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

Текст из файла (страница 2)

3.2.1 Функциональная схема управления автоматизированной системы учета электрической энергии на электроподвижном составе 49

3.2.2 Принципиальная электрической схема системы учета расхода электроэнергии на электровозах переменного тока с системой измерения 52

3.2.3 Виртуальный прибор для измерения расхода и показателей качества электрической энергии, потребляемой электровозами 55

4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 61

4.1 Методика математического моделирования электромагнитных процессов 61

4.2 Разработка математической модели системы учета электрической энергии на электровозах переменного тока 65

4.3 Результаты экспериментальных исследований и математического моделирования по измерению расхода электрической энергии на электровозе 72

5 Разработка инструкции по охране труда для пользователей персональных электронно-вычислительных машин. 75

5.1 Общие требования охраны труда 75

5.2 Требования охраны труда перед началом работы 81

5.3 Требования охраны труда во время работы 83

5.4 Требования охраны труда в аварийных ситуациях 84

5.5 Требования охраны труда по окончании работы 85

6 Определение экономической эффективности внедрения автоматизированной системы учета расхода электрической энергии. 86

6.1 Расчет капитальных вложений, необходимых для внедрения автоматизированной системы 87

6.2 Расчет текущих затрат на содержание и обслуживание систем 89

6.2.1 Расчет текущих затрат на содержание и обслуживание новой автоматизированной системы 89

6.2.2 Расчет текущих затрат на содержание и обслуживание существующей системы при ее обновлении 91

6.3 Определение экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы 92

6.4 Расчет срока окупаемости автоматизированной системы 93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 95

ВВЕДЕНИЕ

Коренное улучшение структуры управления энергетическим комплексом отрасли на основе современных автоматизированных систем учета, технологий и мониторинга расхода энергоресурсов – одна из целей ОАО «Российские железные дороги».

Электровоз переменного тока представляет собой локомотив, в составе которого имеется комплекс электрического и механического оборудования, используемые для осуществления движения поездов по железной дороге.

В настоящее время разрабатываются системы учета расхода электрической энергии без участия в этом учете локомотивной бригады. Одной из таких систем является система, в которой показания расхода электрической энергии будут записываться не в счетчик, а в ячейку памяти микропроцессорной системы управления движением поезда (МСУД). Для этого, через датчики контролируются значения тока и напряжения, приходящие в электровоз, с помощью которых можно вычислить величину расхода электрической энергии на тягу поезда и затем эти показания зафиксировать в МСУД. Далее их можно передать в группу учета локомотивного депо, к которому приписан данный электровоз.

В системе управления электровоза существует ряд приборов на пульте управления машиниста, которые показывают значения указанных параметров. Большое значение имеет правильное показание расхода электрической энергии на тягу поезда, которое контролируется через счетчик, установленный в кузове электровоза. Дело в том, что эти показания счетчика машинист электровоза списывает лично, в начале своей работы и после ее окончания. То есть присутствует человеческий фактор, который может привести к неточности контролирования расхода электрической энергии.

Исходя из этого, правильная организация системы учета электроэнергии необходима, так как ее потребление и производство почти совпадают во времени и ошибка, допущенная в учете электроэнергии при ее потреблении или производстве, может быть исправлена только расчетом. Основой такого расчета является косвенный путь учета электрической энергии и поэтому за собой влечет погрешность. Реализация этой цели – это необходимость внедрения и разработки автоматизированных систем учета расхода электроэнергии, обеспечивающих достоверность и оперативность информации о потребленном количестве электроэнергии, для каждого участника перевозочного процесса в процессе выполненной работы.

Для реализации решения данной проблемы необходимо создать измерительную схему на электровозе, с помощью которой фиксировать параметры тока и напряжения в тяговом трансформаторе. Далее эти параметры необходимо перевести из аналоговой формы в цифровую с помощью устройства аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и подать в компьютер (ЭВМ), в котором с помощью программных средств получить результат потребления электроэнергии (расход) электровозом. Для оценки работы всей автоматизированной системы учета необходимо создать ее математическую модель, с помощью которой можно решать вопросы оптимизации процесса работы данной автоматизированной системы учета электрической энергии.

1 УпрощЕнная схема и описание работы электровоза переменного тока

1.1 Упрощенная схема электровоза переменного тока

Электровоз переменного тока представляет собой локомотив, в составе которого имеется комплекс электрического и механического оборудования, используемые для осуществления движения поездов по железной дороге. На рисунке 1.1 представлена упрощенная силовая электрическая схема электровоза однофазного переменного тока.

ТП – токоприемник; ГВ – главный выключатель; Р – разъединитель; Тр – тяговый трансформатор; ВУ – выпрямительная установка; СР – сглаживающий ректор; Я – обмотка якоря; ОВ – обмотка возбуждения; ТД – тяговый двигатель; Rш – активное шунтирующее сопротивление.

Рисунок 1.1 – Упрощенная силовая электрическая схема электровоза

однофазного переменного тока

1.2 Описание работы электровоза переменного тока

Принцип действия силовой электрической схемы электровоза переменного тока заключается в следующем. В контактную сеть (контактный провод и рельс) от тяговой подстанции подается однофазное переменное напряжение величиной 25 кВ. Через поднятый токоприемник (ТП), главный выключатель (ГВ) и разъединитель (Р) электровоза, это напряжение подается на первичную обмотку тягового трансформатора (Тр). Со вторичной обмотки этого трансформатора пониженное до величины 1200 В переменное напряжение подается на выпрямительную установку (ВУ) (вентильный преобразователь), с выхода которой выпрямленное напряжение постоянного тока поступает через сглаживающий реактор (СР) на несколько тяговых двигателей (ТД) постоянного пульсирующего тока, у которых обмотка якоря (Я) и обмотка возбуждения (ОВ) соединены последовательно. Реактор СР предназначен для сглаживания пульсаций постоянного тока. Активное шунтирующее сопротивление R_ш, включенное параллельно обмотке возбуждения, предназначено для сглаживания пульсаций магнитного потока, образованного током в обмотке возбуждения. При поступлении постоянного тока в обмотку якоря двигателя на его валу образуется вращающий момент, который через зубчатый редуктор передается для вращения колесных пар локомотива. Несколько (4, 6, 8, 12 и т.д.) тяговых двигателей образуют силу тяги локомотива, который ведет поезд по участку железной дороги.

1.3 Общие сведения об электровозе переменного тока

1.3.1 Полупроводниковые вентили

Для преобразования переменного тока в постоянный, на электровозах переменного тока устанавливают выпрямители. В качестве выпрямителей используют электрические вентили. Электрическим вентилем называют электротехническое устройство, проводимость которого резко зависит от направления электрического тока. Вентильный эффект можно получить на границе металла и электролита, металла и газа (ионные вентили), металла и полупроводника, двух полупроводников с различными примесями (полупроводниковые вентили). Вентили могут быть управляемыми и неуправляемыми. Проводимость управляемых вентилей можно изменять, подавая управляющий сигнал.

В ХХ веке на электровозах переменного тока для преобразования тока использовали ртутные выпрямители. Ртутным выпрямителям свойственны серьезные недостатки: для того чтобы подготовить их к работе, требуется время для разогрева; сложна система управления вентилями, не исключена возможность обратного зажигания, т. е. потеря вентильных свойств.

В настоящее время на всех электровозах переменного тока применяют только полупроводниковые выпрямители. В электровозах серии ВЛ60 ртутные вентили на полупроводниковые заменяли при капитальном ремонте.

На электроподвижном составе используют вентили (рисунок 1.2, а), рассчитанные на большую мощность. Основу вентиля составляет выпрямительный элемент с кремниевой пластиной (рисунок 1.2, б) толщиной от 0,4 до 0,5 мм. Чтобы защитить хрупкую пластину от механических воздействий, к ней припаивают с обеих сторон две вольфрамовые пластины, имеющие примерно такой же коэффициент линейного расширения, что и кремниевая. Герметический корпус предотвращает проникновение к выпрямительному элементу влаги, пыли и грязи[1].

Рисунок 1.2 – Общий вид (а) и разрез (б) кремниевого вентиля

Основной для полупроводниковых вентилей является вольт-амперная характеристика, показывающая зависимость силы тока, проходящего через вентиль в прямом и обратном направлении, от напряжения (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Вольт-амперная характеристика кремниевого вентиля

При прямом (проводящем) включении вентиля с увеличением приложенного напряжения U_пр ток I_пр резко возрастает. Если вентиль включить в непроводящем направлении (левая часть рисунка 1.3), ток I_oбp через него с увеличением обратного напряжения U_обр возрастает медленно. Это продолжается до определенного предельного значения напряжения, при котором ток составляет сотые доли процента от предельного прямого тока. При достижении предельного напряжения U_max обратный ток резко возрастает и наступает пробой вентиля. Поэтому напряжение, подводимое к вентилю, не должно превышать значения U_max, при котором происходит пробой.

1.3.2 Вентильные преобразователи и схемы их включения

Вентильные преобразователи электровоза в виде выпрямителей представляют собой устройства для преобразования однофазного переменного электрического тока в постоянный ток с помощью полупроводниковых вентилей.

Из вентилей, соединенных в определенной последовательности, собирают выпрямительную установку (выпрямитель). Конструкция выпрямителя зависит от напряжения переменного тока, который нужно преобразовать в постоянный, тока нагрузки и схемы подключения выпрямителя к обмотке трансформатора.

Выпрямители электровозов могут быть соединены с обмоткой трансформатора различными схемами: двухполупериодная схема с нулевой точкой, мостовая схема и четырехзонная мостовая схема (рисунок 1.4).

В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, а выпрямитель и двигатель выключают (как показано на рисунке 1.4, а). Когда э. д. с., а следовательно, и напряжение в первый полупериод направлены слева направо (сплошная стрелка на рисунке 1.4, а), проводит ток (открыт) выпрямитель B₂, а выпрямитель В₁ заперт: к нему приложено напряжение, действующее в непроводящем направлении. При изменении направления э. д. с. трансформатора на противоположное ток проводит вентиль В₁. Таким образом, в течение обоих полупериодов через двигатель проходит ток, изменяющийся от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля[1].

Характеристики

Список файлов ВКР