Диплом_0 (1230763), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

В замкнутом контуре электрической цепи, включающего в себя I-II-III секции вторичной обмотки трансформатора напряжения Тр, вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора ВДТ, индуктивность L и ёмкость С источника реактивной мощности в соответствии со вторым законом Кирхгофа выполняется соотношение:

_{, (2.2)}

_{где u2 – напряжение I-II-III секций вторичной обмотки тягового трансформатора Тр;}

u_{ВДТ–2 – напряжение вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора ВДТ.}

Изменение Q_КРМ предлагается осуществлять за счёт изменения напряжения на конденсаторе С источника реактивной мощности. При фиксированном значении напряжения u₂ вторичной обмотки трансформатора Тр это можно реализовать путём изменения напряжения на вторичной обмотке u_ВДТ–2 вольтодобавочного трансформатора ВДТ. Напряжение u_ВДТ–2 формируется с помощью автономного инвертора напряжения АИН из постоянного напряжения E_d, поступающего с конденсатора C_E. Заряд С_Е выполняется через выпрямитель В, подключённый ко II-III секции вторичной обмотки тягового трансформатора Тр. Также конденсатор C_E выполняет роль фильтра, обеспечивающего снижение пульсаций выпрямленного напряжения E_d.

Напряжения первичной u_ВДТ-1 и вторичной u_ВДТ-2 обмоток ВДТ связаны между собой соотношением:

, (2.3)

где k_ВДТ – коэффициент трансформации ВДТ.

Амплитудное значение напряжения на первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора вычисляется по формуле

, (2.4)

где μ – глубина модуляции сигналов;

E_d – постоянное напряжение на входе АИН (E_d=600 В).

Таким образом, плавное изменение реактивной мощности КРМ Q_КРМ, возможно за счёт изменения величины напряжения на вторичной обмотке ВДТ u_ВДТ–2, которое рассчитывается по формуле:

. (2.5)

При постоянных значениях E_d и k_ВДТ изменение u_ВДТ–2 осуществляется за счёт глубины модуляции µ.

Автономный инвертор напряжения, используемый в предлагаемом устройстве, предназначен для формирования на своём выходе заданной величины напряжения для компенсации реактивной мощности нагрузки (рисунок 2.2). Он представляет собой схему, ключевыми элементами которой являются полностью управляемые VS1-VS4 и неуправляемые VD1-VD4 вентили, соединённые встречно-параллельно. По своему схемному исполнению и способу подключения через трансформатор ВДТ к цепи LC-фильтра АИН является четырёхквадрантным (4qS) преобразователем. Источник переменного напряжения e_c в электрической цепи (см. рисунок 2.2) эквивалентен напряжению первичной обмотки трансформатора ВДТ. Соединённые последовательно согласующий дроссель L_С и e_c включены между анодами VD1, VD3 и катодами VD2, VD4. Дроссель L_С служит для ограничения скорости нарастания тока нагрузки i_c. Между анодами VD2, VD4 и катодами VD1, VD3 подключён источник постоянного напряжения E_d, а также конденсатор С, выполняющий роль фильтра высших гармоник тока i_и.

Рисунок 2.2 – Схема включения автономного инвертора напряжения

Алгоритм переключения транзисторов VS1-VS4 АИН осуществляется по закону, обеспечивающего широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения по форме модулирующего напряжения U_м1, U_м2 (рисунок 2.3) [2]. Импульсы управления VS1-VS4 генерируются в моменты равенства напряжений u_м1, u_м2 и u_ГПН и соответствуют ниже приведённым логическим функциям:

(2.6)

; ;

; .

Логическая 1 соответствует проводящему состоянию транзистора, а 0 – закрытому.

Во время работы АИН к цепи переменного тока прикладывается напряжение u_н с амплитудой ±E_d. Выходное переменное напряжение u_н вычисляется по формуле

, (2.7)

Также напряжение u_н можно определить как

, (2.8)

где E_d – постоянное напряжение на входе АИН.

Глубина модуляции сигналов определяется как:

, (2.9)

где U_м – амплитуда модулирующего напряжения;

U_ГПН – амплитуда несущего пилообразного напряжения.

Рисунок 2.3 – Диаграммы напряжений, поясняющих работу автономного

инвертора напряжения

2.1 Модель компенсатора реактивной мощности с условным вольтодобавочным трансформатором

Математическое моделирование в дипломной работе, выполнялось в программе OrCAD 10.5, позволяющей проводить схемотехническое проектирование информационной и силовой электронной аппаратуры любой сложности путём решения дифференциальных уравнений, описывающих электрические и магнитные переходные процессы методом Ньютона-Рафсона [7].

Для упрощения математической модели и уяснения электромагнитных процессов, происходящих в предлагаемом компенсаторе, целесообразно в первом приближении вместо ВДТ использовать элемент ИНУН, выполняющий роль условного вольтодобавочного трансформатора УВДТ (рисунок 2.4).

Рассмотрим работу электровоза, оборудованного предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности, при следующих значениях элементов LC-фильтра: C=3,3 мФ, L=421 мкГн. Значение ёмкости конденсатора C выбрано заведомо меньшим для того, чтобы оценить эффективность от использования этого устройства.

Рисунок 2.4 – Схема подключения АИН через УВДТ, выполненная

в программе OrCAD Capture

При такой конфигурации схемы автономный инвертор напряжения работает только в инверторном режиме, поскольку элемент ИНУН обладает односторонней проводимостью. Выпрямитель В выполнен на базе источника постоянного напряжения E_d, заряжающего конденсатор C_E.

Расчётом на основании (2.1 – 2.5) установлено, что для полной компенсации реактивной мощности (уменьшения фазового угла φ до нуля) амплитудное значение первой гармоники напряжения U_УВДТ на выходе УВДТ преобразователя должно составлять 440 В, соответственно, действующее значение равно 315 В. На рисунке 2.5 приведена форма этого напряжения, представляющая собой последовательность импульсов с амплитудой 600 В, смодулированных по синусоидальному закону.

Рисунок 2.5 – Диаграмма напряжения на выходе условного вольтодобавочного

трансформатора: u_УВДТ-2 – выходное напряжение УВДТ; u_{УВДТ-2(1)} – первая гармоника

выходного напряжения УВДТ

Результаты моделирования работы электровоза, оборудованного предлагаемым устройством, приведены на рисунке 2.6, из которого следует, что потребляемый электровозом ток i синфазен с питающим напряжением u (φ=0°), а форма i приближена к синусоидальной, ν =0,9953. Коэффициент мощности приближается к единичному значению, к_м =0,992, за счёт максимального увеличения cosφ=1 и ограничен только коэффициентом искажения синусоидальности потребляемого тока ν. В форме выпрямленного напряжения u_d появились высокочастотные пульсации, связанные с работой АИН. Средняя величина, максимальная амплитуда и форма тока i_н тягового двигателя соответствует току электровоза, оборудованного пассивным компенсатором.

Таким образом, вследствие отсутствия сдвига между потребляемым током i и питающим напряжением u (cosφ=1), а также практически синусоидальной форме сетевого тока i происходит значительное улучшение энергетической эффективности электровоза.

Рисунок 2.6 – Мгновенные диаграммы напряжений и тока электровоза ЭП1 в режиме

тяги при включении предлагаемого устройства с УВДТ: u – питающее напряжение;

i – потребляемый электровозом ток; u_d – выпрямленное напряжение;

i_н – ток тяговых двигателей электровоза; – средний ток тяговых двигателей электровоза

2.2 Работа предлагаемого компенсатора реактивной мощности с каналом слежения за напряжением на конденсаторе

Рассмотрим работу электровоза, оборудованного предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности с вольтодобавочным трансформатором ВДТ (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 – Схема подключения АИН через ВДТ, выполненная

в программе OrCAD Capture

При таком схемном подключении предлагаемого устройства (см. рисунок 2.7), автономный инвертор напряжения работает в трёх режимах: выпрямления, тактирования и инвертирования, вследствие двухсторонней проводимости трансформатора ВДТ. На интервале работы АИН в режиме выпрямления через обратные диоды VD1-VD4 происходит заряд конденсатора C_E, поэтому использование выпрямителя В является не целесообразным.

Произведём моделирование работы предлагаемого устройства (см. рисунок 2.7) расчётом на основании (2.1 – 2.5) установлено, что для достижения полной компенсации реактивной мощности (уменьшения фазового угла φ до нуля) амплитудное значение первой гармоники напряжения U_ВДТ-2 на выходе ВДТ должно составлять 440 В (рисунок 2.8), при этом глубина модуляции будет равняется – μ=0,73 (2.5 при k_ВДТ =1).

Характеристики

Список файлов ВКР