ПЗ (1228604), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Электровоз представляет собой локомотив, приводимый в движение с помощью тяговых двигателей, которые питаются (получают электрическую энергию) через токосъёмник от контактной сети. В свою очередь, контактная сеть получает электрическую энергию от тяговой подстанции. В зависимости от рода используемого тока различают электровозы переменного (25000 В) и электровозы постоянного тока (3000 В). Краткое сравнение систем постоянного и переменного тока, представлены в таблице 1.1.

С каждым годом электрическая тяга всё больше выходит на передней план, по сравнению с тепловозной. Если сравнить электрический транспорт железных дорог с другими видами транспорта, то для выполнения одной и той же перевозочной работы затрачивает меньшее количество энергии. Для наглядности примем расход энергии электрических железных дорог за единицу, тогда остальные виды транспорта находятся в следующем соотношении [9]:

• железнодорожный электрифицированный – 1,00;

• морской – 1,02;

• не электрифицированный – 1,40;

• речной – 2,90;

• автомобильный – 14,00.

Опыт эксплуатирования показал, что сообщение на электрической тяге работает более стабильно и надёжно, чем на тепловозной тяге.

Таблица 1.1 – Преимущества и недостатки постоянного и переменного тока

Как видно из таблицы применение определенного вида тяги полностью зависит от специфики и условий эксплуатации.

1.2 Создание и анализ модели электровоза в программе Multisim

Математическое моделирование – средство изучения объекта, процесса или системы путём их замены математической моделью для более удобного экспериментального исследования с помощью ЭВМ. Математическая модель является приближённым представлением реальных объектов, процессов или систем, выраженных с помощью логико-математических конструкций, описывающих их основные свойства, параметры, внутренние и внешние связи.

Моделирование электромагнитных процессов, протекающих в системе «контактная сеть – электровоз», выполняется с помощью пакета компьютерных программ Multisim и LabView компании National Instruments, предназначенных для математического моделирования переходных процессов в электрических цепях [12].

NI Multisim – это среда моделирования, которую возможно использовать в области проектирования, прототипирования и тестирования, электрических цепей. Программа обладает обширной базой функциональных возможностей, и, большой элементной базой, с возможностью, ручной, детальной надстройки элементов.

В данной работе в качестве модели (объекта исследования) используется электровоз переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения.

Зонно-фазовое регулирования напряжения – способ комбинированного регулирования напряжения на обмотках тяговых трансформаторов электроподвижного состава перемененного тока. При таком регулировании одновременно с фазным регулирование (изменение угла открытия тиристоров выпрямителя) применяют переключение секций вторичных обмоток трансформаторов.

На рисунке 1.1 представлена упрощенная схема электровоза, разработанная в программной среде Multisim.

Рисунок 1.1 – Схема упрощенной модели электровоза переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения

Заземленный источник питания (переменного напряжения 25000 В) U1, имитирует контактную сеть. Вычислим амплитудное значение напряжения на источнике.

Амплитудное значение напряжения (U_m) – это максимальное, мгновенное значение напряжения, то есть амплитуда синусоиды. Оно равняется

, (1.1)

где U – действующее значение напряжения, 25000 В.

Отсюда амплитудное значение напряжения равно

В.

Для получения графика амплитудного значения напряжения и величины тока воспользуемся элементом Oscilloscope-XSC1 и элементом V1 (VOLTAGE_C-ONTROLLED_VOLTAGE_SOURCE).

На рисунке 1.2 показан график напряжения и тока.

Рисунок 1.2 – График напряжения и тока

Как видно из рисунка, величина тока равна I = 18 А, а амплитудное значение напряжение совпадает с расчётным.

Напряжения от источника поступает на первичную обмотку тягового трансформатора Тр, число витков первичной обмотки равно 80, а на вторичной обмотке (в данном случае их две) по 1 витку. Произведя несложный расчёт получаем, что один виток вторичной обмотки трансформатора будет иметь напряжение, равное

, (1.2)

где U – напряжение контактной сети, 25000 В;

n – количество витков первичной обмотки тягового трансформатора.

Подставим в формулу (1.2) численные значения и получим

В.

Таким образом, на выходе трансформатора получаем напряжение 315 В для одной зоны регулирования, соответственно при одновременной работе двух зон, суммарное напряжение будет равно 630 В.

Суммарное значение напряжение при одновременной работе двух зон, отслеживает мультиметр (multimeter XMM1), его значение показаны на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Показание мультиметра (multimeter XMM1)

Так как напряжение, которое поступает от контактной сети переменное, а тяговые двигатели работают от постоянного тока (напряжения), то необходимо выполнить преобразования по выпрямлению тока, данную функцию выполняет выпрямительно-инверторный преобразователь. Из названия ВИП понятно, что он выполняет две функции: в режиме тяги выпрямляет переменный ток в постоянный, с плавным регулированием напряжением на ТЭД, а инвертирует, преобразуя постоянный ток двигателей в переменный ток, в режиме рекуперации.

Для выпрямительно-инверторного преобразователя применяется схема однофазная мостовая многоплечевая, ВИП состоит из силового шкафа, а также различных блоков: защиты и сигнализации, системы формирования импульсов управления, питания, индуктивных делителей тока, устройств охлаждения, диагностирования и помехозащиты. В шкафу преобразователя находятся от 8 до 10 плеч, каждое из которых включает параллельные ветви последовательно включенных вентилей (тиристоров), которые образуют матрицу плеса. Обычно ВИП питает от 2 до 3 ТЭД, его мощность составляет 2–4 тыс. кВт, выходное выпрямленное напряжение до 1300 В; при аварийном режиме ВИП кратковременно может выдержать силу тока, многократно превышающую силу номинального тока. При повреждении или выходе из строя одного из тиристоров в любом плече или повреждениях резисторов, ВИП сохраняет полную работоспособность.

В данной работе, для осуществления поставленной цели, а именно, получения приемлемых результатов работы электровоза, в том числе коэффициента мощности, достаточно реализовать одну зону регулирования, выбираем II зону. Как видно из рисунка 1.3 на II зоне регулирования задействованы шесть тиристоров, таким образом достаточно 3 параллельных ветви.

На рисунке 1.4 представлен алгоритм работы тиристорных плеч в режиме тяги для выпрямительно-инверторного преобразователя.

Рисунок 1.4 – Алгоритм работы тиристорных плеч в режиме тяги: - регулируемый по фазе импульс; – нерегулируемый по фазе импульс; – задержанный по фазе импульс

Для работы в выпрямительном режиме используют три типа управляющих импульсов [2]:

• – регулируемый по фазе от до ;

• – подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров;

• – нерегулируемые задержанные по фазе, используемые в режиме тяги.

Для синхронной работы тиристоров каждого плеча на управляющие электроды, при помощи шести источников импульсов PV1-PV6 (PULSE_VOLTAGE), подаются синхронные импульсы управления.

Характеристики

Список файлов ВКР