книги из ГПНТБ / Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока

Для получения наиболее достоверных данных, сопоставимых с расчетными, указанные величины осциллографировались на элек­ тровозе в наиболее удаленных точках сети — у постов секциониро­ вания (у каждого поста по пять осциллограмм). Всего исследова­ ниями было охвачено восемь последовательных фидерных зон (400 км). Получение осциллограмм у постов позволило точно рассчи­ тать анодное сопротивление сети, при этом доля сопротивления сети электроснабжения на участке от источников энергии до вводов на подстанции оказалась минимальной. Это позволило учесть сопро­ тивление этого участка сети как постоянную 10-процентную добав­ ку к вычисленному точно сопротивлению последующего участка сети электроснабжения, включающего тяговые трансформаторы подстанции, контактную сеть и трансформатор электровоза. При осциллографировании фиксировались позиции электровоза. Полу­ ченные из осциллограмм данные об углах коммутации, э. д. с. тя­ говых двигателей, гармониках использованы ниже.

Из приведенных данных видно, что фазы гармоник колеблются

вдовольно узком диапазоне 4-го и 1-го квадрантов и их, как случай­ ные величины, нельзя рассматривать равномерно распределенными

впределах 0—2 я, как это иногда принимается в расчетах. Данные

обработки совпадают с данными, приведенными в [4, 5, 25].

* Расчеты выполнены инж. А. А. У р е н е в ы м.

20,

Г Л А В А I I

ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА

ПРИ ОТСУТСТВИИ СРЕДСТВ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ

3. Выбор метода и модели

для исследования качества энергии

В последнее время у нас и за рубежом проявляется пристальный интерес к качеству энергии, средствам его улучшения вообще и к статическим регулируемым и нерегулируемым источникам реак­

энергии на основные показатели электрической тяги объясняет более тщательный подход к исследованию электромагнитных про­ цессов на электровозе переменного тока. Ниже приведен анализ работы электровоза в естественных условиях и при наличии ак­ тивных сопротивлений и средств повышения качества энергии.

Анализ цепей с полупроводниковыми вентилями довольно сло­ жен, особенно в тех случаях, когда цепь с вентилями описывается дифференциальными уравнениями высокого порядка. В связи с тем что нагрузочная характеристика вентилей нелинейна, строгий анализ этих процессов связан с необходимостью решать нелинейные дифференциальные уравнения. Для упрощения расчета реальные нагрузочные характеристики вентилей обычно аппроксимируют [19].

Известны три метода аппроксимации: аппроксимация при по­ мощи интегрируемой нелинейной аналитической функции, кусочнолинейная, сочетание нелинейной функциональной аппроксимации с линейной.

Кусочно-линейная аппроксимация, позволяющая перейти от нелинейных к линейным дифференциальным уравнениям, осуществ­ ляется обычно одним из способов, иллюстрируемых рис. 2-1,а (кривые /, 2, 3), и дает возможность заменять в схеме реальный вен­

Цепь с вентилем может быть представлена в виде линейного четы­ рехполюсника с идеальным вентилем на выходе, для которого мож­ но записать дифференциальное уравнение

Ѳ = ю/,

22

припасовывания, предложенный акад. Н. Д. Папалекси [77, 78], метод обобщенных функций [19, 21], метод получения решений в форме полных рядов Фурье [8].

Наибольшее распространение получил метод обобщенных функ­ ций, так как введение обобщенных функций позволяет осуществ­ лять операцию дифференцирования без ограничений. Метод опре­ деления решений в форме полных рядов Фурье и метод Н. Д. Па­ палекси не нашли до сих пор широкого применения для расчета сложных схем, так как использование первого метода связано с не­ обходимостью дополнять уравнение (2-1) условиями скачков, учи­ тывающих разрывы функций і и « и их производных, а применение метода Н. Д. Папалекси обычно наталкивается на значительные трудности при отыскании начальных условий в цепях, описываемых дифференциальными уравнениями высокого порядка. Широкие воз­ можности применения мощной счетно-решающей техники для облег­ чения решения систем трансцендентных уравнений, связывающих начальные условия работы вентильных схем по периодам, позво­ ляют в настоящее время расширить возможности применения этого метода для расчетов более сложных цепей. В настоящей работе ис­ пользован метод Н. Д. Папалекси. Важно также создать единую расчетную модель исследования электромагнитных процессов в се­ тях с преобразовательными электровозами, на базе которой можно было бы, пользуясь одним и тем же математическим аппаратом, решать любые частные задачи. Структурная и развернутая схемы питания электровоза изображены соответственно на рис. 2-2, а и б.

были исследованы с учетом таких допущений:

23

активное и индуктивное сопротивления питающей сети равны нулю;

активное и индуктивное сопротивления расчетной схемы не рав­ ны нулю.

Электромагнитные процессы в первых двух случаях достаточно полно исследованы в работах [53, 91, 117], а в третьем — в работах [40, 79]. В работе 179] предложена интересная методика приближен­ ной оценки э. д. с. и основной гармоники первичного тока с учетом активных сопротивлений цепи, в соответствии с которой для каж­ дых данных условий работы электровоза значения э. д. с. следует

Внастоящее время в основной массе расчетов в проектной и экс­ плуатационной практике, как известно, используют средние зна­ чения основных энергетических показателей (средние значения коэффициентов мощности нагрузок фидеров подстанций, средние значения этих нагрузок и т. д.). Отсутствие счетно-решающей тех­ ники делало единственно возможными и правомерными такие рас­ четы. Однако получавшиеся при этом результаты были слишком грубыми и могли привести к неточным технико-экономическим вы­ водам и решениям.

Внастоящее время [71, 74] разрабатываются методы расчета режимов работы систем электроснабжения, основанные на рассмот­ рении движения поездов по ним как случайного процесса. При та­ ком подходе к расчетам ориентация на средние значения энерге­ тических показателей недопустима, ибо в каждый данный момент времени в данной точке сети при данной нагрузке электровоз харак-

Рис. 2-2

Рис. 2-3

теризуется конкретными энергетическими показателями, резко от­ личающимися от показателей этого же электровоза в другие мо­ менты времени и в других точках участка. В качестве исходного материала, помимо тяговых расчетов, параметров системы электро­ снабжения и межпоездных интервалов как случайных величин, необходимы не средние значения, а достаточно точные характеристи­ ки показателей электровозов во всем диапазоне их работы. Для получения таких характеристик в качестве исходной необходима более строгая математическая модель электровоза. Такой подход к решению этой задачи одновременно позволяет уточнить форму кривых токов и напряжений электровоза, непосредственно связан­ ных с его э. д. с , скоростью движения и реализуемой электрической мощностью.

На рис. 2-3 приведена схема обобщенной модели электровоза в операторной форме, составленная с учетом приведенных выше до­ пущений. В схему заложены устройства продольной и поперечной компенсации. Она составлена для ненулевых начальных условий, что соответствует установившемуся режиму работы электровоза. Вентили мостовой схемы преобразовательной установки заменены ключами 1—4, программное переключение которых обеспечивает дублирование периодов проводимости и коммутации реальной цепи. Система контурных операторных уравнений схемы для этого режима имеет следующий вид:

25

26

тации. С этого момента на весь период коммутации в схеме образу­

27

на участке (Ь — Ь')

28

Таким образом, формулы (2-5) — (2-9) описывают изображения токов и напряжений в ветвях схемы для периодов проводимости, а уравнения (2-11) — (2-19) — для периодов коммутации и являются изображениями токов и напряжений для случая совместного при­ менения устройств продольной (ПЕК) и поперечной (УК) компен­ сации, на эффективную возможность которой указал д-р техн. наук К. Г. Марквардт [66].

Исходная схема позволяет получать изображения токов и на­ пряжений для любого режима работы электровоза. Для этого в об­ щие уравнения необходимо ввести соответствующие условия. Эти условия для различных режимов работы электровоза сведены в табл. 2-1.

мость всех результатов.

4. Токи и напряжения электровоза при ЯФО

Воспользовавшись условиями 1 и 4 таблиц 2-1, получаем сле­ дующее выражение оригиналов токов и э. д. с. для нулевого при­ ближения (условие 4) и для естественного режима работы электро­ воза с учетом активных сопротивлений (условие 1).

29