Моделирование электромагнитных процессов при потере потребителя в режиме рекуперативного торможения грузового электровоза постоянного тока

Содержание

39

2. Заключение

Модель имеет аналитическое задание. Можно оценить ее качество и сделать по ней прогноз сезонного изменения входного пассажиропотока с заданной степенью точности.

3. Литература

Айвазян С.А., Мхитарян В.И. Прикладная статистика и эконометрика. - М.: ЮНИТИ, 1998.

Подвижной состав

УДК 629.432:629.423.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОТЕРЕ ПОТРЕБИТЕЛЯ В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ГРУЗОВОГО ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА

А.А. Богдан

Аннотация

Анализ электромагнитных процессов в режиме рекуперативного торможения требуется при разработке силовой схемы на основе микропроцессорных систем управления (МПСУ) и IGBT транзисторах. Рассмотрены вопросы разработки схем замещения силовой цепи электровоза с использованием модели тягового двигателя.

Ключевые слова: рекуперативное торможение; схема замещения;

математическое моделирование

Введение

Потеря потребителя в режиме рекуперативного торможения приводит к резкому увеличению напряжения, что может быть опасным для электрического оборудования электровоза. Предлагается разработка на базе IGBT транзистора с МПСУ, позволяющая как защитить оборудование от повреждения, так и повысить надежность электрического торможения. В работе проведен анализ электромагнитных процессов, возникающих при переходе с рекуперативного торможения на реостатное.

1. Разработка схемы замещения участка тяговой сети

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

40

Для анализа электромагнитных процессов, происходящих в режиме рекуперативного торможения, участок системы тягового электроснабжения заменяется схемой замещения изображенной на рис.1.

На рис. 1 приняты следующие обозначения:

Е1-Е3 - напряжения холостого хода тяговых подстанций;

VD1-VD3 - диоды, препятствующие протеканию обратного тока через подстанцию;

R1-R4 - сопротивления контактной сети;

R5-R8 - сопротивления рельсовой цепи;

1потр, 1рек - токи электровозов, находящихся в режиме тяги и рекуперации соответственно.

R1 R2 R3 R4

Рис.1. Схема замещения участка тяговой сети

2. Модель тягового электродвигателя ТЛ-2К1

Модель тягового электродвигателя (ТЭД) является обратимой (может использоваться как в двигательном, так и в генераторном режиме). Особенностью модели является то, что для учета влияния вихревых токов в нее введены инерционные звенья направленного действия.

Магнитный поток ТЭД (СФ) состоит из двух составляющих -основной (СФj) и суммарной гармонической (СФ2):

СФ = СФ1 + СФ2.

Как следует из исследований, приведенных в (Жиц, Меер Залманович, 1974):

dCO:

СФ1 + Т\вх

dt

= 0,66 • f (1в),

СФ2 = 0,34 • /(U

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

41

где Т]вх - постоянная времени контура вихревых токов для основной составляющей магнитного потока. По опытным данным (Отчет о НИР, 1977) принято Т1вх = 0,34 с;

/(Тв) - функция магнитного потока от тока возбуждения.

Используемая для расчетов, аппроксимированная намагничивания имеет вид:

f

NO

l

~Х2

• arctg

2,6 • L )

V 1' ai )

кривая

где 1вн - номинальное значение тока возбуждения ТЭД;

NO - номинальное значение магнитного потока ТЭД.

В результате преобразования системы уравнений (1), (2), (3) и приведения ее к операторному виду получаем выражение для вычисления изменения магнитного потока:

ЛСФ

0,34 • Т1вхР +1 Т1вхР +1

f (Л1в (Р)).,

где р - оператор Лапласа.

Моделирование электромагнитных процессов в силовой цепи электровоза произведено с использованием приложения Simulink среды MatLab.

3. Результаты моделирования режима потери потребителя при рекуперативном торможении

Для моделирования режима потери потребителя принят следующий вариант: в пределах соседних фидерных зон находятся два электровоза -один в режиме тяги на последовательном соединении тяговых электродвигателей, другой - в режиме электрического рекуперативного торможения на параллельном соединении тяговых электродвигателей. Имитация режима потери потребителя осуществляется разрывом силовой цепи электровоза, находящегося в режиме тяги, в соответствии со схемой замещения участка тяговой сети (рис.1).

На рис.2 приведена кривая напряжения контактной сети на токоприёмнике электровоза для случая отсутствия системы замещающего реостатного тормоза; на рис.3 - для случая перехода на замещающий реостатный тормоз при потере потребителя.

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

42

Как следует из результатов моделирования, при отсутствии на электровозе серии ВЛ10 системы замещающего реостатного тормоза, при потере потребителя в режиме рекуперативного торможения, наблюдается кратковременное увеличение напряжения на токоприемнике рекуперирующего электровоза свыше 4000 В. Такой режим является опасным для тяговых электродвигателей. В случае оборудования электровоза системой замещающего реостатного тормоза увеличение напряжения не превышает уровня 4000 В.

4. Заключение

Разработанная модель силовой цепи электровоза с использованием описанной модели тягового двигателя позволяет анализировать переходные процессы, протекающие в динамических режимах (например, при потере потребителя в контактной сети при рекуперативном торможении).

Рис.2. Зависимость напряжения в контактной сети

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1

Содержание

43

Рис.3. Зависимость напряжения в контактной сети

Применение в схеме рекуперативного торможения, замещающего реостатного приводит к повышению надежности и улучшению эксплуатационных свойств системы.

5. Литература

Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955.

Жиц М.З. Переходные процессы в машинах постоянного тока. - М.: Энергия, 1974. Отчет о НИР «Исследование тяговых и тормозных режимов электровоза со статическим возбудителем». 76.046.702. - ЛИИЖТ, 1977.

УДК 62 - 83:621.313.3

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

В.Г. Герасимов

Известия Петербургского университета путей сообщения

2005/1