Диплом_0 (1230763), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Рисунок 1.5 – Структурные схемы, поясняющие появление нескомпенсированных высших гармонических составляющих тока i при работе пассивного компенсатора:

а – работа электровоза на 3-ей зоне; б – работа электровоза на 4-ой зоне

1.2 Переключаемый пассивный компенсатор реактивной мощности электроподвижного состава

Компенсация реактивной мощности при работе переключаемого компенсатора осуществляется за счёт подключения двух LC-фильтров к различным секциям вторичной обмотки тягового трансформатора, алгоритм подключения определяется в зависимости от зоны регулирования.

Компенсатор представляет собой две LC-цепи LC-1, LC-2 с фиксированными параметрами индуктивности L₁, L₂ и ёмкости C₁, C₂ (рисунок 1.6), выбранными из расчёта работы электровоза в номинальном режиме. Тяговый трансформатор напряжения ТТ выполнен многообмоточным и имеет три вторичные обмотки. Нагрузка, включающая в себя выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП и тяговый электродвигатель ТЭД, подключена параллельно трансформатору ТТ и коммутатору К. Сигнал от системы управления СУ поступает на вход коммутатора К выход которого связан с двумя LC-цепями. За счёт подключения источников реактивной мощности LC-1, LC-2 к различным секциям вторичной обмотки тягового трансформатора выполняется трёхступенчатое изменение реактивной мощности компенсатора.

Рисунок 1.6 – Структурная схема подключения переключаемого компенсатора реактивной мощности: ТТ – тяговый трансформатор; ВИП – выпрямительно-инверторный

преобразователь; ТЭД – тяговый электродвигатель; М – мотор; ОВ – обмотка

возбуждения; ДТ – датчик тока; ДН – датчик напряжения; БУ – блок управления;

БСИ – блок синхронизирующих импульсов; К – коммутатор

Посредством датчиков тока ДТ и напряжения ДН, а также блоков управления БУ и синхронизирующих импульсов БСИ, входящих в систему управления компенсатором СУ, определяется фазовый угол сдвига φ между потребляемым током i и питающим напряжением сети u. В зависимости от величины фазового угла φ коммутатор К переключает цепи LC-1 и LC-2 источников реактивной мощности к различным секциям вторичной обмотки тягового трансформатора напряжения ТТ. Протекание ёмкостного тока в цепи LC-компенсатора компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки, что и приводит к увеличению cosφ во всех режимах работы электровоза.

Также через LC-цепи LC-1 и LC-2 источников реактивной мощности, настроенных на частоту третьей гармоники, выполняется шунтирование высших гармонических составляющих тока нагрузки. Ветвь LC-компенсатора для высших гармоник имеет близкое к нулю сопротивление, вследствие этого они минуют вторичную и, соответственно, первичную обмотку тягового трансформатора ТТ. На основании этого высшие гармоники в форме потребляемого тока электровоза отсутствуют, тем самым увеличивается значение коэффициента искажения синусоидальности тока ν и следовательно значение коэффициента мощности к_м электровоза повышается.

При изменении реактивной мощности нагрузки и сохранении номинального значения мощности компенсатора, происходит недокомпенсация или перекомпенсация реактивной мощности электровоза, что вызывает изменение фазового угла сдвига φ и как следствие уменьшение коэффициента мощности к_м.

При выходе величины фазового сдвига φ за пороговые значения, на выходе системы управления СУ формируется сигнал, поступающий в коммутатор К, который определяет переключение цепей LC-1 и LC-2 источников реактивной мощности к обмоткам тягового трансформатора с большим или меньшим напряжением. В этом случае увеличивается или уменьшается мощность и как следствие ток LC-1 и LC-2 источников реактивной мощности. Что приводит к увеличению или уменьшению ёмкостной составляющей потребляемого тока электровоза и обеспечивает синфазность питающего напряжения u и потребляемого электровозом тока i, что приводит к повышению коэффициента мощности к_м.

Таким образом при использовании переключаемого компенсатора реактивной мощности, энергетическая эффективность электровоза увеличиваются как за счёт улучшения синусоидальности входного тока, так и за счёт уменьшения угла разности фаз φ между питающим напряжением u и потребляемым электровозом тока i. Компенсация реактивной мощности осуществляется ступенчато, в зависимости от реактивной мощности нагрузки с помощью коммутатора К выполняется переключение LC-цепей, вследствие чего изменяется реактивная мощность компенсатора, носящая ёмкостной характер. Более полная компенсация реактивной мощности электровоза достигается только в пределах каждой ступени изменения реактивной мощности компенсатора.

Основным недостатком переключаемого компенсатора реактивной мощности является невозможность компенсации реактивной мощности электровоза во всём диапазоне токовых нагрузок. Это связано с тем, что при имеющихся трёх ступенях реактивной мощности компенсатора и при изменяющейся реактивной мощности электровоза полная компенсация возможна только в том случае, если потребляемая электровозом реактивная мощность будет равна мощности соответствующих ступеней компенсатора. Таким образом, применение пассивного переключаемого КРМ значительно улучшает коэффициент мощности к_м электровоза в пределах каждой ступени компенсатора, но не решает задачи наиболее полной компенсации реактивной мощности во всех режимах его работы.

Лучшей степени компенсации реактивной мощности можно достичь с помощью активного фильтра. Однако при высоком качестве фильтрации его мощность должна быть соизмерима с мощностью нагрузки, что существенно увеличивает его вес и стоимость. Поэтому представляется целесообразным применение гибридного компенсатора (ГК), в котором пассивная LC-цепь, подключенная к одной или различным секциям вторичных обмоток трансформатора, дополнена активным фильтром. В первом варианте такого ГК было предложено выполнить активный фильтр в виде четырехквадрантного преобразователя. При такой конфигурации компенсатора LC-цепь увеличивает cosφ и частично компенсирует одну из высших гармоник входного тока, полная же компенсация высших гармоник тока осуществляется с помощью активного фильтра. В этом случае за счет комбинации пассивной и активной частей стоимость всей установки значительно снижается по сравнению с вариантом использования только активного фильтра. Расчеты показывают, что применение гибридного фильтра позволит увеличить коэффициент мощности электровоза до 0,996 в режиме тяги и до 0,985 в рекуперативном режиме.

В отличных от номинального режима работы электровоза происходит перераспределение компенсируемой мощности между пассивной и активной частями ГК. При увеличении, например, реактивной мощности нагрузки и фиксированном значении мощности LC-компенсатора увеличивается потребление электровозом нескомпенсированной реактивной мощности. Компенсация этой части реактивной мощности приходится на активный фильтр, что ведёт к увеличению его мощности, размеров и стоимости.

Устранить описанные недостатки ГК и повысить эффективность его работы представляется возможным за счет изменения конструкции его пассивной части, которое позволит регулировать мощность LC-цепи одновременно с изменением реактивной мощности электровоза. В этом случае назначение активного фильтра ГК сводится к компенсации небольшой по величине реактивной мощности, связанной с искажением формы потребляемого тока. В этой связи дальнейшие рассуждения относятся только к пассивной LC-цепи гибридного компенсатора.

2 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНФИГУРАЦИИ РЕГУЛИРУЕМОГО ПАССИВНОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕГО РАБОТЫ НА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

В дипломном проекте предложено устройство для компенсации реактивной мощности, которое позволяет повысить коэффициент мощности к_м во всём диапазоне токовых нагрузок за счёт обеспечения равенства мощности компенсатора и реактивной мощности нагрузки Q_Н=Q_КРМ путём плавного изменения реактивной мощности компенсатора Q_КРМ.

Рассмотрим принцип работы предлагаемого устройства на примере электровоза ЭП1, оборудованного компенсатором (рисунок 2.1).

Компенсация реактивной мощности осуществляется с помощью последовательно соединённых LC-фильтра и вольтодобавочного трансформатора ВДТ, подключённых к вторичной обмотке тягового трансформатора Тр. На первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора поступает напряжение с выхода АИН u_ВДТ–1. На вторичной обмотке этого трансформатора формируется напряжение u_ВДТ–2, пропорциональное u_ВДТ–1 и коэффициенту его трансформации. Алгоритм переключения IGBT-транзисторов V1-V4, составляющих силовую часть автономного инвертора напряжения, выполняется при помощи устройства формирования импульсов управления (УФИУ) АИН. На вход УФИУ поступает сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки Q_Н, который вычисляется при помощи блока управления инвертором БУИ, датчиков тока ДТ, напряжения ДН и блока синхронизирующих импульсов БСИ. Устройство формирования импульсов управления позволяет обеспечить плавное изменение выходного напряжения АИН u_ВДТ–1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема предлагаемого устройства компенсации реактивной мощности: Тр – трансформатор напряжения, ТЭД – тяговый электродвигатель, БСИ – блок синхронизирующих импульсов, ДТ – датчик тока, ДН – датчик напряжения,

В – выпрямитель, БУИ – блок управления инвертором, УФИУ АИН – устройство формирования импульсов управления автономным инвертором напряжения,

ВДТ – вольтодобавочный трансформатор

К LC-цепи компенсатора прикладывается суммарное напряжение вторичных обмоток u₂ трансформатора Тр и вольтодобавочного трансформатора u_ВДТ–2 ВДТ, которое определяет величину напряжения U_C на конденсаторе компенсатора. Величина напряжения на обкладках конденсатора, в свою очередь, определяет реактивную мощность компенсатора Q_КРМ. Ёмкостной ток источника реактивной мощности С компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки в цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения Тр. Для обеспечения максимального коэффициента мощности необходимо достижение равенства мощности компенсатора Q_КРМ и реактивной мощности нагрузки Q_Н.

Изменение реактивной мощности компенсатора Q_КРМ при фиксированной ёмкости конденсатора С осуществляется за счёт увеличения или уменьшения величины напряжения U_C на его обкладках в соответствии с выражением [2]:

_{, (2.1)}

_{где С – ёмкость конденсатора источника реактивной мощности;}

U_C – напряжение на обкладках конденсатора источника реактивной мощности.

Характеристики

Список файлов ВКР