Диплом_0 (1230763)

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

Текст из файла

1 АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОМПЕНСАТОРОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

На сети железных дорог Российской Федерации эксплуатируются электровозы переменного тока с вентильными преобразователями, имеющими низкий коэффициент мощности, который в зависимости от нагрузки и удаления электровоза от тяговой подстанции находится в пределах 0,65…0,85. На Красноярской железной дороге по обобщённым годовым данным средний коэффициент мощности (к_м) указанных электровозов составляет 0,795. По данным этой же дороги, а также в соответствии с результатами обширных экспериментов, электровозы переменного тока типа ВЛ80Р с рекуперативным торможением имеют ещё более низкий коэффициент мощности: в режиме тяги – 0,705; в режиме рекуперации – 0,5175 [1].

Низкое значение к_м обусловлено отставанием по фазе потребляемого тока относительно питающего напряжения, а также искажением формы этого тока. Из-за этого из контактной сети потребляется непроизводительная реактивная мощность, ухудшающая энергетические показатели электровоза.

На электроподвижном составе для компенсации реактивной мощности и уменьшения высших гармонических составляющих потребляемого электровозом тока применяют компенсаторы в виде резонансных LC-фильтров. Эти установки не требуют изменения схемы силового преобразователя и подключаются непосредственно к вторичной обмотке тягового трансформатора. Увеличение коэффициента мощности происходит за счёт ёмкостного тока LC-фильтра, который смещает потребляемый электровозом индуктивный ток i в сторону опережения сетевого напряжения u. Резонансная LC-цепь настроена на частоту одной из высших гармонических составляющих потребляемого тока i. Во время резонанса напряжений в LC-цепи реактивные сопротивления элементов фильтра равны между собой:

, (1.1)

где ω_В – круговая частота соответствующей высшей гармоники.

Для частоты фильтр имеет минимальное сопротивление, поэтому через LC – цепь протекает максимальный ток, ограниченный только активным сопротивлением r_L индуктивности фильтра L. При отклонении частоты ω от резонансной (ω_р =ω_В) происходит увеличение общего сопротивления LC – цепи, поскольку нарушается отношение (1.1). При этом для частот ω<ω_р(1/ωС >ωL) цепь фильтра имеет активно-ёмкостное сопротивление, а для ω>ω_р(1/ωС<ωL) – активно-индуктивное. Для основной частоты питающего напряжения u (50 Гц) сопротивление LC – фильтра носит активно-ёмкостной характер. Шунтирующее действие фильтра во многом определяет активное сопротивление r_L. Это сопротивление влияет не только на величину тока на резонансной частоте ω_р, но и на частную характеристику фильтра. Влияние сопротивления r_L на демпфирующие свойства фильтра оценивают добротностью резонансного контура Q_f и находят из соотношения [2]:

. (1.2)

На рисунке 1.1 приведена зависимость тока LC – фильтра от частоты ω при различной величине его добротности.

Рисунок 1.1 – Кривые тока пассивного LC-фильтра

Из анализа рисунка 1.1 следует, что действие фильтра носит избирательный характер. На близких к ω_р частотах величина тока I_ф принимает наибольшие значения, на других частотах величина I_ф фильтра уменьшается. С увеличением добротности происходит уменьшение тока гармоник, не совпадающих с частотой ω_р. Физически добротность можно определить как соотношение полосы пропускания Δω по уровню 0,707I_ф к резонансной частоте ω_р (рисунок 1.1) [2]. Из рисунка 1.1 видно, что при увеличении Q_f происходит увеличение тока I_ф, протекающего на резонансной частоте, а также снижение I_ф на других частотах. В тоже время увеличение Q_f нежелательно, поскольку расстройка фильтра или изменение частоты питающего напряжения u может привести к ослаблению его демпфирующих свойств, вызывающих снижение протекающего через него тока резонансной частоты ω_р. На основании этого для фильтров, работающих в цепях большой мощности, рекомендуется принимать значения Q_f =5÷10 [2].

Рассмотрим устройства, пассивного и переключаемого компенсаторов реактивной мощности, предназначенных для повышения коэффициента мощности к_м посредством компенсации реактивной мощности и уменьшения высших гармонических составляющих потребляемого тока электровоза.

1.1 Пассивный компенсатор реактивной мощности электроподвижного состава

Компенсация реактивной мощности при работе пассивного компенсатора осуществляется за счёт индуктивно-ёмкостной LC-цепи, подключённой к I и III секциям (945 В) вторичной обмотки тягового трансформатора электровоза. Параметры LC-цепи выбираются из условия работы локомотива в номинальном режиме.

LC-компенсатор подключён параллельно нагрузке и вторичной обмотке тягового трансформатора напряжения ТT через ключевой элемент КЭ, выполненный в виде двух встречно-параллельно соединённых тиристоров V_k1 и V_k2 (рисунок 1.2). При этом нагрузкой является выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП электровоза с подключённым к нему тяговым двигателем ТЭД. Управляющие входы ключевых элементов V_k1 и V_k2 соединены с выходом блока формирователя импульсов управления ФИУ вход, которого подключён к системе управления фильтром (СУФ).

Через ключевой элемент КЭ на протяжении всего времени работы LC-компенсатор подключён к нагрузке. Основное предназначение блоков управления сводится к предотвращению сверхтоков, возникновение которых возможно при подключении LC-компенсатора ко вторичной обмотке тягового трансформатора ТТ и обеспечения быстродействующей защиты. В случае возникновения опасных токов и напряжений защита преобразователя реализуется путём снятия управляющих импульсов с тиристоров V_k1 и V_k2.

Испытания устройства компенсации, установленного на электровозе ВЛ85-023, проводились на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа с имитацией различных вариантов электроснабжения контактной сети при различных удалениях электровоза от тяговой подстанции [3].

Определение эффективности компенсатора реактивной мощности выполнялось путём сравнения коэффициента мощности к_м в зависимости от напряжения на тяговых двигателях u_d (рисунок 1.3) при одинаковом якорном токе двигателей. На рисунке 1.3 кривая 1 соответствует штатной схеме электровоза без компенсатора реактивной мощности. Кривая 2 отражает коэффициент мощности при использовании компенсатора, содержащего шесть параллельно включённых конденсаторов ёмкостью 2200 мкФ и дроссель индуктивностью 0,63 мГн, выбранный исходя из условия обеспечения резонансной частоты 135 Гц. Во время испытаний значение коэффициента мощности к_м определялось только по величине cosφ без учёта коэффициента искажения синусоидальности потребляемого электровозом тока ν.

Рисунок 1.2 Структурная схема подключения нерегулируемого компенсатора реактивной мощности: ТТ – тяговый трансформатор; ВИП – выпрямительно-

инверторный преобразователь; ТЭД – тяговый электродвигатель; М – мотор;

ОВ – обмотка возбуждения; КЭ – ключевой элемент; ДН – датчик напряжения;

КБ – командный блок; БЗ – блок защиты; И – логический элемент «И»;

Т – триггер; БС – блок сравнения; ФИВ – формирователь импульсов включения; ФИУ – формирователь импульсов управления

Как видно из рисунка 1.3, применение компенсатора реактивной мощности на электроподвижном составе достигается существенное увеличение коэффициента мощности к_м электровоза практически во всём диапазоне регулирования. Коэффициент мощности в большей части второй, третьей и четвёртой зонах регулирования находится в пределах 0,97-0,99. Высокие значения свидетельствуют о практически полной компенсации реактивной мощности первичного тока при высоких нагрузках электровоза. Низкое значение коэффициента мощности зафиксировано лишь на первой и начале второй зоны регулирования. Его снижение объясняется возникновением перекомпенсации, т. к. при небольших нагрузках ёмкость компенсатора, является избыточной и первичный ток начинает опережать сетевое напряжение по фазе.

Рисунок 1.3 График изменения коэффициента мощности к_м электровоза ВЛ85-023

в зависимости от напряжения u_d на тяговых двигателях электровоза:

1 – без компенсации реактивной мощности; 2 – с компенсацией реактивной мощности

В ходе дальнейших испытаний было установлено, что наиболее оптимальное значение ёмкости компенсатора составляет 1475 мкФ, а его мощность 520 кВАр, при этом среднее значение коэффициента мощности электровоза находится на уровне 0,92 [3]. Работа электровоза с таким коэффициентом мощности обеспечивает почти двукратное сокращение потребления реактивной энергии на тягу поездов.

В 2010 году проводились испытания новой системы управления ключевыми элементами V_k1 и V_k2 пассивного компенсатора реактивной мощности на участке Хапры-Марцево СКЖД при движении сплоткой: электровоз 3ЭС5К-047, оборудованный КРМ, вагон-лаборатория и дополнительный электровоз ВЛ80Т-2069, работающий в режиме реостатного торможения [4]. Все секции электровоза были оборудованы пассивными компенсаторами подключёнными к I-II-III секциям тягового трансформатора при этом параметры LC-цепи составляли: ёмкость С=433 мкФ и дроссель L=3,25 мГн, выбранные исходя из условия обеспечения резонансной частоты 135 Гц.

С применением новой системы управления ключевыми элементами V_k1, V_k2 пассивного компенсатора реактивной мощности произошло увеличение коэффициента мощности к_м электровоза при токах якоря 800 А в конце 1-4 фиксированных зон до 0,945; 0,955; 0,930; 0,903 (рисунок 1.4), при этом также наблюдалось снижение полной мощности электровоза на четвёртой зоне на 250 кВА, а на третьей – до 350 кВА. [4].

Рисунок 1.4 График изменения коэффициента мощности к_м электровоза 3ЭС5К-047 в зависимости от напряжения u_d на тяговых двигателях электровоза:

1 – без компенсации реактивной мощности; 2 – с компенсацией реактивной мощности

Таким образом, применение компенсаторов реактивной мощности является эффективным средством, позволяющим повысить коэффициент мощности электровоза и, тем самым, снизить потери электроэнергии. Это достигается за счёт сокращения потребления реактивной мощности и снижения амплитуды свободных послекоммутационных колебаний напряжения на токоприёмнике электровоза.

Использование нерегулируемого компенсатора реактивной мощности на электровозе приводит к значительному увеличению коэффициента мощности к_м при определённых (номинальных) токах нагрузки и к перекомпенсации при малых токах нагрузки [5]. Кроме этого, LC-компенсатор не обеспечивает достаточную компенсацию высших гармонических составляющих первичного тока электровоза, генерируемые преобразователем, т. к. подключён к части вторичных обмоток тягового трансформатора электровоза с зонно-фазным регулированием напряжения. На рисунке 1.5 изображены мгновенные схемы замещения преобразователя электровоза, условно показывающие его работу на одном из полупериодов четвёртой зоны регулирования [2]. Принцип зонно-фазного регулирования напряжения состоит в том, что в течение одного полупериода к нагрузке, представленной в виде ВИП с подключённым к нему двигателем ТЭД, поочерёдно подаётся напряжение различных секций вторичной обмотки тягового трансформатора [6]. Интервал работы преобразователя с меньшим напряжением секций тягового трансформатора приведён на рисунке 1.5а, а с большим – рисунке 1.5б. На схеме тиристоры ВИП условно заменены тремя ключами K1-K3, через которые в один из полупериодов напряжения поочерёдно подключается тяговый двигатель к различным секциям обмотки тягового трансформатора с величиной напряжения 945 (см. рисунок 1.5а) и 1260 В (см. рисунок 1.5б).

Когда замкнуты ключи K1 и K2 (см. рисунок 1.5а), генерируемые выпрямительно-инверторным преобразователем высшие гармоники тока i_B, шунтируются цепью LC-компенсатора. Вследствие образования внутреннего контура, токи высших гармоник прекращают протекать через цепи вторичной и, соответственно, первичной обмотки тягового трансформатора. Таким образом, гармонический состав потребляемого электровозом тока улучшается. При включении ключей K1 и K3 тяговый двигатель подключается к полному напряжению обмоток тягового трансформатора 1260 В (см. рисунок 1.5б). LC-компенсатор уже не включён параллельно нагрузке, вследствие чего высшие гармонические составляющие тока i_B замыкаются через цепь вторичной обмотки тягового трансформатора. При этом появляются нескомпенсированные высшие гармонические составляющие тока, что влечёт за собой ухудшение синусоидальности потребляемого тока электровоза [2]. В результате использования нерегулируемого компенсатора реактивной мощности на электроподвижном составе, с присущими ему недостатками, величина коэффициента мощности электровоза составляет 0,82-0,85.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР