Диплом (1231003), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 2.3 - Структура аппаратно-программных средств КРМ

Структура аппаратно-программных средств КРМ рисунок 2.3 где:

• блок силовых ключей БСК предназначен для подклю­чения необходимой ступени КРМ к соответствующей секции тягового трансформатора;

• тиристорный ключ ТК предназначен для плавного безударного подключения LC-контура к секциям тягового трансформатора;

• блок управления силовыми ключами БУСК , обеспе­чивает включение и выключение силовых ключей модуля КРМ по сигналам, поступающим из БВИ, а также включение и вы­ключение ключей без обрыва силового тока;

• блок управления тиристорным ключом БУТК , обес­печивает формирование сигналов управления в соответствии с алгоритмами, реализующими заданный способ управления;

• датчик тока ДТ , формирует сигнал о величине на­грузки тягового двигателя (ТД);

• контроллер машиниста КМ , служит для регулирова­ния напряжения на ТД;

• вычислительно-измерительный блок БВИ , обрабаты­вает информацию, полученную с ДТ, КМ, БУСК и БУТК, фор­мирует сигналы управления для БУСК и БУТК.

LC-контур через БСК и ТК подключается к секциям тягово­го трансформатора. Это позволяет реализовать три ступени ре­гулирования КРМ: ступень 0 – КРМ отключен от тягового трансформатора; ступени 1 и 2 – КРМ подключен к секциям тя­гового трансформатора с напряжениями 638 и 928 В соответст­венно. Алгоритм управления КРМ приведен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Блок схема алгоритма управления КРМ

После запуска управляющей программы (блок 1) происхо­дит начальная установка: ввод значений величины реактивной мощности, которые может обеспечить КРМ на выбранных сту­пенях регулирования (_Ky1 – ступень 1; Q_Ky2 – ступень 2), зна­чения минимально допустимой реактивной мощности Q₀ и зна­чения величины времени разряда ёмкости на активное сопро­тивление цепи КРМ t_к (блок 2). Затем осуществляется ввод зна­чения силы тока тяговых двигателей I_Н и зоны регулирования ВИП N_z (блок 3). Далее происходит определение ступени, на которую необходимо подключить КРМ (блок 4), то есть определя­ется, к каким выводам вторичной обмотки тягового трансфор­матора необходимо подключить КРМ (ступени 1 или 2), либо необходимо отключить КРМ – ступень 0.

После определения требуемой ступени регулирования её сравнивают с текущим состоянием компенсатора (блок 5) и, если требуемая ступень совпадает с установленной, то, сохраняя ус­тановленную ступень регулирования, переходят к блоку 3, в противном случае осуществляется переключение на требуемую ступень. Проверяется состояние КРМ (блок 6), если КРМ вклю­чен на 1-ю или 2-ю ступень, то КРМ отключается (блок 7).

После отключения КРМ запускается таймер (блок 8) отсчи­тывающий время коммутации, необходимое для того, чтобы ем­кость компенсатора разрядилась на активную нагрузку, причём в период времени коммутации продолжается контроль за вели­чиной реактивной мощности Q_d (блоки 3...8). Правильно вы­бранное время коммутации позволит также избежать звонковой работы ключей, появление которой возможно, если значение реактивной мощности Q_tl будет колебаться в области гранич­ных значений Q₀ и Q_Ky]. По окончании времени коммутации (блок 9) включается КРМ на требуемую ступень (блок 10). По­сле включения КРМ происходит переход на блок 3 для обеспе­чения непрерывного контроля параметров управления.

Применение устройства КРМ с системой управления, реа­лизующей предложенный алгоритм управления, позволит повы­сить коэффициент мощности электровоза до 0,90–0,93 во всем диапазоне эксплуатационных нагрузок[3].

Такой принцип изменения реактивной мощности компенсатора и был опробован на электровозе 3ЭС5К как переключаемый КРМ. На каждой секции электровоза разместили два модуля пассивного компенсатора: КРМ1 и КРМ2. При этом первый модуль КРМ1 с помощью контактора КМ31 соединен с двумя секциями вторичной обмотки трансформатора с общим напряжением 945 В, другой модуль КРМ2 подключен с помощью контактора КМ32 ко всей вторичной обмотке трансформатора на полное напряжение 1260 В (рисунок 2.6). За счет этого реактивная мощность КРМ2 примерно в 1,8 раза больше мощности КРМ1. Каждый модуль КРМ состоит из конденсаторов общей емкостью 649 мкФ и дросселя индуктивностью 2,1–2,24 мГн.

Рисунок 2.6 – Упрощенная схема переключаемого КРМ

Такая схема переключаемого КРМ обеспечивает трехступенчатое регулирование реактивной мощности. На первой зоне регулирования в работе находится КРМ1, имеющий меньшую мощность. На второй зоне в работу вступает второй модуль КРМ2 с большей мощностью, модуль КРМ1 при этом отключается. На третьей и четвертой зонах регулирования компенсатор развивает максимальную реактивную мощность за счет одновременного включения обоих блоков КРМ 1 и КРМ2 компенсатора.

Испытания переключаемого КРМ на электровозе показали, что 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. В итоге, энергетическая эффективность оказалась недостаточно высокой, поскольку в продолжительном режиме работы электровоза при включении КРМ достигнуты значения меньше 0,9. Для повышения было принято решение подключать оба модуля КРМ на напряжение обмотки трансформатора 1260 В. При этом изменились параметры самого компенсатора: емкость конденсатора уменьшена до 433 мкФ при соответствующем увеличении индуктивности реактора до 3,25–3,27 мГн. Новая конфигурация переключаемого КРМ обеспечивает двухступенчатое регулирование реактивной мощности: на первой зоне регулирования работает один модуль КРМ, на высших зонах при токе якорей двигателей более 200 А включаются оба модуля. Испытания двухступенчатого КРМ на электровозе 3ЭС5К №47 показали его достаточно высокую эффективность. На рисунке 2.7 для сравнения приведены кривые коэффициента мощности штатного электровоза и электровоза, оборудованного двухступенчатым переключаемым КРМ.

Рисунок 2.7 – Зависимости коэффициента мощности электровоза с двухступенчатым КРМ: 1 – штатная схема электровоза, 2 – электровоза с включенным КРМ

Из анализа рисунка следует, что работа электровоза с включенным КРМ отличается более высокими значениями коэффициента мощности (кривая 2) по сравнению со штатной схемой (кривая 1). Так средние значения коэффициента мощности во всем диапазоне токовых нагрузок сохраняется на уровне 0,9, а в конце 1–4 зон регулирования при токе двигателей 800 А коэффициент мощности достигает, соответственно, 0,945; 0,955; 0,03 и 0,903[4]. Таким образом, применение переключаемого КРМ позволило значительно улучшить энергетические показатели электровоза, благодаря чему удалось существенно снизить нагрузку на систему тягового электроснабжения и уменьшить потери напряжения в тяговой сети.

Таким образом, применение пассивного переключаемого КРМ значительно улучшает коэффициент мощности электровоза в пределах каждой ступени компенсатора, но не решает задачи наиболее полной компенсации реактивной мощности во всех режимах его работы.

На основании выше сказанного можно сделать вывод, что переключаемый КРМ позволяет значительно повысить коэффициент мощности электровоза в нескольких режимах его работы, когда реактивная мощность электровоза равна реактивной мощности одной из ступеней КРМ. При фиксированной мощности ступеней КРМ изменение реактивной мощности электровоза вызывает недокомпенсацию или перекомпенсацию реактивной мощности, то есть высокие значения КМ обеспечиваются лишь в ограниченном диапазоне режимов работы электровоза. Из этого следует, что полную компенсацию реактивной мощности электровоза можно достичь только в случае, если с изменением реактивной мощности электровоза одновременно регулируется реактивная мощность КРМ, обеспечивая равенство . Для этого воспользуемся математическим моделированием в программе OrCAD 9.2.

2.3 Математическое моделирование системы «тяговая подстанция–электровоз» в программе OrCAD 9.2

Математическое моделирование – средство изучения объекта, процесса или системы путём их замены математической моделью для более удобного экспериментального исследования с помощью ЭВМ. Математическая модель является приближённым представлением реальных объектов, процессов или систем, выраженных с помощью логико-математических конструкций, описывающих их основные свойства, параметры, внутренние и внешние связи .Пакет компьютерных программ OrCAD 9.2 позволяет проводить схемотехническое проектирование информационной и силовой электронной аппаратуры любой сложности путём решения дифференциальных уравнений, описывающих электрические и магнитные переходные процессы методом Ньютона-Рафсона [11].

Пакет OrCAD содержит ряд основных программных модулей [10]:

OrCAD Capture – графический редактор схем;

OrCAD Capture CIS (Component Information System) – расширенный графический редактор схем, позволяющий использовать удаленные базы этих компонентов через Интернет, содержащие более 200 тыс. наименований;

OrCAD Layout – графический редактор печатных плат;

OrCAD Layout Plus – расширенная версия программы OrCAD Layout, дополненная новыми средствами автотрассировки SmartRoute;

OrCAD Layout Engineer`s Edition – программа позволяющая выполнять общую расстановку компонентов на печатной плате и автоматически прокладывать наиболее критические цепи;

Характеристики

Список файлов ВКР