Повышение энергетических показателей электровозов однофазно-постоянного тока с тиристорными выпрямителями

• Автор: Мельниченко, Олег Валерьевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ОДНОФАЗНОПОСТОЯННОГО ТОКА.

1.1 Анализ способов и средств повышения коэффициента мощности

электровозов

1.1.1 Секторное регулирование выпрямленного напряжения на электровозах с плавным регулированием напряжения

1.1.2 Компенсированный многозонный выпрямитель.

1.1.3 Выпрямитель с импульснофазовым регулированием.

1.1.4 Гибридный компенсатор реактивной мощности электровоза переменного тока

1.1.5 Одновременная коммутация в малых короткозамкнутых

контурах выпрямителя

1.2 Постановка цели и задач исследования.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ
ОСНОВНОЙ КОММУТАЦИИ ТОКА ВЕНТИЛЕЙ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
2.1 Анализ публикаций в области коммутации тока вентилей выпрямителей .
2.1.1 Анализ публикаций в области коммутации тока вентилей однофазного выпрямителя.
2.1.2 Анализ публикаций в области коммутации тока вентилей многозонных выпрямителей.
2.2 Основная коммутация тока вентилей в режиме однозонного и
многозонного выпрямителей.
2.2.1 Основная коммутация тока вентилей в режиме однозонного выпрямителя
2.2.2 Основная коммутация тока вентилей в режиме многозонного
выпрямителя.
3 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЗОННЫМ
ВЫПРЯМИТЕЛЕМ еМАЛЫМИЕЛИЧИНАМИУГЛА ов
3.1 Разработка способа управления выпрямителем с поочердной
коммутацией путм слежения за потенциальными условиями открытия вентилей плеч на всех зонах по уставке первой зоны
3.1.1 Расчт минимального угла открытия вентилей ,, при синусоидальном значении напряжения контактной сети и организации поочердной коммутации выпрямителя
3.1.2 Расчт минимального угла открытия вентилей выпрямителя с поочердной коммутацией при искаженном напряжении контактной сети, вызванном наличием других электровозов на фидерной зоне.
3.1.3 Расчет коэффициента мощности выпрямителя с поочердной коммутацией при слежении за потенциальными условиями открытия плеч вентилей на всех зонах по уставке первой зоны
3.2 Разработка способа управления выпрямителем с одновременной коммутацией путм слежения за потенциальными условиями открытия плеч вентилей на всех зонах по уставке первой зоны .
3.3 Разработка способа управления выпрямителем с малыми величинами угла путм применения разрядного диодного плеча, включнного параллельно цепи выпрямленного тока.
3.4 Сравнение коэффициентов мощности четырхзонных выпрямителей, управляемых предлагаемыми способами управления
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ОСНОВНОЙ КОММУТАЦИИ ТОКА ВЕНТИЛЕЙ МНОГОЗОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С НОВЫМИ СПОСОБАМИ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Методика математического моделирования электромагнитных
процессов основной коммутации многозонного выпрямителя
4.2 Математическая модель силовых цепей электровоза
4.2.1 Математическая модель тягового трансформатора электровоза .
4.2.2 Математическая модель выпрямителя
4.2.3 Математическая модель цепи выпрямленного тока с разрядным
диодным плечом.
4.3 Методика моделирования электромагнитных процессов многозонного выпрямителя с одновременной коммутацией с применением разрядного диодного плеча
4.4 Выбор критериев сравнения различных способов управления многозонным выпрямителем.
4.5 Сравнительное исследование эффективности работы многозонного выпрямителя с различными способами управления по результатам расчта на математической модели.
4.5.1 Построение диаграмм электромагнитных процессов работы выпрямителя с организацией поочередной коммутации тока на модели электровоза с 9 эл. град.
4.5.2 Построение диаграмм электромагнитных процессов работы выпрямителя с организацией одновременной коммутации тока на модели электровоза с уменьшенными углами 3 эл. град
4.5.3 Построение диаграмм электромагнитных процессов работы выпрямителя с организацией одновременной коммутации тока с применением разрядного диодного плеча на модели электровоза
сао Зэл. град.
5 РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТЫРХЗОННЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ ОДНОФАЗНОПОСТОЯННОГО ТОКА С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
5.1 Разработка устройств управления в БУВИП3 и 0 электровозов ВЛ и ВЛ для реализации новых способов управления
5.1.1 Разработка схемотехнических решений кассеты БРУЗ9 для реализации уменьшенных начальных углов открытия а0 тиристоров выпрямителя
5.1.2 Разработка схемотехнических решений кассет БПН1 и БРУ2 БУВИП для реализации одновременной коммутации вентилей выпрямителя с применением разрядного диодного плеча, включнного параллельно цепи выпрямленного тока
5.2 Результаты испытаний электровоза ВЛ в режиме тяги с новыми способами управления выпрямителем
5.3 Проверка адекватности электромагнитных процессов в модели и электровозе при различных способах управления.
5.4 Техникоэкономическая оценка эффективности разработанных устройств управления, повышающих коэффициент мощности электровозов
Общие выводы по результатам работы.
Библиографический список.
Приложения
ВВЕДЕНИЕ


Далее происходит перезаряд конденсатора и, когда напряжение на нем превысит значение напряжения вторичной обмотки трансформатора момент на рис. V5, ток в обмотках трансформатора и тяговой сети падает. Коммутация завершается в момент 2 рис. С зарядится до напряжения с полярностью, соответствующей принудительной коммутации в следующем полупериоде. При таком регулировании на заднем фронте устраняется протекание тока против напряжения сети в начале каждого полупериода, сопровождающееся перетоком энергии от электровоза в тяговую сеть. Это обеспечивает повышение коэффициента мощности. Однако глубокое регулирование напряжения в этом случае сопровождается ростом напряжения x, что требует увеличения числа последовательно включенных вентилей в плечах. Кроме того, происходит интенсивное приращение тока в начале принудительной коммутации. При этом возникают интенсивные колебательные процессы, которые распространяются на все время принудительной коммутации и могут выходить за ее пределы. Таким образом, секторное регулирование выпрямленного напряжения имеет существенные недостатки, которые не позволяют рекомендовать его для применения на современных отечественных электровозах однофазнопостоянного тока. За рубежом Франция, Япония на ЭПС переменного тока с тиристорными преобразователями применяют компенсирующие устройства в виде контуров, присоединенных к вторичным обмоткам трансформатора 1. На рис. Первоначально устанавливали по три цепи с собственными частотами 3,5 и 7й гармоник. В дальнейшем было установлено, что цепи компенсируют и реактивную составляющую основной гармоники тока. Коэффициент мощности ЭПС повышается при этом не только вследствие улучшения формы кривой тока, но и изза сокращения отставания по фазе первой гармоники тока. В результате в компенсирующем устройстве достаточно иметь одну цепь, собственная частота которой 0 Гц. В процессе выпрямления переменный ток равен сумме тока I и тока i контура рис. При этом с ростом напряжения сети i i ток i и i нарастают. По мере заряда конденсатора С рост токов i и i замедляется, а затем они начинают уменьшаться, причем ток i в середине полупериода изменяет направление. В результате ток, потребляемый электровозом из сети, вместо обычной формы для полной зоны регулирования выпрямленного напряжения и пульсирующего выпрямленного тока кривая 1, рис. Рис. Рис. В результате достигается большее потребление мощности из сети в области наибольшего значения напряжения в полупериоде, что соответствует повышенным значениям коэффициента мощности. В режиме тяги при а О эл. Расчеты показывают, что только при переходе с четырехзонного на двухзонное регулирование и применение тиристоров более высоких параметров типовая мощность, габаритные размеры и масса КУ будут приемлемы для установки на электровозе. Применение КУ в четырехзонном выпрямителе не представляется возможным по причине значительного увеличения массогабаритных показателей КУ. Таким образом, применение компенсирующих контуров в многозонном более 2х зон выпрямителе вызывает значительное увеличение массогабаритных показателей, что неприемлемо для реализации на электровозах. В одном из вариантов системы РИФ регулирование импульснофазовое два тяговых двигателя или две группы соединенных параллельно двигателей питаются от раздельных тиристорных мостов А и В рис. Рис. Принципиальной особенностью тиристорного выпрямителя этой системы РИФ является колебательный процесс коммутации тока во время включения передний фронт кривой тока в полупериоде рис. Таким образом, осуществляется принудительная коммутация тока в пределах каждого полупериода с плавным процессом нарастания i в начале и плавным процессом его затухания в конце коммутации, соответствующей как переднему, так и заднему фронту. Это обеспечивает безударность начала и завершения коммутации и отсутствие высокочастотных свободных колебаний. При сосредоточении в середине межподстанционной зоны электровозы с обычным не импульснофазовым регулированием будут работать с коэффициентом мощности Км 0,7 и потерей напряжения в контактной сети до , т.