентилях слишком мало, можно считать, что напряжение на входе выпрямителя во время коммутации равно нулю. Напряжение на выходе выпрямителя в момент коммутации также равно нулю. Аналогичные процессы происходят в многозонном преобразователе, которым является выпрямительноинверторный преобразователь электровоза с зоннофазным регулированием напряжения. Рассмотренные выше процессы не учитывают сопротивлений внешнего источника электроэнергии и соединительных проводов. На практике же эти сопротивления оказывают значительное влияние на процессы, происходящие в схеме , , 0, , , , . Рисунок 1. Рассмотрим процесс коммутации тока при наличии сопротивлений во внешней питающей сети. Для этого рассмотрим принципиальную схему одностороннего питания участка тяговой сети с электровозом рисунок 1. С целью упрощения индуктивность тяговой подстанции и активные сопротивления тяговой подстанции и электровоза учитывать не будем. На рисунке 1.