Диплом (1231003), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

OrCAD PSpice Optimizer – пакет параметрической оптимизации;

OrCAD PSpice A/D – программный пакет полнофункционального моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств;

OrCAD Model Editor – редактор компонентов моделей;

OrCAD GerbTool – программа создания и редактирования управляющих файлов для фотоплоттеров.

Ядром пакета OrCAD является программа PSpice, производящая все вычисления и расчёты заданных проектов. Она рассчитывает следующие характеристики электрических цепей [10]:

- режимы по постоянному току (Bias Point, DC Sweep);

- переходные процессы при влиянии сигналов различной формы (Transient Analysis);

- чувствительность характеристик цепи к вариации параметров компонентов в режиме по постоянному току (Sensitivity);

- спектральный анализ (Fourier Analysis);

- и т. д.

Проект, созданный в программе OrCAD Capture, может быть представлен в виде принципиальной электрической схемы, либо описан на языке высокого уровня VHDL. Также из оболочки OrCAD Capture можно запустить программу моделирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств – PSpice и программу параметрической оптимизации – Pspice Optimizer. При создании проекта в соответствии с его типом автоматически загружаются необходимые библиотеки компонентов, при этом для всех специализированных проектов возможна передача информации в программу OrCAD Layout для создания печатных плат [10].

Библиотека программного пакета содержит большое количество различных элементов. В случае, если элемент с требуемыми параметрами отсутствует в библиотеке, имеется возможность создать новый элемент, параметры которого пользователь задаёт самостоятельно.

Результаты моделирования в программе OrCAD Capture выводятся в виде графических зависимостей на монитор компьютера, с помощью панели инструментов, полученные данные легко и быстро можно анализировать, также при необходимости отправлять на печать. В программе возможно использовать гармонический анализ для любого сигнала, полученного после моделирования, что необходимо, например, при вычислении действующего значения несинусоидального напряжения или тока, активной и полной мощности несинусоидального тока, вычисление коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения или тока и др.

2.3.1 Математическая модель тяговой подстанции

Рассмотрим в отдельности составляющие математической модели системы «тяговая подстанция–электровоз».

Тяговые подстанции на железных дорогах переменного тока нужны для преобразования электрической энергии систем энергоснабжения (110-220 кВ) к определенному значению напряжения контактных сетей (25 кВ). Находятся подстанции на расстоянии 40…60 километров друг от друга. Модель тяговой подстанции смоделирована в программе OrCAD Capture (рисунок 2.8) в виде источника синусоидального напряжения Е, с включенными последовательно активным сопротивлением R_тп и индуктивностью L_тп, которые имитируют активное сопротивление и индуктивность вторичной обмотки трансформатора тяговой подстанции. Величины элементов R_тп и L_тп приняты в соответствии с [5]: R_тп=175,6 мОм; L_тп=17,6662 мГн. Выходное напряжение подстанции (смотрим рисунок 2.8) можно выразить в виде уравнения

. (2.2)

U

Рисунок 2.8 – Модель тяговой подстанции в программе OrCAD Capture

2.3.2 Математическая модель тягового трансформатора электровоза

В качестве модели электровоза однофазно-переменного тока принят пассажирский электровоз – ЭП1 [12]. На локомотиве установлен многообмоточный тяговый трансформатор ОНДЦЭ-5700/25У2 [15].

Составление модели тягового трансформатора в программе OrCAD Capture является очень трудным, поскольку в библиотеке компонентов программы не содержится многообмоточных трансформаторов. Исходя из этого, тяговый трансформатор необходимо представить схемой замещения в соответствии с методическими указаниями приведёнными в [17,18]. При составлении схемы замещения приведение параметров рассматриваемого трансформатора к одной какой-либо его обмотке является достаточно трудоёмким процессом, вследствие различной структуры соединения обмоток и большого числа взаимоиндуктивностей возникающих между ними. На основании этого схему замещения трансформатора целесообразней представить в виде многообмоточной системы с магнитными связями. При этом можно считать, что распределённые параметры индуктивностей обмоток сосредоточенны и постоянны в любой момент времени, а распределённые ёмкости в обмотках отсутствуют. Вторичные обмотки трансформатора располагаются на разных стержнях магнитопровода, поэтому значениями магнитного потока рассеяния между этими обмотками можно пренебречь в силу их малой величины.

Силовую схему одного выпрямительно-инверторного преобразователя, с которым соединены секции одной вторичной обмотки тягового трансформатора, во всех режимах работы можно рассматривать как двухзонную. На основании этого схему замещения тягового трансформатора, приведённую к одному выпрямительно-инверторному преобразователю, возможно выполнить в виде трёхобмоточной схемы (рисунок 2.9), параметры которой будут изменяться в зависимости от номера зоны регулирования ВИП [17].

Рисунок 2.9 – Схема замещения многообмоточного тягового трансформатора с параллельной работой двух ВИП по двухзонному принципу регулирования (а) и трёхлучевая расчётная схема замещения трансформатора, приведённая к одному ВИП (б)

Электромагнитные процессы, происходящие в схеме (рисунок 2.9), можно описать системой дифференциальных уравнений:

;

; (2.3)

,

где u₁, u₂, u₃ – напряжение первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора; i₁, i₂, i₃ – токи первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора; r₁, r₂, r₃ – активные сопротивления первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора; L_1σ, L_2σ, L_3σ – индуктивности рассеяния первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора; w₁, w₂, w₃ – число витков первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора; Ф₀ – основной магнитный поток в магнитопроводе тягового трансформатора.

Основной магнитный поток Ф₀ в магнитопроводе трансформатора во время работы создаётся совместным действием магнитодвижущих сил первичной и вторичных обмоток. Согласно закону Ома для магнитных цепей, основной магнитный поток Ф₀ в магнитопроводе трёхобмоточного трансформатора будет определяться как

, (2.4)

где R_µ – магнитное сопротивление магнитопровода трансформатора; _µ – магнитная проводимость магнитопровода трансформатора, _µ=1/R_µ.

Согласно второму закону Кирхгофа получим систему дифференциальных уравнений электромагнитных процессов в трёхобмоточном трансформаторе [20]:

;

; (2.5)

.

Упростим полученные уравнения введя следующие обозначения: – взаимоиндуктивность первичной обмотки тягового трансформатора; , – взаимные индуктивности между первичной и соответствующей вторичной тяговой обмоткой трансформатора; – взаимная индуктивность между вторичными тяговыми обмотками трансформатора; , – взаимоиндуктивности вторичных тяговых обмоток трансформатора; , , – полные индуктивности первичной и соответствующих вторичных обмоток тягового трансформатора.

Запишем дифференциальные уравнения используя принятые обозначения:

;

; (2.6)

.

В работе [20, 21] выполнены расчёты параметров схемы замещения тягового трансформатора. Значения этих параметров были определены из опытов холостого хода и короткого замыкания вторичных обмоток. На основании результатов расчёта [20, 21] модель тягового трансформатора электровоза ЭП1, выполненная в программе OrCAD Capture, приведена на рисунке 2.10.

Значения параметров тягового трансформатора (рисунок 2.10) следующие:

– TX1: L₁=L₂=21,736769 Гн, М₁₂=1;

– TX2, TX3, TX5, TX6: L₁=21,736769 Гн, L₂=0,0034508 Гн, М₁₂=0,996;

– TX4, TX7: L₁=21,736769 Гн, L₂=0,0138037 Гн, М₁₂=0,99787.

Параметры других элементов модели тягового трансформатора представлены на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 – Модель тягового трансформатора электровоза,

выполненная в программе OrCAD Capture

Результаты расчётов схемы замещения тягового трансформатора, представленные в [17,19], имеют высокую сходимость с паспортными данными трансформатора ОНДЦЭ-5700/25У2. На основании этого, применение полученной модели трансформатора (рисунок 2.10) является допустимым для использования в дальнейших расчётах.

2.3.3 Математическая модель выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) предназначен для выпрямления однофазного переменного тока в постоянный с плавным регулированием выпрямленного напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и преобразования постоянного тока тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, в однофазный переменный ток в режиме рекуперативного торможения [15]. В режиме тяги обмотки возбуждения и якоря тяговых двигателей включаются последовательно и получают питание от ВИП. В режиме рекуперации обмотки возбуждения соединяются в последовательную цепь и подключаются к выпрямительной установки возбуждения (ВУВ). Якоря тяговых двигателей через балластные резисторы подключены к ВИП. Очерёдность открытия ВИП в режимах тяги и рекуперации выполняется в соответствии с алгоритмом работы системы управления преобразователями электровоза [20,21]. Схема подключения ВИП приведена на рисунок 2.11.

Рис. 2.11 – Схема подключения выпрямительно-инверторного

преобразователя

Характеристики

Список файлов ВКР