диплом (1230997)

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

Текст из файла

ВВЕДЕНИЕ

ОАО «Российские железные дороги» является одним из мировых лидеров среди железнодорожных компаний. В её эксплуатации находится более 85 тыс. км железных дорог, 46 % которых электрифицированы, из них 53 % составляют линии переменного тока. На долю железнодорожного транспорта в Российской Федерации приходится более 80 и около 40 % всего объёма грузовых и пассажирских перевозок. Каждый год ОАО «РЖД» потребляет около 6 % от всей вырабатываемой электроэнергии в стране. Система электроснабжения железных дорог объединяет в себе более 1400 тяговых подстанций, которые обеспечивают тягу поездов и собственные нужды подразделений дороги.

Одним из направлений принятой в ОАО «РЖД» программе «Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года» является повышение энергоэффективности подвижного состава. Эта программа входит в государственную энергетическую политику, которая направлена на переход Российской Федерации к энергосберегающим технологиям. Как указано в программе планируется сократить удельный расход электроэнергии на 5 %. Это решение принято из-за специфики локомотивного хозяйства, в котором на тягу поездов расходуется около 83 % от всей электроэнергии, потребляемой железнодорожным транспортом.

Одним из энергетических показателей работы электровоза переменного тока является коэффициент мощности (км), который определяет потребляемую производительную мощность. Для повышения коэффициента мощности на электроподвижном составе и предприятиях железнодорожного транспорта используются компенсаторы реактивной мощности. Наиболее эффективным является использование устройств компенсации при установке их непосредственно у потребителя реактивной мощности, а именно на электроподвижном составе.

Для стабильной и быстрой работы компенсатора необходимо подобрать и правильно запрограммировать систему управления на основе микроконтроллера.

Целью дипломной работы является разработка такой системы управления компенсатором, которая обеспечит четкую и отлаженную работу компенсатора реактивной мощности на ЭПС. Составление алгоритма программы микроконтроллера и модулирование его работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть особенности существующих схем компенсации реактивной мощности;

- определить структуру системы;

- выбрать схему управления компенсатором;

- разработать математические модели узлов компенсатора реактивной мощности;

- подобрать подходящий по техническому функционалу микроконтроллер;

- составить алгоритм работы микроконтроллера;

- смодулировать результат работы микроконтроллера;

- представить оценку экономической эффективности предлагаемой системы управления;

- определить мероприятия по электробезопасности.

Методическим обеспечением разработки являются справочники, учебная, периодическая литература, ГОСТ, интернет ресурсы и другие источники.

1. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

   1. Понятие о реактивной мощности.

Для начала разберем само понятие о реактивной мощности.

Мгновенная мощность р катушки индуктивности при сопротивлении равном нулю изменяется по синусоидальному закону, но с двойной частотой.

Среднее значение активной мощности, потребляемой индуктивностью, равно нулю, так как среднее значение ординат синусоид за период равно нулю (площадь положительной полуволны равно площади отрицательной полуволны).

e_L

u

i(Ф)

T

t

0

p

p

T/2

Рисунок 1.1.1 - Графики изменений тока i, магнитного потока Ф, приложенного напряжения u, Э.Д.С. самоиндукции е_L и мощности р в цепи с индуктивностью. Т – период.

График изменения мгновенной мощности катушки показан на рисунке 1.1.1. Как видно из графика, в течение первого полупериода тока (от 0 до Т/2) мгновенная мощность р дважды достигает максимума – положительного, равного по формуле I²ωL = I²x _L (так как в этот момент sin 2ωt = 1), и отрицательного, равного - I²x _L . Поэтому средняя мощность за полпериода равна нулю. Физически это явление можно представить так, что в течение первого положительного полупериода синусоиды мощности энергия от генератора поступает в катушку и накапливается в ней в виде наибольшего значения энергии магнитного поля, равно согласно W_LM = LI²_M/2, а в течение второго отрицательного периода возвращается обратно генератору. В течение второго полупериода тока явление обмена энергией между генератором и магнитным полем катушки повторяется. Отсюда следуют важные выводы:

Между генератором и магнитным полем катушки индуктивности происходит периодический (колебательный) обмен энергии без преобразования электрической энергии в тепловую (так как r = 0), механическую или иную.

Средняя (или активная) мощность катушки равна нулю, т.е. катушка индуктивности не потребляет от генератора активную мощность (топливо на электростанции при таком обмене мощности не расходуется).

Колебательный процесс передачи мгновенной мощности ±р воспринимается валом турбины генератора как равнопеременная нагрузка с частотой 2f, не вызывающая дополнительного расхода топлива.

Обменная энергия между генератором и индуктивностью оценивается по максимальному значению мгновенной обменной мощности (при sin 2ωt = 1). Эта мощность называется реактивной мощностью и обозначается Q, т.е.

Q = UI = I²ωL = I²x _L,

где x _L – реактивное (индуктивное) сопротивление катушки.

Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) и является мерой обменной энергии между генератором и индуктивной нагрузкой.

Рассмотрим включение конденсатора в цепь переменного синусоидального тока, причем примем r = 0.

в)

б)

а)

Рисунок 1.1.2 - Цепь с емкостью.

a) – схема включения; б) – графики изменения тока l, приложенного напряжения u и мощности р. Т – период; в) – векторная диаграмма.

Предположим, что мы включили конденсатор на синусоидальное напряжение (рисунок 1.1.2,а) в момент прохождения напряжения u через отрицательный максимум, т.е. в момент u = -U_M (рисунок 1.1.2,б). Мгновенное значение напряжения u = U_M sin ωt. По условию r = 0, поэтому конденсатор мгновенно зарядится до значения –Q = CU_M, в этот момент зарядный ток I = 0.

Далее, в течение ¼ периода напряжение уменьшается по синусоидальному закону до нуля (рисунок 1.1.2,б). За каждый малый момент времени конденсатор мгновенно разряжается до соответствующего напряжению значения q = CU_M sin ωt = Q sin ωt (так как Q = CU) и через ¼ периода при U_M sin ωt = 0 ток заряда достигнет максимального положительного значения. Далее, напряжение на зажимах конденсатора увеличивается в положительном направлении и по мере роста напряжения конденсатор заряжается, достигая при UM наибольшего положительного заряда +Q = CU_M. Затем процесс повторяется. Рассматривая график изменения тока и напряжения во времени, мы видим, что ток достигает максимума ранее на время Т/4, чем напряжение. Таким образом, ток опережает напряжение.

Векторная диаграмма тока и напряжения показана на рисунке 1.1.2,в. Для выбранного начала отсчета значения тока и напряжения будут выражаться формулами

I = L_M sin ωt;

u = U_M sin (ωt - ).

Отсюда следует:

Ток в цепи с емкостью опережает на угол 90^о напряжение, приложенное к зажимам конденсатора.

Заряд и разряд конденсатора происходят по синусоидальному закону. Это позволяет формально считать, что через конденсатор проходит переменный ток, значение которого зависит от емкость конденсатора и частоты переменного тока (т.е. от емкостного сопротивления конденсатора).

Емкостное сопротивление конденсатора, Ом, определяется выражением

х_С = = = .

Мгновенная мощность конденсатора равна:

Р = ui = U_M sin (ωt - ) I_M sin ωt = UI cos (- ) – UI cos (2ωt - ) = - UI sin 2ωt.

Из полученного выражения следует:

Мгновенная мощность конденсатора изменяется по синусоидальному закону с двойной частотой.

Средняя (т.е. активная) мощность конденсатора равна нулю.

Мгновенная мощность конденсатора (т.е. цепи с емкостью) отрицательная по отношению к мгновенной мощности в цепи с индуктивностью.

Как видно из рисунка 1.1.2,б, в течение первой и третьей четвертей периода напряжение на зажимах конденсатора уменьшается от максимального значения U_M до нуля и конденсатор разряжается, а в течение второй и четвертой четвертей периода напряжение увеличивается от 0 до U_M и конденсатора зряжается.

В течение заряда конденсатор потребляет от генератора энергию от 0 до CU²_M/2, идущую на создание электрического поля конденсатора, а за время разряда энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, уменьшается от CU²_M/2 до 0. Таким образом, при включении конденсатора в цепь генератора переменного тока (и полагая в цепи r = 0) происходит периодический колебательный обмен мощности ±р между генератором и электрическим полем конденсатора с частотой 2f без преобразования в тепловую или механическую энергию. Обмен энергией между генератором и конденсатором происходит в течение каждого полупериода переменного тока, вследствие чего энергия, потребляема конденсатором, равна нулю.

Мгновенное значение мощности в цепи с емкостью достигает максимального значения для момента времени, когда sin 2ωt = 1, является мерой обменной энергии между генератором и емкостной нагрузкой, называется реактивной мощностью конденсатора и выражается:

Q = UI = CωU² = I²x_C,

где x_C - реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Как было установлено, ток, проходящий через конденсатор, опережает приложенное к нему напряжение на 90°, в то время как ток, проходящий через катушку индуктивности, отстает от приложенного напряжения на 90°. Таким образом, емкостный ток противоположен индуктивному току и реактивная мощность, идущая на создание электрического поля, противоположна по направлению реактивной мощности, идущей на создание магнитного поля. Поэтому емкостный ток и емкостная мощность считаются условно отрицательными по отношению к току намагничивания и мощности намагничивания, условно принятыми положительными.

Таким образом, численно равные реактивные мощности емкости и намагничивания взаимно "уничтожаются" (Q_C – Q_L = 0) и сеть разгружается от протекания реактивной составляющей тока нагрузки.

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