Система электрической тяги переменного тока пониженной частоты

В ряде стран Европы (ФРГ, Швейцария, Норвегия, Швеция, Австрия) применяется система переменного тока напряжением 15 кВ пониженной частоты 16 Уз Гц. При этой системе электрической тяги на электровозах используют однофазные коллекторные двигатели, которые не могут работать на промышленной частоте 50 Гц. В системах тягового электроснабжения в течение нескольких десятилетий использовались только машинные преобразователи.

Рис. 3.20. Станция стыкования постоянного и переменного токов:

В, А — выпрямительный агрегат; ПГ — пункт группировки; СИ — секционный изолятор; РУ — распределительное устройство; ИС — изолирующие сопряжения.

Преобразовательный агрегат представляет собой сложную регулируемую электромеханическую систему, состоящую из трехфазного двигателя, питаемого напряжением частотой 50 Гц и смонтированного на одном валу с ним однофазного генератора, вырабатывающего напряжение частотой 16 Уз Гц. Схема системы с машинным преобразователем изображена на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Схема преобразования энергии с помощью машинных преобразователей:

Tl, Т2 — трансформаторы сетей с частотами 50 и 16% 1ц; М- двигатель трехфазног о тока частотой 50 I ц; G — синхронный генератор однофазног о тока частотой 16 % I гг Замена машинных преобразователей силовыми электронными схемами является актуальной. R этом случае к статическим преобразователям предъявляются особенно высокие требования в отношении мощности и регулируемости. Схема преобразований энергии системы со статическими преобразователями показана на рис. 3.22.

Рис. 3.22. Схема преобразований энергии в системе со статическими преобразователями:

GI — трехфазный выпрямитель; F — /Х'-филыр, настроенный на частоту 33 'А Гц;

In — однофазный инвертор е частотой на выходе 16 Уз Гц; Tl, Т2 — трансформаторы сетей е частотами 50 и 16% Гц Машинные преобразователи этой системы требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат, но тем не менее их долгое время предпочитали статическим. Объясняется это тем, что машинные преобразователи надежно защищают сеть 50 Гц от гармоник 33 'А Гц, генерируемых в процессе преобразования частоты 50 Гц в 16 Уз Гц. Вращающийся преобразователь способствует стабилизации частоты, снижает уровень гармоник, компенсирует реактивную мощность, эффективно защищает при колебаниях нагрузки питающую сеть.

В статических преобразователях дополнительный фильтр и емкость промежуточного звена снижают уровень высших гармоник. В результате между системами с частотами 50 и 16 Уз Гц циркулирует только активная мощность.

Для систем тяги 16 Уз Гц создают обособленные энергосистемы, в которых электростанции имеют генераторы однофазные на частоту 16 ²/з Гц, электрические сети двухпроводные 110 кВ. К этим сетям присоединяют трансформаторы подстанций.

В настоящее время, например в Германии, сеть линий тягового электроснабжения частотой 16 Уз Гц имеет протяженность 7400 км. В нее входят 20 электростанций, 12 преобразовательных подстанций с машинными агрегатами и две со статическими. Они связаны со 150 подстанциями железных дорог, понижающих напряжение до 15 кВ для подачи в контакт ную сет ь.