ДП 140604.65. ПЗ 658 (1232986), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

а – с нулевой точкой; б – мостовая; в – четырехзонная мостовая

Рисунок 1.4 – Схемы двухполупериодного выпрямления

1.3.3 Описание работы схемы двухполупериодного выпрямления с нулевой точкой, мостовой схемы и четырехзонной мостовой схемы

В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, выпрямитель и двигатель включают, как показано на рисунке 1.4, а). Когда э. д. с, следовательно, и напряжение в первый полупериод направлены слева направо (сплошная стрелка на рисунке 1.4, а) – проводит ток (открыт) вентиль В₂, а вентиль В₁ закрыт. К нему приложено напряжение, действующее в непроводящем направлении. При изменении направления э. д. с. трансформатора на противоположное (пунктирная стрелка на рисунке 1.4, а) – ток проводит вентиль. Таким образом, в течение обоих полупериодов через двигатель проходит ток, изменяющийся от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля.

Недостаток такой схемы выпрямления заключается в том, что в каждый полупериод работает только половина обмотки трансформатора, что приводит к плохому использованию.

Выпрямительная установка, собранная по мостовой схеме, состоит из четырех плеч (рисунок 1.4, б). Когда напряжение во вторичной обмотке трансформатора действует слева направо, ток проходит через вентиль В1, нагрузку (двигатель), вентиль В3 в обмотку трансформатора (сплошные стрелки). При изменении направления напряжения (пунктирные стрелки) ток проходит через вентиль В2, нагрузку, вентиль В4 и возвращается в обмотку трансформатора. Следовательно, как и в предыдущей схеме, ток в каждый полупериод проходит через нагрузку в одном направлении[1].

2 Анализ существующих систем учета расхода электроэнергии

2.1 Анализ существующих систем учета расхода электроэнергии на электровозах переменного тока

Учет электрической энергии – главное условие осуществления хозяйственного расчета между потребителями и производителями электрической энергии. В настоящее время учет электрической энергии на электровозах переменного тока осуществляется счетчиками электроэнергии, которая возвращается при рекуперативном торможении обратно в сеть после расхода на тягу поездов. С помощью счетчиков определяют удельные расходы электроэнергии на перевозку грузов, эффективность действий локомотивных бригад по применению режимов тяги и рекуперативного торможения при ведении поезда, сравнивают энергетические параметры, а также оценивают экономический эффект при внедрении энергосберегающих технологий.

В системе учета электрической энергии имеется ряд недостатков. Это недостатки схемных решений измерительной системы учета электроэнергии на электроподвижном составе переменного тока, ее большая погрешность в замерах электроэнергии. Вопросам учета электрической энергии на электровозах переменного тока посвящено достаточно много работ – это работы Молина Н.И., Хомякова Б.И., Находкина В.В.., Капустина Л.Д., Бакланова А.А. и многих других. В трудах этих специалистов рассмотрены основные понятия и принципы измерения расхода электроэнергии на электроподвижном составе переменного тока, состояние существующих измерительных систем учета электроэнергии, пути совершенствования систем учета электрической энергии с целью повышения точности измерения расхода электроэнергии на тягу поездов. Но в их работах недостаточно представлены исследования причин возникновения погрешности (недостаточной достоверности) учета расхода электрической энергии на электровозах переменного тока, раскрывающие в деталях процессы, протекающие в системах учета электроэнергии на тягу поездов.

На сегодняшний день на большинстве серий электровозов переменного тока, из-за отсутствия измерительных трансформаторов напряжения, применяют упрощенную схему измерения расхода электрической энергии. В такой схеме цепи, напряжения счетчиков электрической энергии подключены к части обмотки собственных нужд на вторичной стороне тягового трансформатора электровоза, а токовые цепи - к трансформатору тока, установленного в цепи первичной обмотки тягового электровоза. Единой пропорциональной зависимости между изменениями напряжения в контактной сети и напряжения на обмотке собственных нужд трансформатора для разных электровозов переменного тока нет, поэтому для оценки удельного расхода энергии на тягу поездов приходится принимать усредненные коэффициенты трансформации, неодинаковые для разных типов электровозов. Все это вызывает значительную погрешность измерения расхода электрической энергии и может применяться только для сравнительной характеристики потребления электроэнергии электровозами одной и той же серии с одинаковым оборудованием.

Пример: при больших углах коммутации величиной 40-45 эл.град. из-за значительной потери напряжения в индуктивном сопротивлении обмоток тягового трансформатора напряжение на обмотке собственных нужд, подаваемое на счетчик электроэнергии, отличается от напряжения на токоприемнике электровоза на 10-20% по модулю и на 3-4° по фазе, согласно [2]. В результате, погрешность учета электроэнергии на электроподвижном составе одного и того же типа составляет не менее 10%. Эти погрешности учета электроэнергии влекут за собой появление определенной доли условных потерь в системе тягового электроснабжения.

На электровозах серии ВЛ85 первого выпуска применялась схема измерения с высоковольтным измерительным трансформатором напряжения ОЛТ-0,1/25УХЛ1, первичная обмотка которого с номинальным напряжением 25 кВ подключена к первичной обмотке тягового трансформатора, а вторичная с напряжением 220 В – к бортовым счетчикам расхода электрической энергии с номинальным напряжением 220 В. Такая схема позволяет измерять расход электроэнергии с большей точностью. На электровозах ВЛ85 последних выпусков измерительные трансформаторы напряжения не установлены из-за их конструктивных и технологических недостатков, их недостаточной надежности. Цепи напряжения счетчиков по-прежнему подключены к обмоткам собственных нужд тяговых трансформаторов электровозов, поэтому погрешность измерения электрической энергии достаточно высока[3].

В работе [4] проанализированы результаты экспериментальных исследований существующих систем измерения расхода электрической энергии на электровозах переменного тока. В них дана приближенная оценка погрешности измерения расхода электроэнергии счетчиками электровозов разных серий в зависимости от типов тяговых трансформаторов электровозов.

Анализ полученных зависимостей измеряемого напряжения, поступающего на счетчик электроэнергии от величины тока якорей двигателей для различных серий электровозов показал, что при упрощенной схеме измерения расхода электроэнергии (без измерительного трансформатора напряжения) напряжение, поступающее на счетчик, несколько выше того, которое должно соответствовать действительному напряжению на токоприемнике, а значит и расход электроэнергии, замеренный по электровозным счетчикам, выше действительного.

В работе [5] приведена сравнительная оценка методик расчета активной, реактивной и полной мощностей работы электрооборудования электровозов и определения их коэффициентов мощности. Она показывает, что предлагаемые методики расчета мощностей по средним и действующим значениям тока и напряжения за период, а также интегральная методика, основанная на интегрировании произведения величины напряжения и приращения тока или величины тока и приращения напряжения, дают довольно большую погрешность (до 20%) по сравнению с методом регистрации мгновенных значений токов и напряжений и разложения полученных кривых в ряды Фурье. Исходя из этого, автор данной публикации показывает, что более точный расчет указанных мощностей можно выполнить путем разложения кривых тока и напряжения на гармоники. Это предполагает использование большого количества машинного ресурса и времени, что требует применения современных микропроцессорных устройств с большим объемом памяти.

Следовательно, более точным способом определения расхода электрической энергии будет способ, основанный на регистрации мгновенных значений токов и напряжений и разложении полученных кривых в ряды Фурье в интервале времени, кратном периоду питающего напряжения. Далее с учетом высших гармоник вычисляется расход электрической энергии. Этот способ взят за основу при разработке системы учета расхода электрической энергии на электровозах переменного тока.

Правильная организация системы учета электроэнергии необходима, потому что ее производство и потребление практически совпадают во времени и допущенная ошибка в учете электроэнергии при ее производстве или потреблении может быть исправлена только расчетным путем. В основе такого расчета лежит косвенный путь учета электроэнергии и поэтому влечет за собой погрешность.

Таким образом, решение проблемы снижения погрешности учета электроэнергии возможно только при условии создания и организации такой системы учета, при которой на основе регистрации мгновенных значений токов и напряжений и разложении полученных кривых в ряды Фурье будет осуществлено точное, оперативное и достоверное измерение расхода электрической энергии. Такая система позволит:

- организовать точный и непрерывный учет электрической энергии, по-требляемый на тягу поездов, что даст возможность обоснованно решать спорные вопросы, возникающие при взаимоотношениях с энергоснабжающей организацией;

- получить картину электропотребления каждого участка в режиме, мак-симально приближенном к реальному времени, и позволит разработать мероприятия по энергосбережению;

- снизить недоучет электрической энергии на собственные и хозяйствен-ные нужды;

- сократить потери и нерациональные расходы электрической энергии пу-тем разработки приемов оптимального режима работы электровозов, режимных карт вождения грузовых поездов, позволяющих обучать локомотивные бригады и выбирать рациональные режимы вождения;

- организовать систему стимулирования работников локомотивного депо по реализации мероприятий по энергосбережению;

- производить финансовые расчеты между потребителем и энергоснаб-жающей организацией;

- управлять режимами энергопотребления;

- определять и прогнозировать баланс электрической энергии.

2.2 Анализ существующих систем в области автоматизации учета расхода электроэнергии на электровозах переменного тока

Расход электрической энергии на тягу поездов составляет свыше 33 млрд. кВт∙ч в год или 83 % от общего ее расхода железнодорожным транспортом. В связи с этим постоянно проводятся работы по поиску рациональных методов использования электрической энергии и экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов. В таких условиях правильный учет расхода электрической энергии окажет серьезное влияние на поиск рациональных режимов работы электрооборудования системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава, а также путей экономии электрической энергии. Для решения этих задач на ряде железных дорог России ведутся работы по замене счетчиков электрической энергии на более современные (электронные и микропроцессорные) и разработке рациональных схем их включения, а также внедрению автоматизированных систем коммерческого учета электропотребления (АСКУЭ)[3].

Перевод задачи учета электрической энергии на ЭВМ со специализированным программным обеспечением придает этим системам дополнительную гибкость, позволяет сократить затраты ручного труда на обработку информации и получить эффект за счет сокращения трудоемкости обработки.

Проведение измерений без непосредственного участия человека, т.е. автоматически, позволяет резко повысить производительность труда, обеспечить высокую объективность полученных результатов вследствие исключения погрешности измерений, вносимой оператором. Автоматизация позволяет обеспечить:

- сбор измерительной информации в местах, недоступных для непосред-ственного участия человека в процессе измерения и контроля;

- длительные, многократно повторяющиеся измерения;

- одновременное измерение большого числа величин;

- измерение параметров быстропротекающих процессов, время изменения которых соизмеримо со временем измерения и обработки полученных результатов по расходу электрической энергии, а также со временем принятия решения;

- измерения, характеризующиеся большими массивами полученной ин-формации и сложными алгоритмами ее обработки;

- вести непрерывный мониторинг расхода электрической энергии на электровозах.

Характеристики

Список файлов ВКР