5.2 Рекуперация на постоянном токе

Для передачи избыточной кинетической энергии, накопленной ПС в процессе движения по участку дороги в виде электрической энергии, выполняем условия:

Во-первых, для выхода электроэнергии от трамвая к любому потребителю электроэнергии необходимо, чтобы э. д. с. двигателей ПС была выше приложенного к ПС напряжения. Только в этом случае ПС может из потребителя превратить­ся в источник электроэнергии.

Во-вторых, необходим приемник (или приемники) электроэнергии, мощность которого (которых) была бы больше или равна рекуперируемой трамваем мощности.

В-третьих, э. д. с. двигателей должна быть достаточной для покрытия всех потерь напряжения в контуре (контурах) «рекуперирующий ПС — сеть электроснабжения — приемник (приемники) электроэнергии» при данном токе рекуперации. Мощность, развиваемая в режиме рекуперации:

где — двигателей рекуперирующего ПС.

В качестве приемников электроэнергии могут использоваться:

-резисторы на ПС (реостатное торможение);

-трамваи, находящиеся в режиме тяги;

-преобразователи (двигатель-генераторы или инверторные агрегаты), преобразующие на подстанциях энергию рекуперации (на постоянном токе) в энергию 3-х фазного пер. тока и передающие ее другим потребителям;

-балластные резисторы (поглощающие устройства) на подстанциях и (или) в тяговой сети, в которых энергия рекуперирующих трамваев рассеивается в качестве тепловой энергии.

Наиболее выгодными приемниками являются трамваи, на­ходящиеся в режиме тяги, так как при этом энергия рекуперации полезно используется и ее передача к приемнику связана с наименьшими потерями. Передача происходит без преобразователей, а со­противление сети, соединяющей рекуперирующий (Р) и тяговый (Т) Трамваи, является наименьшим. Для того, чтобы э.д.с. Р могла быть выше приложенного к нему в режиме тяги напряжения необходимо в режиме рекуперации перевести двигатель на независимое возбуждение. В этом случае, меняяем соответствующим образами токи возбуждения, можно регулировать э. д. с. двигателей в нужных пределах практически при любой скорости движения Р.

Взаимодействие рекуперирующего и тягового ПС

Рассмотрим один из случаев, когда фидерная зона получает питание от одной подстанции и на зоне находится один Р и один Т взаимодействующие друг с другом трамваи. Предпо­лагается для упрощения, что других приемников электро­энергии, кроме Т, нет и вся нагрузка Т покрывается Р. Схема замещения сети для это­го случая представлена на.

Потребляемый Т в устано­вившемся режиме ток, если пренебречь изменением сопро­тивления движению при изме­нении напряжения, не зависит от приложенного к двигателям напряжения, и однозначно оп­ределяется весом ПС и про­филем пути. Изменение напря­жения (длительное) влияет только на скорость. э. д. с. двигателя Т мож­но определить так:

При поставленном выше условии подстанция не должна участво­вать в питании Т. В соответствии с методом узловых напряжений ток в цепи подстанции

Уже при ток оказывается равным нулю. Если значе­ние больше, то разность становится меньше нуля и ток тем более равен нулю, так как на подстанциях используют стати­ческие преобразователи, и ток в непроводящем направлении вен­тилей преобразователей протекать не может.

Следовательно, наименьшее узловое напряжение следует определьять исходя из ус­ловий, что, откуда имеем:

При по 1-му закону Кирхгофа для узла а (илиb) можно запи­сать :

В ветви Р имеем в соответствии со 2-м закона Кирхгофом

_{Откладываем} ток по оси абсцисс в направлении, противоположном. Откладываем по оси ординат известное значение спряжения хх подстанции U₀. Наи­меньшее необходимое значение э. д. с. Р

В ветви Т

Следовательно, на токоприемнике в этом режиме работы току I_р1 соответствует напряжение U₀. Если Е_др оказывается меньше максимально допустимого на дорогах с рекуперацией напряжения Е_дрmax=600В, то в случае необходимости машинист может увеличить ток возбуждения двигателей, при этом увеличится магнитный поток возбуждения двигателей и он может повысить Е_др при той же скорости движения до Е_дрmax . При неизменном токе рекуперации I_р1 это означает пропорциональное увеличение рекуперируемой мощности.

Преобразование энергии рекуперации на подстанциях

Рассмотрим второй случай. Пусть имеются Р и подстанция с инверторным агрегатом, а тяговые нагрузки находятся за пределами досягаемости Р. Инверторный агрегат в отличие от выпрямительного преобразует энергию постоянного тока в переменного. На участках с рекуперативным торможением ставят по 2 выпрямительно-инв. агрегата, которые обычно работают выпрямителями, а при рекуперации приходят в инверторное положение.

Агрегаты в 1-ом режиме, обладают сопротивлением (+ внешняя питающая сеть) R_B меньшее, чем сопротивление одного выпр.-инв. агрегата R_a в режиме инвертирования. источником энергии становится Р, а потребителем — подстанция с сопротивлением R_И. Следовательно, Р должен генерировать такую Е_др, чтобы она уравновешивала напряжение холостого ходаU₀' и потерю напряжения в сопротивлении подстанции R_и под действием тока I_P.

Работа в инверторном режиме идет с момента установления на шинах подстанции и в сети У холостого ходаU_Q.Если нет тяговых нагрузок, то Р, вызовет работу подстанции на инв. режим, и еще увеличит напряжение до U₀'.

Напряжение U₀' является уставным для перехода выпр.-инв. агрегата в инверторным режим. Уставка U₀' делается большей, чем U_о, во избежание случайной смены положения инвертора. Последующее увеличениеэдс Р ведет к увеличению рекуперируемого Р тока, проходящего сквозь инвертор.

На плакате взаимодействует Р с подстанцией схему замещения, здесь R —от Р до шин подстанции, включая внутреннее сопротивление Трамвая. В отличие от работы Р на Т, тут ток от инвертора – линейная функция э. д. с. Р и напряженияU₀'

Это выражение легко привести к нашему виду