Диплом_0 (1230763), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Рисунок 2.8 – Диаграмма напряжения на выходе вольтодобавочного трансформатора:

u_ВДТ-2 – выходное напряжение ВДТ; u_ВДТ-2(1) – первая гармоника

выходного напряжения ВДТ

Результаты моделирования работы электровоза, оборудованного предлагаемым устройством, приведены на рисунке 2.9, из которого следует, что потребляемый электровозом ток i синфазен с питающим напряжением u (φ=0°), форма этого тока 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. Величина и форма выпрямленного напряжения u_d и тока нагрузки тяговых двигателей i_н полностью соответствуют u_d и i_н электровоза, оборудованного предлагаемым устройством с выпрямителем В (см. рисунок 2.6).

Рисунок 2.9 – Мгновенные диаграммы напряжений и тока электровоза ЭП1 в режиме

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

i – потребляемый электровозом ток; u_d – выпрямленное напряжение;

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

Определим природу появления высокочастотных пульсаций в форме выпрямленного напряжения u_d при работе электровоза ЭП1 с углом регулирования α_р=90° (см. рисунок 2.9). На основной частоте (50 Гц) общее сопротивление цепи компенсатора, состоящего из последовательно включённых конденсатора C и индуктивности L (см. рисунок 2.1), имеет ёмкостной характер, т. к. . На выходе автономного инвертора напряжения АИН, соответственно, вторичной обмотке ВДТ формируется высокочастотное переменное импульсное напряжение (см. рисунок 2.8). Из курса электротехники известно, что напряжение на конденсаторе мгновенно изменяться не может [8]. Исходя из этого следует, что высшие гармонические составляющие напряжения вторичной обмотки ВДТ, прикладываются к цепи тяговых двигателей, а гармоника напряжения основной частоты (50 Гц) - к конденсатору C. Величина напряжения на конденсаторе определяется суммой напряжений I-II-III секций вторичной обмотки трансформатора Тр и первой гармоники выходного напряжения ВДТ. На рисунке 2.10 приведены формы напряжений на конденсаторе электровоза, оборудованного пассивным компенсатором и электровоза, оснащённым предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности. Как следует из гармонического анализа этих напряжений, напряжение на конденсаторе электровоза с предлагаемым устройством имеет на 440 В большую амплитуду, что соответствует величине первой гармоники выходного напряжения ВДТ (см. рисунок 2.10). Таким образом, возникающие высокочастотные пульсации в кривой выпрямленного напряжения u_d связаны с работой автономного инвертора напряжения.

Рисунок 2.10 – Мгновенные диаграммы напряжений на конденсаторах электровозов:

а – оборудованного пассивным компенсатором; б – оборудованного предлагаемым устройством компенсации реактивной

Определим влияние высокочастотных пульсаций на форму потребляемого электровозом тока i. Разложим в гармонический ряд ток i электровоза ЭП1, работающий в штатном режиме, с пассивным фильтром и предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности (рисунок 2.11). Из рисунка следует, что использование предлагаемого устройства способствует улучшению формы потребляемого электровозом тока за счёт уменьшения токов третьей и пятой гармоник в 3,12 и в 1,51 раз по сравнению со штатной схемой. Значения высших (n>5) гармонических составляющих тока i электровоза, оборудованного пассивным компенсатором и предлагаемым устройством практически не отличаются. На основной частоте (50 Гц) использование рассматриваемого устройства приводит к снижению величины потребляемого тока в 1,1 раза.

Рисунок 2.11 – Гармонический состав потребляемого электровозом тока в режиме тяги:

1 – штатная схема; 2 – пассивный компенсатор; 3 – предлагаемое устройство

Рассчитанные значения ν составили для электровоза со штатной схемой – 0,9768, с пассивным компенсатором – 0,9962 и с предлагаемым устройством – 0,9953. На основании полученных результатов следует, что с применением рассматриваемого устройства по сравнению со штатной схемой происходит улучшение формы потребляемого тока на 1,85%. Практически одинаковые значения коэффициента ν имеют электровозы с пассивным компенсатором и с предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности. Таким образом, высокочастотные пульсации, вызванные работой АИН, не влияют на форму потребляемого тока i. Полученные значения коэффициентов ν, для работы электровоза со штатной схемой и предлагаемым устройством КРМ свидетельствуют об улучшении энергетической эффективности работы электровоза и о целесообразности использования на нём предлагаемого устройства компенсации реактивной мощности.

3 АНАЛИЗ РАБОТЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Эффективность применения на электроподвижном составе предлагаемого компенсатора реактивной мощности оценим путём сравнения энергетических показателей электровоза со штатной схемой и электровоза, оборудованного разработанным компенсатором. Для выполнения этой задачи произведём математическое моделирование в программе OrCAD 10.5 при работе локомотива в режимах тяги и рекуперативного торможения на всех зонах регулирования.

3.1 Работа электровоза в режиме тяги

Выполним моделирование работы электровоза в режиме тяги при различных значениях потребляемого тока i на первой, второй и третьей зонах регулирования. Работа на четвёртой зоне рассмотрена выше.

На рисунке 3.1 приведена упрощённая силовая схема одного из двух ВИП электровоза ЭП1. Напряжение питающей сети u прикладывается к первичной обмотке тягового трансформатора Тр. Ко вторичной обмотке Тр через выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП подключается нагрузка, состоящая из трёх параллельно соединённых двигателей ТЭД1-ТЭД3, включённых последовательно со сглаживающим реактором СР. В режиме компенсации реактивной мощности LC-фильтр, состоящий из индуктивности L и ёмкости C, подключается параллельно вторичной обмотке секций I-II-III трансформатора Тр. Он предназначен для компенсации реактивной составляющей тока нагрузки и обеспечения синфазности потребляемого электровозом тока i с питающим напряжением u. При работе электровоза в штатном режиме LC-фильтр отключён.

В рассматриваемых моделях принято, что локомотив находится на расстоянии 4-х километров от тяговой подстанции ТП1 (см. рисунок 3.1), питание межподстанцинного участка – двухстороннее, полная длина участка составляет 50 километров. Во всех режимах работы неуправляемый по фазе угол α₀ и угол регулирования α_р приняты равными, соответственно α₀=9° и α_р=90°.

Рисунок 3.1 – Упрощённая схема силовой цепи электровоза ЭП1

Результаты моделирования работы электровоза со штатной схемой и предлагаемым устройством компенсации реактивной мощности на трёх зонах регулирования приведены на рисунках 3.2 – 3.4.

Рисунок 3.2 – Мгновенные диаграммы питающего напряжения u и потребляемого тока i

при работе электровоза ЭП1 в режиме тяги на 1-ой зоне: а – штатная схема;

б – с предлагаемым компенсатором

Рисунок 3.3 – Мгновенные диаграммы питающего напряжения u и потребляемого тока i

при работе электровоза ЭП1 в режиме тяги на 2-ой зоне: а – штатная схема;

б – с предлагаемым компенсатором

Рисунок 3.4 – Мгновенные диаграммы питающего напряжения u и потребляемого тока i

при работе электровоза ЭП1 в режиме тяги на 3-ей зоне: а – штатная схема;

б – с предлагаемым компенсатором

Из анализа результатов работы электровоза в штатном режиме (см. рисунок 3.2-3.4 а) следует, что первая гармоника потребляемого электровозом тока i₍₁₎ отстаёт от питающего напряжения u на угол фазового сдвига φ, величина которого составляет: на первой зоне φ₁=80,1°, на второй φ₂=57,8° и на третьей φ₃=47,3°. Форма сетевого тока i искажена вследствие процессов, протекающих во время сетевой (γ) и фазной (γ_р) коммутаций. По результатам математического моделирования трёх зон регулирования определены коэффициенты мощности по

, (2.7)

где u, i, U, I – мгновенные и действующие значения питающего напряжения и потребляемого электровозом тока,

которые составили: на первой зоне к'_м1=0,169, второй к'_м2=0,514 и третьей к'_м3=0,657.

С применением разработанного компенсатора реактивной мощности (см. рисунок 3.2-3.4 б) на всех трёх зонах регулирования достигается синфазность потребляемого электровозом тока i с питающим напряжением u (φ≈0°), кривая тока i приближается к синусоидальной форме. Таким образом, при близком к нулю значению угла φ коэффициенты мощности электровоза на каждой зоне регулирования составили: на первой зоне к_м1=0,979, второй к_м2=0,980 и третьей к_м3=0,988.

На рисунке 3.5 приведён гармонический спектр потребляемого тока i штатного электровоза и электровоза, оборудованного разработанным компенсатором, при работе на трёх зонах регулирования.

Рисунок 3.5 – Гармонический состав потребляемого электровозом тока i в режиме тяги:

Характеристики

Список файлов ВКР