3.3.4. Особенности режима напряжения системы

электроснабжения при рекуперации

Режим рекуперации – реализация накопленной кинетической и потенциальной энергии поезда, когда ему самому энергия из сети не требуется. Напряжение рекуперирующего электровоза должно быть выше напряжения в контактной сети, поэтому вопрос выбора рационального уровня напряжения на шинах тяговых подстанций в этих случаях приобретает особую значимость.

За счет энергии рекуперации осуществляется рекуперативное торможение, что возможно при стабильной нагрузке. Наиболее эффективно торможение, когда вся энергия рекуперации потребляется другими электровозами.

Рис. 3.6. Назначение устройств компенсации

Для стабильности торможения на участках постоянного тока предусмотрены приемники избыточной энергии (не потребленной другими электро-возами). Приемниками избыточной энергии являются поглощающие сопротивления и инверторы на тяговых подстанциях.

На участках переменного тока инверторы устанавливают на электровозах.

Эффект рекуперативного торможения:

– улучшение условий безопасности движения, так как рекуперация обеспечивает дополнительное торможение;

– экономия тормозных колодок и электроэнергии;

– улучшение экологических условий (уменьшение пыли от истирания колодок).

Недостатками рекуперативного торможения являются усложнение и удорожание оборудования электровоза, повышенный износ генератора и бандажей колесных пар.

3.4. Несимметрия токов и напряжений в системе электроснабжения

Симметричная трехфазная система напряжений может быть представлена тремя выражениями:

; (3.25)

; (3.26)

, (3.27)

где ₀ – начальная фаза напряжения u_A.

При симметричной трехфазной системе

(3.28)

(3.29)

.

Если значения напряжения фаз оказываются различными или углы между фазами не равны 120, то симметричная система преобразуется в несиммет-ричную.

Для удобства расчетов несимметричная трехфазная система векторов ( или , или оба фактора вместе) разлагается на симметричные составляющие:

прямой последовательности –

; (3.30)

обратной –

; (3.31)

нулевой –

. (3.32)

Напомним, что оператор

и . (3.33)

Для симметричных систем напряжений прямой и обратной последовательностей можно записать:

прямая последовательность –

; (3.34)

; (3.35)

обратная –

; (3.36)

; (3.37)

нулевая ­­–

. (3.38)

Используя такой метод, можно считать, что симметричные составляющие разных фаз не зависят друг от друга.

Количественно несимметрия токов и напряжений оценивается величиной коэффициента несимметрии:

тока –

; (3.39)

напряжений по обратной последовательности –

, (3.40)

напряжений по нулевой последовательности –

, (3.41)

где I₂, I₁ – токи обратной и прямой последовательностей соответственно;

U₂, U₁, U₀ – напряжение обратной, прямой и нулевой последовательности;

U_{ном ф} – номинальное фазное напряжение.

Несимметрия токов приводит

к недоиспользованию мощностей генераторов, трансформаторов и про-пускной способности линии, так как в любой фазе нагрузка не может превышать номинального значения;

возрастанию потерь в системе электроснабжения из-за неравномерности нагрузки фаз;

возникновению несимметрии напряжения в узлах сети;

дополнительному уменьшению располагаемой мощности генераторов электрических станций из-за повышенного нагрева ротора и обмоток возбуждения.

Запишем мгновенные значения:

электрической мощности –

; (3.42)

напряжения –

; (3.43)

тока –

. (3.44)

Следовательно,

. (3.45)

Известно, что . Учтем, что ; , где I, U – действующие (среднеквадратичные) значения тока и напряжения за период соответственно.

Тогда

; (3.46)

– (3.47)

активная мощность, не зависящая от времени;

– (3.48)

колеблющаяся мощность.

Отношение

– (3.49)

коэффициент неравномерности мощности;

, (3.50)

где _i – коэффициент несимметрии токов.

Таким образом, для трехфазной цепи коэффициент несимметрии токов численно равен коэффициенту неуравновешенности электрической мощности.