Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Совершенствование системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока

Диссертация: Совершенствование системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Целью работы является исследование электромагнитных процессов в системе питания вспомогательных электроприводов на отечественных электровозах переменного тока в условиях меняющейся нагрузки тяговой цепи, установление причин возникновения недопустимых режимов питания вспомогательных машин и разработка усовершенствованной системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока. Читать ещё >

Содержание

  • 1. Аналитический обзор систем питания собственных нужд электроподвижного состава
    • 1. 1. Системы собственных нужд на электроподвижном составе постоянного тока
    • 1. 2. Системы собственных нужд на электровозах переменного тока серий ЧС
    • 1. 3. Отечественные электровозы переменного тока
    • 1. 4. Недостатки существующих систем питания
    • 1. 5. Анализ технических решений вспомогательных приводов зарубежного подвижного состава
    • 1. 6. Топологии схем тяговых вспомогательных преобразователей
    • 1. 7. Мощности вспомогательных машин и преобразовательных установок
    • 1. 8. Резервирование
    • 1. 9. Применяемая элементная база
    • 1. 10. Компоновочные решения
    • 1. 11. Отечественный опыт построения статических преобразователей собственных нужд
    • 1. 12. Обобщенная структура
  • Выводы
  • 2. Анализ процессов в системах собственных нужд с конденсаторными и вращающимися фазорасщепителями
    • 2. 1. Анализ работы вспомогательных машин на отечественных электровозах переменного тока
      • 2. 1. 1. Структура схем подключения вспомогательных машин
      • 2. 1. 2. Анализ отказов электрических машин в эксплуатации
      • 2. 1. 3. Типы и параметры вспомогательных машин
      • 2. 1. 4. Приводные механизмы, их характеристики и параметры
    • 2. 2. Имитационная модель асинхронного двигателя
    • 2. 3. Моделирование работы вспомогательных двигателей при синусоидальных режимах
    • 2. 4. Описание показателей качества работы вспомогательных машин
      • 2. 4. 1. Показатели переходного режима
      • 2. 4. 2. Показатели установившегося режима
    • 2. 5. Анализ электромагнитных процессов
      • 2. 5. 1. Установившиеся режимы асинхронных двигателей при питании от однофазной сети с синусоидальным напряжением
      • 2. 5. 2. Оценка синусоидальных режимов работы вспомогательных машин
  • Выводы
  • 3. Анализ электромагнитных процессов во вспомогательных машинах с учетом тяговой нагрузки
    • 3. 1. Расчетные режимы с учетом тяговой нагрузки
      • 3. 1. 1. Разработка математической модели трансформатора
    • 3. 2. Моделирование контактной сети
    • 3. 3. Результаты имитационного моделирования работы вспомогательных машин с учетом тяговой нагрузки.'
      • 3. 3. 1. Переходные режимы (режимы пуска)
      • 3. 3. 2. Исследование работы вспомогательных электроприводов при рекуперации электровоза
      • 3. 3. 3. Влияние работы электровозов на соседних фидерных зонах
      • 3. 3. 4. Физика появления искажений фазных токов двигателя и тока обмотки СН
    • 3. 4. Сравнение расчетных и экспериментальных данных
  • Выводы
  • 4. Разработка системы симметрирования фазных напряжений
    • 4. 1. Функциональная роль фазорасщепителя
    • 4. 2. Определение необходимой мощности фазорасщепителя
    • 4. 3. Принцип управления преобразователем
    • 4. 4. Способ формирования напряжения
      • 4. 4. 1. Предельное качество регулирования преобразователя
    • 4. 5. Общая информация о схемотехническом решении
      • 4. 5. 1. Реверсивный расщепитель фаз
      • 4. 5. 2. Определение частоты первой гармоники напряжения
      • 4. 5. 3. Определение амплитуды первой гармоники напряжения
      • 4. 5. 4. Получение высокого коэффициента мощности на входном преобразователе
      • 4. 5. 5. Синтез контура тока
      • 4. 5. 6. Выбор емкости синус-фильтра Cf
      • 4. 5. 7. Выбор пусковой фазосдвигающей емкости
      • 4. 5. 8. Фазосдвигающая емкость, как накопитель реактивной энергии
      • 4. 5. 9. Выбор емкостей С и С
      • 4. 5. 10. Определение зависимости частоты переключения ключей/ индуктивности дросселя Lf и непостоянной составляющей тока (ширина токового коридора) А
    • 4. 6. Расчетные режимы работы статического расщепителя фаз
    • 4. 7. Параметры расчетных схем
    • 4. 8. Результаты расчета
      • 4. 8. 1. Результаты расчета работы инвертора при синусоидальном питании в режимах А2 и A
      • 4. 8. 2. Работа фазорасщепителя в режиме пуска двигателя, режим А
      • 4. 8. 3. Электромагнитные процессы двух- и трехуровневых инверторов в режиме А
      • 4. 8. 4. Результаты расчета переходных процессов при работе фазорасщепителя
      • 4. 8. 5. Работа преобразователя при наличии тягового тока (режимы Bl, В2 и ВЗ, раздел 4.6)
  • Выводы
  • 5. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ фазосдвигающего устройства

Совершенствование системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одним из условий успешного развития экономики Российской федерации является наличие эффективной и надежной транспортной системы. Эффективная работа железнодорожного транспорта немыслима без надежной работы подвижного состава. В настоящее время в Российской федерации эксплуатационная длина электрифицированных линий составляет около 45 тысяч километров железных дорог, из которых более 22 тысяч электрифицировано на переменном токе. Вождение поездов обеспечивает более 5000 электровозов переменного тока. Из них около 4500 электровозов — это электровозы отечественного производства, на которых для привода вспомогательных механизмов и агрегатов используются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное, необходимого для питания вспомогательных электроприводов, применяются вращающиеся электромашшшые расщепители фаз или конденсаторные расщепители фаз. При этом на электровозах последних выпусков 2ЭС5к, ЭП1М преимущественное применение получила система питания вспомогательных электроприводов с конденсаторным расщеплением фаз.

Исключительная простота системы питания вспомогательных машин в сочетании с асинхронными двигателями предполагает высокий уровень надежности вспомогательных электроприводов на этих электровозах. Однако до 20% от общего числа отказов на этих электровозах связано с системами собственных нужд. Наблюдается тенденция роста количества отказов вспомогательных электродвигателей при увеличении массы поездов и скоростей движения.

Особая роль вспомогательных машин в работе электровозов, связанная обеспечением безопасности движения поездов, широкое распространение электровозов на сети железных дорог России определяют актуальность работ, направленных на повышение надежности систем питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока.

Целью работы является исследование электромагнитных процессов в системе питания вспомогательных электроприводов на отечественных электровозах переменного тока в условиях меняющейся нагрузки тяговой цепи, установление причин возникновения недопустимых режимов питания вспомогательных машин и разработка усовершенствованной системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые выполнено комплексное исследование электромагнитных процессов во вспомогательных электроприводах электровозов переменного тока с учетом влияния параметров системы электроснабжения и тяговой нагрузки.

2. Установлено, что возникновение недопустимых режимов питания вспомогательных машин на электровозах переменного тока связано с рядом причин, среди которых основными являются: снижение напряжения на токоприемнике и тяговая нагрузка, подключенная к тяговому трансформатору.

3. Показано, что процессы коммутации в тяговом выпрямителе вызывают периодические замыкания тяговой обмотки трансформатора, которые трансформируются в обмотку собственных нужд и вызывают искажения напряжения и тока вспомогательных асинхронных двигателей. Коэффициенты несинусоидальности токов фаз двигателей увеличиваются до 60%.

4. Предложен способ расщепления однофазного переменного напряжения в трехфазное, сформулированы требования к статическому расщепителю фаз для питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока симметричным трехфазным переменным напряжением.

Принципиальная новизна предложенного решения подтверждена положительным решением на выдачу патента и патентом на полезную модель.

Практическая полезность работы:

— Создана математическая модель, позволяющая исследовать. работу системы питания вспомогательных электроприводов электровозов переменного тока. С использованием математической модели возможно оценивать степень влияния на работу вспомогательных машин параметров контактной сети, расстояния удаления электровоза от тяговой подстанции, тяговой нагрузки рассматриваемого электровоза и электровозов на соседних фидерных зонах.

— Показано, что полупроводниковый преобразователь для расщепления однофазного напряжения в трехфазное должен быть реверсивным и обеспечивать двухсторонний обмен энергией между источником питания и нагрузкой.

Достоверность полученных результатов, сформулированных в диссертации обусловлена:

— методами получения данных, в которых все выводы базируются на использовании фундаментальных законов электротехники и корректностью выбранных допущений.

— удовлетворительным совпадением результатов расчета с осциллограммами фазных токов и напряжений, полученных при испытаниях электровоза серии ВЛ85 на Восточно-Сибирской и Забайкальской ж.д.

— сходимостью расчетных данных с результатами эксперимента, полученными на макетном образце.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. В системах питания вспомогательных электроприводов переменного тока с конденсаторными и вращающимися расщепителями фаз наблюдаются высокие коэффициенты несимметрии тока при пониженном напряжении питания. Для системы питания с вращающимся фазорасщепителем при снижении напряжения на токоприемнике до 19 кВ коэффициент несимметрии фазных токов вспомогательных машин достигает 60%, а ток одной из фаз превышает номинальную величину и составляет 128А.

2. На качество питания вспомогательных машин серьезное влияние оказывает наличие тягового тока. В результате влияния тягового тока величины высших гармоник фазных токов вспомогательных двигателей могут достигать 60% от первой гармоники тока. Коэффициенты несинусоидальности фазных токов достигают 80%.

3. На величину искажений фазных токов вспомогательных машин оказывают влияние параметры тяговой сети. Так, коэффициент несинусоидальности по току приблизительно на 40% выше при консольном питании в сравнении с питанием в середине фидерной зоны при двустороннем питании.

4. Для получения симметричного напряжения вспомогательных машин можно использовать однофазный преобразователь переменного напряжения в переменное — статический расщепитель фаз, который должен быть реверсивным, т. е. обладать двусторонней проводимостью.

5. Использование расщепителя фаз позволяет добиться формирования симметричной системы трехфазных напряжений при любом питающем напряжении в диапазоне 19−29 кВ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.П., Осипов С. И. Пустовойтов М.П., Пассажирские электровозы ЧС1 и ЧСЗ. -Всесоюзное издательско-полиграфические объединение министерства путей сообщения, 1962.-161 с.
  2. В.А. Пассажирский электровоз ЧС2. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: «Транспорт», 1976, 320 с.
  3. И.И., Локомотивной бригаде об электровозе ЧС7. М.: ИКЦ «Академ-книга», 2003.-223 е.: ил.
  4. Электровоз ВЛ11м: Руководство по эксплуатации. М.: «Транспорт», 1992. 416 с.
  5. М.Ф., Савичев Н. В., Электровоз ВЛ15. Справочник для локомотивных и ремонтных бригад СПб.: «Астерион», 2003. — 380 с.
  6. Электропоезда постоянного тока ЭТ2, ЭР2т, ЭД2т, ЭД4м. М.: Центр Коммерческих Разработок, 2003. — 184 е., табл., ил.
  7. В.А., Колесин Ю. В., Ильин И. П., Потапов A.C., Моховиков Д.И. Пассажирские
  8. Электровозы ЧС4 и ЧС4т. Изд. 2-е, перераб и доп. М.: «Транспорт», 1975, 384 с. Рис 255, табл. 2.
  9. А.М, Рутштейн. Вспомогательный привод электровозов переменного тока. Стр 162.
  10. Вестник ВЭлНИИ 2(56), Новочеркасск 2008.
  11. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации/ Б. А. Тушканов, Н. Г. Пушкарев, Л.А.
  12. Позднякова и др. М.: Транспорт, 1992. — 480 е.: ил., табл.
  13. Железные дороги мира 2000, № 11. Семейство электропоездов серий 423 — 426. Перевод статьи: Р. Falk. Elektrische Bahnen, 2000 № 5/6, S163−173.
  14. Железные дороги мира 1994, № 5. Электрооборудование поезда серии 610. Перевод статьи: F. Haefner et al. Elektrische Bahnen, 1993, № 7, S 228−236- № 8, S 265−271.
  15. Железные дороги мира 2000, № 10. AGV — Высокоскоростной поезд нового поколения. Перевод статьи: D. Briginshaw. International Railway Journal, 2000 № 5, p. 15−18.
  16. Железные дороги мира 2000, № 3. Высокоскоростной поезд Arlanda-Express. Перевод статьи: В. Engel, Elektrische Bahnen 1999, № 5, S. 171 177- материалы фирмы Aistom.
  17. Triebfahrzeuge 8/2001, S. 320
  18. Железные дороги мира 2001, № 10. Электровоз Е.464 железных дорог Италии. Перевод статьи: С. Miglioniri M.Dal. Pino. La Tecnica Professionale, 2000, № 10, p. 7−14.
  19. Железные дороги мира 2001, № 9. Двухсистемный электровоз серии EG3100 Государственных железных дорог Дании. Перевод статьи: О. Pedersen et al. Elektrische Bahnen, 2000, № 11/12. S 412−424.
  20. Электропоезд Heathrow Express, Железные дороги мира № 1 2000
  21. Электрооборудование поездов ICE-T и ICE3. Перевод статьи: Н. Kurz. Elektrische Bahnen, 2000 № 11/12, S. 429−440. Железные дороги мира № 8 2001.
  22. ICE3 Высокоскоростной поезд для Европы. Железные дороги мира № 4, 1997.
  23. Железные дороги мира № 2, 2001. С. 31−32
  24. Elektrische Bahnen. 4/2002. S. 151. D. Fried, B.Braun. Hochgeschwindigkeitstriebkopf Talgo 350 Vorserie.
  25. Elektrishe Bahnen 5/90. V. Distelrath, A. Martin: The S.252 Dual System AC Electric Locomotive.
  26. т. 42, Новочеркасск, 2000. А. И. Лещев, С. С. Матекин, С. А. Усвицкий, В. Н. Поздняков. Система вспомогательного привода электровоза двойного питания типа ЭП10.
  27. Дипломный проект Невинский A.B., «Разработка преобразователя собственных нужд двухсистемного электровоза ЭП20», кафедра «Электрическая тяга» МИИТ, 2003
  28. Электроника и электрооборудование транспорта, № 2−3, 2010. Невинский A.B. «Системы питания цепей собственных нужд современного тягового подвижного состава».
  29. .Н., Трахтман JT.M. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. Учебник для вузов ж.д. трансп. 4-е изд., перераб и доп. — М.: Транспорт, 1980. — 471 с.
  30. М.А. Режимы работы асинхронного расщепителя фаз. Новочеркасск, «Электровозостроение», сборник научных трудов, № 13, 1971 г.
  31. Х.Я. и др. Устройство и работа электровозов переменного тока: Учебник для технических школ железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1982 г. — 486 е., ил., табл.
  32. A.M., Щупак A.A., Назаров А.И. Совершенствование системы вспомогательного привода электровозов переменного тока, Новочеркасск, «Электровозостроение», сборник научных трудов, № 25, 1984
  33. В.В., Невинский A.B., «Совершенствование системы питания вспомогательных машин электровозов переменного тока» // Сборник трудов XI научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». МИИТ, 2010. — С. V-20-V-21.
  34. Электровоз 2ЭС5К Руководство по эксплуатации ИДМБ.661 142.009РЭ1 (ЗТС.001.012РЭ1).
  35. Г. П. Хализев. Электропривод и основы управления -М.: «Высшая школа», 1968, с. 1−366.
  36. Компрессоры локомотивов. Меренцев С. П. М., «Транспорт», 1974, с. 1−80.
  37. O.A., Рутштейн A.M. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. — М.: Транспорт, 1988. 233 с.
  38. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергия, 1980.-928 е., ил.
  39. В.А. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. «Исследование электромагнитных переходных процессов в силовых цепях асинхронного тягового привода электрического локомотива». М.: 1981 г. 182 с.
  40. И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах (Электрические машины): Учебник. — М.: Высш. школа, 1980. -256 е., ил
  41. ГОСТ 13 109–97 Межгосударственный стандарт «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»
  42. JI.A. Теоретические основы электротехники: издание девятое переработанное и дополненное М.: «Высшая школа», 1996. — 638 е., ил.
  43. Зависимость энергопотребления асинхронных вспомогательных машин электровозов от уровня питающего напряжения / Бочев A.C., Волосатов Д. В. // Материалы третьего междунар. симп. «Элтранс-2005», ПГУПС, 2007. С. 507−514.
  44. Элементы математической модели электровоза с тиристорным преобразователем / Т. К. Асанов, Р. И. Караев, А. В. Фролов и др. // Вестник ВНИИЖТ 1981. 3. — С.34−38.
  45. А.Г., Фролов С. А. «Моделирование тяговых трансформаторов электроподвижного состава.», Вестник МИИТа, вып. 13,2005, с 36.
  46. Д.А. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. «Регулируемый компенсатор реактивной мощности для электровозов однофазно-постоянного тока». М.: 2007 г. 153 с.
  47. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе контакная сеть-электровоз / А. Н. Савоськин, Ю. М. Кулинич, А. С. Алексеев // Электричество. 2002, — № 2. — С.29−35.
  48. К вопросу определения вклада тяговой нагрузки в ухудшение качества электрической энергии, связанного с высшими гармониками / Смирнов С. С., Коверникова Л. И., Молин Н.И.// Промышленная энергетика 1997. № 11. — С. 46 — 49.
  49. Г. Н.Шестоперов, О. Г. Арискин, А.С.Живечков- Разработка шкафа питания вспомогательных машин для электровозов переменного тока 2ЭС5К «Ермак" — «Электровозостроение», сборник научных трудов, № 58, 2009
  50. Н.В. Лебедева, К. А. Левадный, НЛО. Федорова- DSP-Микроконтроллер ядро современных систем управления преобразовательной техники ЭПС- Новочеркасск, «Электровозостроение», сборник научных трудов, № 61, 2011
  51. Е.А. Марченко- Ю.А. Федюков- С.Ф.Фошкина- Расщепитель фаз и расщепительный эффект. С.27−28. Локомотив № 4, 2011
  52. Ю.М., Литовченко В. В., Невинский А. В., «Многоуровневые инверторы в тяговых электроприводах» // Электротехника. 2011. — № 8. — С. 3−11.
  53. Система симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава. Патент РФ RU 106 999, МПК H02J 3/26 Рабинович М. Д., Иванов В. В., Литовченко В. В., Невинский А. В. // опубл 27.07.2011 Бюл. № 21
  54. В. M. Системы управления электроприводов: учеб. для студ. вузов / В. М. Терехов, О. И. Осипов. М.: Академия, 2005. — 304 с.
  55. Автоматизация электроподвижного состава Учебник для Вузов железнодорожного транспорта /А.Н. Савоськин, Л. А. Баранов, А.В. Плакс- под ред. А. Н. Савоськина М.: Транспорт, 1990, 311с.
  56. ГОСТ 6962–75 «Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений»
  57. LabView и CompactRIO: основы разработки приложений- коллектив National Instruments/ National Instruments, 2008 305 с, ил.
  58. Джеффри Тревис: Перевод с английского Клушин H.A. Lab View для всех. М.: ДМК Пресс- ПриборКомплект, 2005. — 544 е., ил.
  59. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. к.т.н. В. Г. Потемкина. -М.: «ДИАЛОГ-МИФИ», 2003.-496 е., ил.
  60. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLAB 6.0: Учебное пособие. СПб.: «КОРОНА принт», 2001. — 320 е., ил.
  61. К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007.-408 е.: илл. (Серия «Программируемые системы»).
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?