5.2 Рекуперация электрической энергии на постоянном токе

Для передачи избыточной кинетической энергии, накопленной ПС в процессе движения по участку дороги в виде электрической энергии, необходимо выполнить следующие 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:

_(5.2.1)

где — э. д. с. 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 трехфазного переменного 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, меняя соответствующим образом ток возбуждения, можно регулировать э. д. с. двигателей в нужных пределах практически при любой скорости движения Р.

5.2.1 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 (рисунок 5.2.1.1а). Предпо­лагается для упрощения, что других приемников электро­энергии, кроме Т, нет и вся нагрузка Т покрывается Р. Схема замещения сети для это­го случая представлена на (рисунок 5.2.1.1б).

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:

. (5.2.1.1)

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

_{, (5.2.1.2)}

где — разность по­тенциалов между узлами, а и b (рисунок 2.1)

Для того чтобы соблюсти условие I_п=0, необходимо, чтобы со­хранялось условие

(5.2.1.3)

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.

Рисунок 5.2.1.1 - Схемы питания (а) и заземления (б) подстанции одним

рекуперирующем (Р) и одним тяговым(Т) трамваями:

R₁-сумма внутреннего сопротивления подстанции и тяговой сети от подстанции до Р;

R₂-сопротивление цепи Р;

R₃-сумма сопротивлений контактной сети на участке между Р и Т и цепи Т;

U₀-напряжение холостого хода подстанции;

Е_ДР и Е_ДТ - э. д. с. Р и Т

Следовательно, наименьшее узловое напряжение следует определять исходя из ус­ловия, что , откуда имеем:

(5.2.1.4)

При =0 по 1-му закону Кирхгофа для узла а (илиb) можно запи­сать : I_p1=I_T1

В ветви Р имеем в соответствии со 2-м законом Кирхгофа

(5.2.1.5)

. (5.2.1.6)

Откладываем ток по оси абсцисс в направлении, противоположном . Откладываем по оси ординат известное значение спряжения холостого хода подстанции U₀. Наи­меньшее необходимое значение э. д. с. Р

_(5.2.1.7)

В ветви Т

_, (5.2.1.8)

(5.2.1.9)

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 в контактной сети 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.