ПЗ (1221701), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

α _о(2) = α _о / 2 = 4,5 эл.град. (6)

С учетом предложений по модификации ВИП величина минимального угла управления может быть уменьшена в т раз и составить:

= α₀₍₂₎ /т = 4,5/2 = 2,25 эл.град. (7)

Еще больший эффект достигается на третьей и четвертой зонах регулирования, на которых включение тиристоров в мо­мент подачи импульсов α₀ происходит при еще больших анод­ных напряжениях.

В ДВГУПС имеется опыт работы электровоза с уменьшен­ными значениями угла регулирования α₀ на высших зонах ре­гулирования [4]. В 1996 году во время опытных поездок с элек­тровозом ВЛ65 032 на Забайкальской ж.д. включение тиристо­ров ВИП осуществлялось со значениями угла α₀ = 4,48 эл.град. на 2 и 3 зонах и с 3,36 эл.град. – на 4 зоне регулирования. При этом в диапазоне сетевого напряжения 23 – 27,5 кВ не отмеча­лось сбоев в работе системы управления во всех режимах рабо­ты электровоза. Таким образом, отказавшись от работы ВИП с фиксированными значениями углов управления α₀ и уменьшив величину углов на высших зонах регулирования, можно значи­тельно улучшить энергетические показатели работы электровоза в тяговом режиме.

По результатам проведенного анализа работы модернизиро­ванного ВИП можно констатировать, что изменение схемы включения вентилей позволяет:

- увеличить энергетические показатели электровоза за счет увеличения коэффициента мощности;

- повысить среднее значение выпрямленного напряжения путем уменьшения в кривой напряжения участков с отрицатель­ным напряжением;

- упростить конструкцию ВИП, а также конструкцию и мощность системы формирования импульсов управления ВИП.

2.4 Применение компенсатора реактивной мощности на электровозе переменного тока для повышения энергетических показателей

Применение тиристорных выпрямителей на электровозах переменного тока повлекло за собой ухудшение одного из ос­новных энергетических показателей электровоза - коэффициен­та мощности. Так, у электровозов типа ВЛ80С коэффициент мощности в продолжительном режиме составляет 0,866, а у электровозов серий ВЛ85, 2ЭС5К–0,84.

Причиной низкого коэффициента мощности является при­меняемый на электровозах зонно-фазовый способ регулирова­ния напряжения тяговых двигателей, который приводит к сдви­гу кривой тока сети относительно напряжения пропорционально косинусу угла регулирования. Имеющий место сдвиг зависит в основном от реактанса тяговой сети и электровоза, и, в первую очередь, тягового трансформатора электровоза [11].

Одним из известных способов компенсации реактивной мощности является применение емкостных компенсаторов.

В качестве емкостных компенсаторов реактивной мощно­сти (КРМ) на электровозах применяются LC–контуры, подклю­чаемые ко вторичным обмоткам трансформатора параллельно силовым преобразователям и настроенные на резонансную час­тоту =135 Гц, близкую к частоте третьей гармоники [9].

Согласно техническим условиям на электровозы 2ЭС5К, ЗЭС5К коэффициент мощности с применением КРМ в продол­жительном режиме в конце четвертой зоны регулирования на­пряжения должен быть не менее 0,9.

Коэффициент мощности электровоза с применением КРМ определяется как отношение потребляемой активной мощности электровоза к полной :

(1)

где Р – активная мощность, потребляемая электровозом, кВт;

S – полная мощность, потребляемая электровозом, кВА;

Q – реактивная мощность электровоза без КРМ, кВАр;

Q – реактивная мощность КРМ ,кВАр.

Реактивная мощность КРМ пропорциональна суммарной емкости КРМ и напряжению обмотки тягового трансформатора, параллельно которой подключается КРМ, и рассчитывается по формуле :

(2)

где f – частота сети, 50 Гц;

С – суммарная емкость КРМ;

Uc – напряжение на конденсаторах.

Проведенные расчеты показали, что для обеспечения коэф­фициента мощности электровоза не менее 0,9 реактивная мощ­ность компенсирующего устройства должна быть не менее 285 кВАр.

Для комплектации КРМ были выбраны косинусные конден­саторы типа КЭК2-1,05-150-2У1 с номинальным напряжением 1050 В и номинальной емкостью 433 мкФ. При подключении КРМ к соответствующим выводам вторичной обмотки транс­форматора напряжение на конденсаторах определяется соотно­шением :

(3)

где – напряжение выводов вторичной обмотки трансформатора.

При наибольшем допустимом напряжении в контактной се­ти 29 кВ напряжение на конденсаторах КРМ при подключении к выводам тягового трансформатора напряжением 945 В и 1260 В равно 1270 В и 1690 В соответственно.

Так как конденсаторы допускают длительную работу при повышении действующего значения напряжения до 1,1 номи­нального (до 1155 В), то было выбрано подключение конденса­торов КРМ по два последовательно к вторичным обмоткам тя­гового трансформатора напряжением 1260 или 945 В.

Индуктивность дросселя компенсатора реактивной мощно­сти (КРМ) определяется из условия резонанса :

L= (2)

f_p - резонансная частота LC-контура.

В таблице 2.5 приведены основные расчетные параметры вариантов КРМ

Таблица 2.5 – Расчетные параметры вариантов КРМ

Для выбора оптимальных параметров КРМ при испытаниях были предложены два варианта КРМ: с суммарной емкостью 650 мкФ, с индуктивностью дросселя 2,14 мГн, и с суммарной емкостью 433 мкФ, с индуктивностью дросселя 3,21 мГн. Кон­структивно варианты отличаются количеством параллельных цепочек конденсаторов (одна цепочка включает в себя два по­следовательно-включенных конденсаторов) и величиной, вклю­чаемой индуктивности дросселя КРМ. Дроссель выполнен с полной величиной индуктивности 3,21 мГн и на дросселе сде­лана отпайка с индуктивностью 2,14 мГн.

По первому варианту КРМ включает в себя три цепочки конденсаторов, по второму - две цепочки. Согласно расчетам, первый вариант в зависимости от выбора подключения обеспе­чивает повышение коэффициента мощности электровоза ЗЭС5К в продолжительном режиме в конце четвертой зоны до 0,92, второй вариант - до 0,901 [12].

КРМ одной секции электровоза 2ЭС5К по первому вариан­ту (рисунок 2.6) состоит из: 12 конденсаторов С31...С42, двух дрос­селей L7 и L8, двух тиристорных ключей U6 и U7, блока управ­ления А16. Кроме того, в схему электровоза включен счетчик электроэнергии РJ1, имеющий канал измерения реактивной мощности.

Включение и выключение ступеней КРМ осуществляется путем подачи или снятия импульсов управления на тиристорные ключи U6, U7 [11].

В состав каждого тиристорного ключа входят силовой полупроводниковый блок с демпфирующими и шунтирующими цепями, датчики тока и напряжения, система формирования им­пульсов управления тиристорами, блок управления тиристор­ным ключом. Контакторы КМ31, КМ32 обеспечивают подклю­чение КРМ к обмоткам тягового трансформатора при закрытых тиристорных ключах.

Безударное включение тиристорного ключа обеспечивается блоком управления КРМ путем подачи импульсов управления на тиристоры тиристорного ключа в момент перехода напряже­ния через «ноль» на тиристорах тиристорного ключа (по сигна­лу с датчика напряжения). Программным обеспечением блока управления КРМ преду­смотрено два способа регулирования коэффициента мощности: первый способ - по номеру зоны регулирования напряжения тя­говых двигателей и току якоря, второй способ - по номеру зоны регулирования и потребляемой реактивной мощности электро­воза. Имеющийся канал информации счетчика РJ1 о текущем значении коэффициента мощности и его знаке служит резерв­ным для введения дополнительной корректировки регулирова­ния КРМ.

1

На опытном электровозе реализован первый способ регули­рования коэффициента мощности, обеспечивающий алгоритм управления ступенями КРМ по зонам регулирования и току якоря. В блок управления КРМ всех секций введено программное обеспечение, осуществляющее включение ступеней КРМ по следующему алгоритму: на первой зоне регулирования напря­жения включается КРМ на первой тележке (КРМ1), на второй зоне отключается КРМ1 и включается КРМ на второй тележке (КРМ2), на третьей и четвертой зоне включены КРМ1 и КРМ2. Включение КРМ осуществляется при токе якоря более 200 А, отключение - при токе якоря менее 150 А.

В дальнейшем, в случае внедрения системы КРМ в серий­ном производстве, предполагается использовать канал управле­ния КРМ по коэффициенту мощности с канала счетчика реак­тивной мощности. Это позволит исключить провалы коэффици­ента мощности в начале зон регулирования напряжения и соот­ветственно повысить его среднеэксплуатационное значение.

По результатам испытаний рекомендовано применение на электровозе ЗЭС5К-047 вариант КРМ с суммарной емкостью 433 мкФ. Оба КРМ1 и КРМ2 подключены к полуобмоткам тяго­вого трансформатора напряжением 1260 В. Применение КРМ на электровозе ЗЭС5К-047 согласно протоколам испытаний обес­печивает повышение коэффициента мощности электровоза 2ЭС5К в продолжительном режиме в конце четвертой зоны до 0,903.

2.5 Применение гибридного компенсатора реактивной мощности для повышения коэффициента мощности электровоза переменного тока 2ЭС5К

В качестве преобразователей для питания тяговых двигате­лей на этих электровозах используются выпрямительно-­инверторные преобразователи (ВИП) с зонно-фазным регулиро­ванием. При таком способе регулирования коэффициент мощ­ности в номинальном режиме при тяге равен 0,85, а при рекупе­ративном торможении - 0,68. Форма тока в контактной сети при этом существенно искажается.

Для снижения энергозатрат планируется выполнить большой комплекс технических и организационных мероприя­тий. Среди них важное место занимают работы по повыше­нию коэффициента мощности тяговых энергосистем переменно­го тока 25 кВ 50 Гц.

В качестве одной из мер, позволяющих увеличить коэффи­циент мощности и уменьшить искажения тока контактной сети, является применение компенсаторов реактивной мощности (КРМ) на базе реактивных элементов, устанавливаемых на ло­комотиве. При проектировании КРМ актуальным является во­прос о выборе рациональных параметров и схемы подключения компенсаторов. Ниже рассмотрено влияние параметров КРМ на энергетические показатели тягового электропривода электрово­за 2ЭС5К в различных режимах работы [5].

Для улучшения энергетических свойства электровозов с выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП) с зон­но-фазным регулированием типа ВЛ80Р, ВЛ85 известен опыт установки пассивных компенсаторов реактивной мощности (КРМ) (Рисунок 2.7) на электровозы серии ВЛ80СК, ВЛ80ТК. В процессе работы часть электроэнергии (в зависимости от зоны регулиро­вания) возвращается обратно в сеть (реактивная составляющая). При установке КРМ, часть реактивной составляющей тока га­сится внутри контура на емкости. В результате уменьшается сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока потреб­ляемого электровозом, снижается уровень высших гармоник, что способствует увеличению коэффициента мощности.

Пассивный компенсатор представляет собой последова­тельно соединенные элементы индуктивности и емкости, так называемый LC - контур или электрический фильтр. Пас­сивный КРМ подключается к вторичной обмотке тягового трансформатора электровоза [5].

Рисунок 2.7 – Схема подключения пассивного компенсатора реактивной мощности

Характеристики

Список файлов ВКР