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

Текст из файла (страница 5)

Вторичная обмотка тягового трансформатора Тр, состоит из трёх секций, номинальное напряжение которых составляет: , а . Тиристорные плечи ВИП условно показаны в виде одиночных тиристоров V1–V8. Цепь нагрузки состоит из трёх параллельно соединённых тяговых двигателей М1–М3, включённых последовательно со сглаживающим реактором СР [12].

Модель выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненная в программе OrCAD Capture, представлена на рисунке 2.12.

В качестве вентилей ВИП V1-V8 используется библиотечные тиристоры, параметры которых изменены следующим образом:

- V_drm=3000 В – максимально допустимое значение повторяющегося прямого напряжения в закрытом состоянии;

- V_rrm=3000 В – максимально допустимое значение повторяющегося напряжения в обратном направлении;

- V_tm=1,1 В – прямое падение напряжения на проводящем тиристоре при максимально допустимой температуре p-n перехода;

- V_gt=2 В – отпирающее постоянное напряжение управления;

- I_tm=3000 А – ударный неповторяющийся ток в прямом направлении;

- I_h=20 мА – ток удержания;

- I_gt=300 мА – отпирающий постоянный ток управления;

- I_drm=2 мА – максимальное значение тока утечки при V_drm, V_rrm и максимальной рабочей температуре;

- dV/dt=1e9 В/с – максимально допустимая скорость нарастания анодного напряжения, В/с;

- T_on=2 мкс – время включения;

- T_off=20 мкс – время выключения.

Рисунок 2.12 – Модель выпрямительно-инверторного преобразователя,

собранная в программе OrCAD Capture

Элементы, входящие в демпфирующую RC-цепь, имеют следующие значения: R=30 Ом, C=2 мкФ. Величина индуктивных делителей тока, обеспечивающих выравнивание токов в момент включения тиристоров: L1-L8=14 мкГн.

Перевод тиристоров в проводящее состояние реализуется при помощи элементов VPULSE (рисунок 2.12 «VE1–VE8»), которые генерируют импульсы в соответствии с алгоритмом работы блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

2.3.4 Математическая модель тягового двигателя электровоза

На рассматриваемом электровозе используются тяговые двигатели марки НБ-520В [13,22]. При разработке математической модели цепь выпрямленного тока заменяем эквивалентной схемой, состоящей из активного сопротивления R_Д, индуктивности L_Д и ЭДС E тяговых двигателей, эквивалентного сопротивления R_СР и индуктивности L_СР сглаживающего реактора. При переходе в режим рекуперативного торможения выполняется автоматическое переключение тяговых двигателей на независимое возбуждение, в результате чего из цепи выводится сопротивление R_ОВ и индуктивность L_ОВ обмотки возбуждения и вводится активное сопротивление балластных резисторов R_Б. Также в эквивалентной схеме примем допущение, что параметры всех двигателей неизменны во всех режимах работы.

Эквивалентные активное сопротивление R_dэ и индуктивность L_dэ цепи выпрямленного тока можно рассчитать по следующим выражениям:

в режиме тяги:

; (2.7)

;

в режиме рекуперации:

; (2.8)

;

где R_Я, L_Я – активное сопротивление и индуктивность обмотки якоря; R_ДП, L_ДП – активное сопротивление и индуктивность обмотки дополнительных полюсов; R_КО, L_КО – активное сопротивление и индуктивность компенсационной обмотки.

В реальной электрической цепи выпрямленного тока эквивалентная индуктивность L_dэ имеет нелинейную характеристику и зависит от тока. На основании этого вводится понятие динамическая индуктивность, которая определяется по формуле [23]

. (2.9)

С учётом динамической индуктивности точность расчётов переходных процессов возрастает.

Влияние вихревых токов можно не учитывать в силу того что они не оказывают влияния на процессы, происходящие в тяговом двигателе при установившемся режиме. Размагничивающее действие реакции якоря можно считать скомпенсированным, благодаря наличию добавочных полюсов и компенсационной обмотки [24]. С целью уменьшения магнитного потока главных полюсов обмотку возбуждения шунтируют резистором R_ш. В режиме рекуперативного торможения питание обмоток возбуждения тяговых двигателей реализуется от ВУВ с напряжением U_ВУВ, которое распределяется между обмотками пропорционально количеству двигателей n_д.

Схема замещения двигателя для обоих режимов работы приведена на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 – Схема замещения двигателя в режимах тяги (а) и рекуперации (б)

Составим систему уравнений равновесия согласно рисунка 2.13:

- для режима тяги:

(2.10)

- для режима рекуперации:

(2.11)

Модель двигателя выполненная в программе OrCAD Capture приведена на рисунке 2.14.

U_В

а

б

б

U_VC

U_E

U_Ф

Рисунок 2.14 – Модель тягового двигателя, выполненная в программе OrCAD

Capture: а – в режиме тяги, б – в режиме рекуперативного торможения

На рисунке приведены следующие обозначения элементов: резистор R_ca=0,023 Ом и индуктивность L_ca=1 мГн моделируют активное сопротивление и индуктивность цепи якоря. Активное сопротивление и индуктивность обмотки возбуждения в модели представлены резистором R_v=0,069 Ом и индуктивностью L_v=1,5 мГн. Активное сопротивление балластного резистора и индуктивного шунта моделируются резисторами R_bl=0,143 Ом и R_sh=0,294 Ом, соответственно [14]. В режиме рекуперации электрической энергии принимает допущение, что ток возбуждения i_ов полностью сглажен, вследствие чего ЭДС якоря E является постоянной величиной.

Рассмотрим принцип работы модели тягового двигателя, протекающий в режиме тяги (рисунок 2.14, а). На выходе элемента V1 формируется сигнал U_VC, пропорциональный произведению скорости V и постоянной двигателя C_e (U_VC=V·C_e). Сигнал U_В равный величине тока возбуждения поступает на элемент EPOLY, который содержит кривую зависимости магнитного потока от тока возбуждения (Ф =f i_ов) и, как следствие, на выходе этого элемента формируется сигнал U_Ф эквивалентный величине магнитного потока Ф. Далее выходные значения (U_VC, U_Ф) элементов V1 и EPOLY перемножаются с помощью элемента EMULT (U_E=U_VC·U_Ф). Результатом перемножения является сигнал U_E равный по величине ЭДС якоря. Этот сигнал поступает на элемент E1, который моделирует ЭДС в цепи тягового двигателя.

3 ПРЕДЛОЖЕННЫЙ СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

3.1 Регулируемый пассивный компенсатор реактивной мощности

Схемотехнической основой для достижения поставленной задачи послужило появление в середине 70-х годов ХХ века высокоэффективных, мощных и полностью управляемых полупроводниковых приборов (GTO-тиристоров и IGBT-транзисторов). Современные силовые IGBT-транзисторы 6-го поколения могут коммутировать на частотах 2–20 кГц с достаточно небольшой энергией переключения. Такие типы транзисторов являются схемотехнической основой новых компенсаторов реактивной мощности, имеющих небольшие массогабаритные параметры и обладающие высокой эффективностью.

Разработано устройство пассивного регулируемого КРМ , позволяющего в широком диапазоне токов нагрузки плавно регулировать реактивную мощность КРМ. Упрощенная структурная схема такого компенсатора показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Упрощенная схема регулируемого КРМ

В отличие от ранее рассмотренных схем КРМ в LC-цепь компенсатора последовательно включена вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора ВДТ. Изменение напряжения на этой обмотке происходит за счет регулирования напряжения на первичной обмотке, осуществляемого с помощью автономного инвертора напряжения (АИН). В замкнутом контуре электрической цепи, состоящем из вторичной обмотки трансформатора электровоза, вторичной обмотки ВДТ и LC-цепи компенсатора, в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать:

(3.1)

Из этого соотношения следует, что напряжение на конденсаторе фильтра можно изменять путем регулирования напряжения на вторичной обмотке ВДТ. В свою очередь за счет изменения напряжения на конденсаторе фильтра можно , регулировать реактивную мощность КРМ. Система управления (СУ) АИН обеспечивает изменение реактивной мощности компенсатора пропорционально изменению реактивной мощности электровоза для поддержания равенства реактивных мощностей. Благодаря такой схеме компенсатора обеспечивается наиболее полная компенсация реактивной мощности во всем диапазоне работы электровоза. Увеличение коэффициента мощности происходит, главным образом, за счет приближения фазы потребляемого электровозом тока к питающему напряжению и некоторому снижению третьей гармоники этого тока.

Рассмотрим принцип работы предлагаемого устройства на примере электровоза ЭП1, оборудованного компенсатором (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Структурная схема предлагаемого устройства компенсации реактивной мощности: Тр – трансформатор напряжения, ТЭД – тяговый электродвигатель, БСИ – блок синхронизирующих импульсов, ДТ – датчик тока, ДН – датчик напряжения, В – выпрямитель, БУИ – блок управления инвертором, УФИУ АИН – устройство формирования импульсов управления автономным инвертором напряжения, ВДТ – вольтодобавочный трансформатор

Компенсация реактивной мощности осуществляется с помощью последовательно соединённых LC-фильтра и вольтодобавочного трансформатора ВДТ, подключённых к вторичной обмотке тягового трансформатора Тр. На первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора поступает напряжение с выхода АИН u_ВДТ–1. На вторичной обмотке этого трансформатора формируется напряжение u_ВДТ–2, пропорциональное u_ВДТ–1 и коэффициенту его трансформации. Алгоритм переключения IGBT-транзисторов V1–V4, составляющих силовую часть автономного инвертора напряжения, выполняется при помощи устройства формирования импульсов управления (УФИУ) АИН. На вход УФИУ поступает сигнал, пропорциональный реактивной мощности нагрузки Q_Н, который вычисляется при помощи блока управления инвертором БУИ, датчиков тока ДТ, напряжения ДН и блока синхронизирующих импульсов БСИ. Устройство формирования импульсов управления позволяет обеспечить плавное изменение выходного напряжения АИН u_ВДТ–1.

К LC-цепи компенсатора прикладывается суммарное напряжение вторичных обмоток u₂ трансформатора Тр и вольтодобавочного трансформатора u_ВДТ–2 ВДТ, которое определяет величину напряжения U_C на конденсаторе компенсатора. Величина напряжения на обкладках конденсатора, в свою очередь, определяет реактивную мощность компенсатора Q_КРМ. Ёмкостной ток источника реактивной мощности С компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки в цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения Тр. Для обеспечения максимального коэффициента мощности необходимо достижение равенства мощности компенсатора Q_КРМ и реактивной мощности нагрузки Q_Н.

Изменение реактивной мощности компенсатора Q_КРМ при фиксированной ёмкости конденсатора С осуществляется за счёт увеличения или уменьшения величины напряжения U_C на его обкладках в соответствии с выражением [5, 25]:

Характеристики

Список файлов ВКР