Диплом_(образец)

Zпар(n)=

1

^{ R}c(n) ^.

jω_nC

(1.16)

(1.17)

Таким образом, подставляя выражение 1.16, 1.17 в формулу 1.2, получаем формулу 1.18, по которой определяется, коэффициент сглаживания однозвенного СФ с запирающим контуром на 600 Гц для любой n-й гармоники, циклическая частота которой ω_n=2πfn:





1







^Rс(n)

+jω_n L_p  R _p(n)

+













1



^jωn^Cпр 

^+Rс(n)

+



1



jω_n

С



^R с(n) ^+jωn ^Lp ^+R p(n) ⁺

jω_n C_пр







k

сгл(n) ⁼





,

(1.18)

^Rс(n) ⁺

1

jω_n С

где С_пр – емкость запирающего контура СФ, мкФ;

R_р(n) – активное сопротивление запирающего контура СФ, Ом;

R_с(n) - активное сопротивление параллельной части СФ, Ом;

С - емкость параллельной части СФ, мкФ.

Активное сопротивление запирающего контура СФ R_р(n), так же как и активное сопротивление R_с(n) параллельной части в основном определяется сопротивлением соединительных проводов и переходным сопротивлением контактов и принимается равным соответственно 0,035 Ом и 0,1 Ом. На рисунке

14 приведена зависимость коэффициента сглаживания от частоты для однозвенного СФ с запирающим контуром на 600 Гц.

30

Рисунок 14 - Зависимость коэффициента сглаживания от частоты для однозвенного СФ с запирающим контуром на 600 Гц

Расчет псофометрического напряжения для однозвенного СФ с запирающим контуром на 600 Гц , производим для двенадцатипульсового выпрямителя при коэффициентах несимметрии питающих напряжений _U = 2 %,

_U = 10 % , диапазоне изменения ёмкости конденсаторов в параллельной части от

150 до 950 мкФ и индуктивностях реактора равных 3 мГн, 5 мГн, 7 мГн.

Зависимость псофометрического напряжения на выходе СФ от ёмкости в параллельной части для однозвенного СФ с запирающим контуром на 600 Гц представлена на рисунке 15:

31

30

30

Lp = 3 мГн

Lp = 3 мГн

В

Lp = 4,5 мГн

В

Lp = 4,5 мГн

Lp = 5 мГн

Lp = 5 мГн

20

Lp = 7 мГн

Lp = 7 мГн

20

15

15

U2пс ¹⁰

U2пс ¹⁰

5

5

0

0

150

250

350

450

550

650

750

мкФ

950

150

250

350

450

550

650

750

мкФ

950

С

С

а

б

10

10

Lp = 3 мГн

В

Lp = 4,5 мГн

В

Lp = 5 мГн

Lp = 7 мГн

6

6

4

4

Lp = 3 мГн

Lp = 4,5 мГн

U2пс

U2пс

Lp = 5 мГн

2

2

Lp = 7 мГн

0

0

150

250

350

450

550

650

750

мкФ

950

150

250

350

450

550

650

750

мкФ

950

С

С

в г

Рисунок 15 - Псофометрическое напряжение на выходе апериодического СФ

запирающим контуром 600 Гц:

– шестипульсовый (_U = 2 %); б – шестипульсовый (_U = 10 %);

– двенадцатипульсовый (_U = 2 %); г – двенадцатипульсовый (_U = 10 %)

Полученные графики изменения напряжений на входе и на выходе однозвенного СФ с запирающим контуром 600 Гц от времени при токе нагрузки

I_d=1000 A для шести и двенадцатипульсовых выпрямителей при коэффициенте нессиметрии α_u =0 % соответственно приведены на рисунках 16, 17.

32

Рисунок 16 - График изменения напряжений на входе и на выходе однозвенного СФ с запирающим контуром 600 Гц от времени для шестипульсового выпрямителя при I_d=1000 A и α_u =0 %

Рисунок 17 - График изменения напряжений на входе и на выходе однозвенного СФ с запирающим контуром 600 Гц от времени для двенадцатипульсового выпрямителя при I_d=1000 A и α_u =0 %

33

При воздушных линиях связи применение апериодического, резонансно-

апериодического СФ при m = 6 невозможно, так как даже при самых больших значениях L_p и С , псофометрическое напряжения выше допустимого.

При воздушных линиях связи при m = 6 применим однозвенный СФ с запирающим контуром при L_p = 6,5 мГн. Применение такого СФ имеет смысл на станциях стыкования, где присутствует несимметрия питающих напряжений более чем 2%.

1.1.4 Двухзвенные сглаживающие фильтры

Существенное ограничение влияния тяговой сети на смежные электротехнические устройства может быть достигнуто как увеличением числа пульсаций выпрямленного напряжение, так и путём применения двухзвенных сглаживающих фильтров. Двухзвенные сглаживающие фильтры являются наиболее эффективными. Однако из экономических соображений, связанных с значительными капитальными затратами и эксплуатационными расходами, их применение не всегда является оправданным, так как снижение напряжения шума на выходе фильтра ниже 3 В практически не изменяет напряжения шума в воздушных линиях связи из-за наличия в реальных эксплуатационных условиях других влияющих источников.

1.1.4.1 Двухзвенный резонансно-апериодического СФ ЗСЖД Схема сглаживающего фильтра Западно-Сибирской железной дороги

представляет собой двухзвенный резонансно-апериодический фильтр (рисунок

18). Он состоит из двух звеньев: резонансного и апериодического. Первое звено

включает в себя реактор индуктивностью L_p1 и три резонансных контура: С₁ – L₁,

С₂ – L₂, С₃ – L₃, настроенные соответственно на гармоники с частотами 100, 200 и 300 Гц. Второе звено состоит из реактора индуктивностью L_p2 и емкости С. В

настоящее время на тяговых подстанциях постоянного тока используется

двухзвенный резонансно-апериодического СФ ЗСЖД со следующими

34

параметрами элементов: С₁=144 мкФ, С₂=108 мкФ, С₃=96 мкФ, L₁=17,59 мГн,

L₂=5,86 мГн, L₃=2,93 мГн, L_p1=4,5; 5; 11 мГн, L_p2=3; 4,5 мГн, С=276 мкФ.

Сглаживающий фильтр Западно-Сибирской железной дороги обеспечивает хорошую защиту автоблокировки, выполненной на частоте 50 Гц, от опасных влияний и воздушных линий связи от мешающих влияний.

Рисунок 18 - Принципиальная схема двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД

Используя выражение 1.19 - 1.25 можно рассчитать полное сопротивление последовательной и параллельной части СФ:

1

^Z1 ^=Rc(n) ⁺ _{jωn C1} ^+jωn ^L1 ^;

1

^Z2 ^=Rc(n) ⁺ _{jωn C2} ^+jωn ^L2 ^;

1

^Z3 ^=Rc(n) ⁺ _{jωn C3} ^+jωn ^L3 ^;

Zпос1(n)= R_p(n) +jω_n L_p1 ;

Zпос2(n)= R_p(n) +jω_n L_p2 ;

Zпар1(n)=

Z₁ Z₂ Z₃

;

Z Z

+Z Z +Z Z

3

1

2

2

3

1

Zпар2(n)= R_c(n) +

1

.

jω_n C

(1.19)

(1.20)

(1.21)

(1.22)

(1.23)

(1.24)

(1.25)

35

Таким образом, подставляя выражение 1.22, 1.23, 1.24, 1.25 в формулу 1.3,

получаем формулу 1.26, по которой определяется, коэффициент сглаживания двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД для любой n-й гармоники,

циклическая частота которой ω_n=2πfn:

^kсгл(n)

=

1 

^R p(n) ^+jωn ^Lp1

1 

^R p(n)

+jω_n L_p2

,

(1.26)

Z₁ Z₂ Z₃

^R c(n)

+

1

Z₁ Z₂ +Z₂ Z₃ +Z₁ Z₃

jω_n C

где С₁ – емкость параллельной части первого контура, первого звена СФ,мкФ;

С₂ – емкость параллельной части первого контура, второго звена СФ, мкФ;

С₃ – емкость параллельной части первого контура, третьего звена СФ, мкФ;

L₁ - индуктивность параллельной части первого контура, первого звена СФ,

мГн;

L₂ - индуктивность параллельной части первого контура, второго звена СФ,

мГн;

L₃ - индуктивность параллельной части первого контура, третьего звена СФ,

мГн;

L_р1 - индуктивность реактора первого контура СФ, мГн;

L_р2 - индуктивность реактора второго контура СФ, мГн;

R_р(n) – активное сопротивление последовательной части СФ, Ом;

R_с(n) - активное сопротивление параллельной части СФ, Ом;

С - емкость параллельной части второго контура СФ, мкФ.

Активное сопротивление запирающего контура СФ R_р(n), так же как и активное сопротивление R_с(n) параллельной части в основном определяется сопротивлением соединительных проводов и переходным сопротивлением контактов и принимается равным соответственно 0,035 Ом и 0,1 Ом. На рисунке

19 приведена зависимость коэффициента сглаживания от частоты для двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД.

36

Рисунок 18 - Зависимость коэффициента сглаживания от частоты для двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД:

вариант 1: С₁=144 мкФ, С₂=108 мкФ, С₃=96 мкФ, L₁=17,59 мГн, L₂=5,86 мГн, L₃=2,93 мГн, L_p1=5 мГн, L_p2=5 мГн, С=314 мкФ;

вариант 2: С₁=144 мкФ, С₂=108 мкФ, С₃=96 мкФ, L₁=17,59 мГн, L₂=5,86 мГн, L₃=2,93 мГн, L_p1=5 мГн, L_p2=3 мГн, С=156 мкФ

Расчет псофометрического напряжения для двухзвенного резонансно-

апериодического СФ ЗСЖД, производим для шестипульсового выпрямителя при коэффициентах несимметрии питающих напряжений _U = 2 %, _U = 10 % ,

диапазоне изменения ёмкости конденсаторов в параллельной части от 100 до

700 мкФ. Зависимость псофометрического напряжения на выходе СФ от ёмкости в параллельной части для для двухзвенного резонансно-

апериодического СФ ЗСЖД при коэффициентах несимметрии питающих напряжений _U = 2 %, _U = 10 % представлена соответственно на рисунках 19,

20:

37

Рисунок 19 - Зависимость псофометрического напряжения на выходе СФ ЗСЖД от ёмкости в параллельной части (m=6, α_u=0,02)

Рисунок 20 - Зависимость псофометрического напряжения на выходе СФ ЗСЖД от ёмкости в параллельной части (m=6, α_u=0,1)

38

Полученный график зависимости напряжений на входе и на выходе двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД от времени при токе нагрузки I_d=1000 A для шестипульсовых выпрямителей при коэффициенте нессиметрии α_u =0 % приведён на рисунке 21.

Рисунок 21 – Зависимость напряжений на входе и на выходе двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД при I_d=1000 A и α_u =0 %.

1.1.4.2 Двухзвенный резонансно-апериодический СФ ВНИИЖТа Схема сглаживающего фильтра ВНИИЖТа (рисунок 22) представляет собой

двухзвенный фильтр, первое звено которого состоит из реактора индуктивностью L_р1 и шести резонансных контуров – С₁ – L₁, С₂ – L₂, С₃ – L₃, С₄ – L₄, С₅ – L₅, С₆ – L₆, настроенных соответственно на частоты 100, 200, 300, 400, 500 и 600 Гц.

39

Второе звено содержит емкость С и реактор индуктивностью L_р2, параллельно которому включены емкость С_ш и индуктивность L_ш. Последние образуют контур,

настроенный на частоту 300 Гц, что позволяет дополнительно подавить эту,

наибольшую по значению, гармонику на выходе шестипульсового выпрямителя.

В настоящее время на тяговых подстанциях постоянного тока используется двухзвенный резонансно-апериодического СФ ЗСЖД со следующими параметрами элементов: С₁=144 мкФ, С₂=108 мкФ, С₃=96 мкФ, С₄=60 мкФ, С₅=48

мкФ, С₆=36 мкФ, L₁=17,59 мГн, L₂=5,86 мГн, L₃=2,93 мГн, L₄=2,64 мГн, L₅=2,11 мГн, L₆=1,95 мГн, L_p1=4,5; 5; 11 мГн, L_p2=5 мГн, С=204 мкФ, L_пр=18,4 мГн, С_пр=12

мкФ. Частотная характеристика СФ ВНИИЖТа представлена на рисунке 22.

Рисунок 22 - Принципиальная схема двухзвенного резонансно-апериодического СФ ВНИИЖТа

Используя выражениЯ 1.27 - 1.36 можно рассчитать полное сопротивление последовательной и параллельной части СФ:

^Z1 ^=Rc(n)

+

1

+jω_n L₁

;

(1.27)

jω_n C₁

^Z2 ^=Rc(n) ⁺

1

+jω_n L₂

;

(1.28)

jω_n C₂

^Z3 ^=Rc(n)

+

1

+jω_n L₃ ;

(1.29)

jω_n C₃

40

^Z4 ^=Rc(n) ⁺

1

+jω_n L₄ ;

jω_n C₄

^Z5 ^=Rc(n) ⁺

1

+jω_n L₅ ;

jω_n C₅

^Z6 ^=Rc(n) ⁺

1

+jω_n L₆ ;

jω_n C₆

Zпос1(n)= R_p(n) +jω_n L_p1 ;



1



 R

с(n) ^+jωn ^Lпр



jω_nL_р2

 R _p(n) 





Zпос2(n) =



^jωn^Cпр 

;

1

^Rс(n) ^+jωn ^Lпр



 jω_n L_р2

^{ R} p(n)

jω_n C_пр

(1.30)

(1.31)

(1.32)

(1.33)

(1.34)

Zпар1(n)=

Z₁ Z ₂ Z₃ Z ₄ Z₅ Z₆

; (1.35)

Z₁Z ₂ Z₃ Z ₄ Z₅ +Z ₂ Z₃ Z ₄ Z₅ Z ₆ +Z₁Z₃ Z ₄ Z₅ Z ₆ +Z₁Z ₂ Z₃ Z₅ Z ₆ +Z₁Z ₂ Z ₃ Z ₄ Z ₆ +Z₁Z ₂ Z ₄ Z ₅ Z₆

Zпар2(n)=

^Rc(n) ⁺

1

,

(1.36)

jω_n C

где С₁ – емкость параллельной части первого контура, первого звена СФ, мкФ;

С₂ – емкость параллельной части первого контура, второго звена СФ, мкФ;

С₃ – емкость параллельной части первого контура, третьего звена СФ, мкФ;

С₄ – емкость параллельной части первого контура, четвёртого звена СФ, мкФ;

С₅ – емкость параллельной части первого контура, пятого звена СФ, мкФ;

С₆ – емкость параллельной части первого контура, шестого звена СФ, мкФ;

С_пр – емкость последовательной части второго контура СФ, мкФ;