CC BY
24
Key words: spacecraft, intellectualization, microcontroller, automation and stabilization unit, charging controller.
Malenin Evgeniy Nikolaevich, candidate of technical science, senior teacher, vka_22kaf-maleninen@rambler. ru, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk,
Shcerbakov Vadim Sergeevich, military student, vadimsherbakov2323@gmail. com, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk,
Shapovalov Aleksandr Andreevich, military student, sashok1998@,gmail.com, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk
УДК 629.423 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-92-96
АНАЛИЗ СИЛОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПИТАНИЯ
АСИНХРОННЫХ МАШИН ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
П.В. Губарев, А.М. Лященко, Е.Ю. Черкесов
Проведен анализ силовых преобразователей для питания асинхронных машин электроподвижного состава. Представлены электрические схемы двухуровневого и трёхуровневого автономных инверторов напряжения, фазное напряжение на выходе двухуровневого автономного инвертора напряжения, осциллограмма напряжения на выходах трехуровневого автономного инвертора напряжения. Рассмотрены преимущества и недостатки двухуровневого и трёхуровневого автономных инверторов напряжения. На основании проведенного анализа определено, что при проектировании систем управления электрического подвижного состава и выборе конкретного автономного инвертора напряжения необходимо найти компромисс между стоимостью преобразователя и электрическими потерями в преобразователе и асинхронного тягового двигателя.
Ключевые слова: электроподвижной состав, асинхронный тяговый двигатель, автономные инверторы, двухуровневый инвертор, трехуровневый инвертор.
На современном электроподвижном составе для питания асинхронных тяговых двигателей (АТД) применяются автономные инверторы напряжения (АИН). Автономные инверторы - это преобразователи постоянного тока в переменный однофазный или многофазный ток, коммутация тока в которых осуществляется независимо от процессов во внешних электрических цепях благодаря наличию дополнительных коммутирующих устройств внутри самого преобразователя. На его выходе можно получать переменный ток теоретически любой частоты, плавно регулировать от нуля до максимального значения частоту и напряжение. Благодаря этому свойству автономные инверторы находят все более широкое применение в регулируемых электроприводах с асинхронными двигателями трехфазного тока. Особенно перспективно применение автономных инверторов в тяговых электроприводах электровозов, электропоездов, тепловозов [1-4].
В зависимости от способа принудительной коммутации тока, схемы инвертора, параметров источника питания и нагрузки автономные инверторы делятся на виды, отличающиеся специфическими особенностями процессов переключений тока. Полная коммутация с переключением тока с одной ветви схемы на другую в автономных инверторах происходит на нескольких этапах, важнейшими из которых являются: уменьшение прямого тока в одном из тиристоров до нуля, задержка приложения прямого напряжения на этом тиристоре до полного восстановления его запирающей способности, нарастание прямого тока во втором тиристоре. Эти события могут совершаться совместно или последовательно. Средства для осуществления надежной коммутации обычно являются одной из наиболее трудных проблем в автономных инверторах. Принципиально эти средства можно разделить на два класса. К первому классу следует отнести полностью управляемые силовые полупроводниковые приборы (силовые транзисторы и запираемые тиристоры). Второй класс составляют обычные не полностью управляемые СПП (однооперационные тиристоры), дополненные специальными узлами принудительной коммутации, например, в виде предварительно заряженных конденсаторов и вспомогательных тиристоров [5-8].
На современном этапе развития силовой электроники на ЮБТ-модулях строятся двух- и трех (рис. 2, 3) уровневые инверторы. Последние появились позже, устроены сложнее, не так просты в применении, но при этом имеют ряд преимуществ. В статье подробно рассмотрены инверторы указанных типов, описывается принцип их работы. Приведенная информация касается лишь некоторых частных вопросов, поэтому данный материал не следует рассматривать в качестве руководства по применению ЮБТ-модулей [9-12].
Рис. 1. Схема двухуровневого автономного инвертора напряжения
+ X»-
А В
^а С
Рис. 2. Схема трехуровневого автономного инвертора напряжения
Двухуровневый АИН является достаточно распространённым. Он создаёт на каждой фазе одно из четырех уровней напряжения: 2/3и, 1/3и, -1/3и, -2/3№. Осциллограмма напряжения и тока на одной фазе двухуровневого АИН представлена на рис. 3.
Трёхуровневый АИН создаёт на каждой фазе одно из семи уровней напряжения: 2/3и<1, \l2Ud, 1/3и, 0, -1/3и, -1/2и, -2/3и<. Осциллограммы напряжения на выходах трёхуровневого АИН на рис. 4.
Рис. 4. Осциллограммы напряжения на выходах трехуровневого АИН
Из этого следует, что выходное напряжение трёхуровневого АИН является более синусоидальным, чем у двухуровневого АИН.
Трёхуровневый АИН, по сравнению с двухуровневым, более предпочтителен, с точки зрения синусоидальности выходного напряжения, поскольку, с одной стороны, он положительно сказывается на работе АТД, а с другой - в нём можно использовать транзисторы более низкого класса. Но при этом он требует в два раза больше ЮБТ-транзисторов и входных конденсаторов. К тому же при его работе происходит в два раза больше коммутаций тока в транзисторах, что вызывает в нём большие электрические потери. Как видим, при проектировании систем управления ЭПС и выборе конкретного АИН необходимо найти компромисс между стоимостью преобразователя и электрическими потерями в преобразователе и АТД.
Выводы. Проведен анализ силовых преобразователей для питания асинхронных машин электроподвижного состава в результате чего определено, что трёхуровневый АИН, по сравнению с двухуровневым, более предпочтителен, с точки зрения синусоидальности выходного напряжения, поскольку, с одной стороны, он положительно сказывается на работе АТД, а с другой - в нём можно использовать транзисторы более низкого класса. Но при этом он требует в два раза больше ЮБТ-транзисторов и входных кон-денсаторов.
Поэтому при проектировании систем управления ЭПС и выборе конкретного АИН необходимо найти компромисс между стоимостью преобразователя и электрическими потерями в преобразователе и АТД.
Список литературы
I. Кабалык Ю.С. Системы управления электроподвижным составом: учеб. пособие. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. 119 с.
2 Асинхронный тяговый привод локомотивов: учеб. пособие / А.А. Андрю-щенко, Ю.В. Бабков, А. А. Зарифьян и др.; под ред. А. А. Зарифьяна. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. 413 с.
3. Губарев П.В., Тептиков Н.Р., Глазунов Д.В. Методика расчета ресурса силовых диодов выпрямительных установок электроподвижного состава // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (36). С. 33-38.
4. Чеботарев Е.А., Губарев П.В., Глазунов Д.В. Повышение надежности тяговой зубчатой передачи грузовых электровозов. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2017. № 8. С. 379-383.
5. Губарев П.В., Глазунов Д.В., Мищихина Е.С. Анализ системы ремонта и диагностики локомотивов по фактическому состоянию // Труды международной научно-практической конференции «Транспорт-2013». Ростовский государственный университет путей сообщения. 2013. С. 143-144.
6 Тептиков Н.Р., Резниченко А.А., Губарев П.В., Глазунов Д.В. Математические методы принятия решений в системах диагностики и управления на тяговом подвижном составе // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2018. № 1. С. 1315.
7 Резниченко А. А., Чеботарев Е.А., Тептиков Н.Р., Глазунов Д.В. Оценка безотказности и готовности локомотивов в период нормальной эксплуатации // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2018. № 3 (39). С. 15-22.
8 Глазунов Д.В. Визуализация ротапринтного метода смазывания гребней колес подвижного состава // Железнодорожный транспорт. 2018. № 7. С. 70-72.
9 Майба И.А., Глазунов Д.В. Диагностика работы гребнерельсосмазывателя при помощи телевизионно-цифрового комплекса // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2010. № 3 (39). С. 24-29.
10 Глазунов Д.В. Исследование значимости факторов, влияющих на ресурс смазочного материала в паре трения «колесо - рельс» // Вестник машиностроения. 2017. № 6. С. 63-65.
II. Кохановский В.А., Глазунов Д.В., Зориев И.А. Макрокомпозиционные по-лимерпорошковые подшипники // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. № 2. С. 40-45.
12. Кохановский В.А., Майба И.А., Глазунов Д.В., Зориев И.А. Порошковые подшипники с полимерными вставками. Трение и износ. 2019. Т. 40. № 3. С. 291297.
Губарев Павел Валентинович, канд. техн. наук, доцент, pavel. gybarev@yandex.т, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Лященко Алексей Михайлович, канд. техн. наук, доцент, ats@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Черкесов Евгений Юрьевич, старший преподаватель, taekwon-do123@rambler. т, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский юридический институт Министерства внутренних дел Российской Федерации
95
ANALYSIS OF POWER CONVERTERS FOR POWER SUPPLY ASYNCHRONOUS MACHINES OF ELECTRIC ROLLING STOCK
P. V. Gubarev, A.M. Lyashchenko, E. Y. Cherkesov
In the article, the authors analyze power converters for powering asynchronous machines of electric rolling stock. The electrical diagrams of two-level and three-level autonomous voltage inverters, the phase voltage at the output of a two-level autonomous voltage inverter, the voltage waveform at the outputs of a three-level autonomous voltage inverter are presented. The advantages and disadvantages of two-level and three-level autonomous voltage inverters are considered. Based on the analysis, it is determined that when designing control systems for electric rolling stock and choosing a specific autonomous voltage inverter, it is necessary to find a compromise between the cost of the converter and the electrical losses in the converter and the ATD.
Key words: electric rolling stock, asynchronous traction motor, automatic inverters, two-level inverter, three-level inverter.
Gubarev Pavel Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, pavel. gybarev@yandex. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Transport,
Lyashchenko Alexey Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, ats@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Engineering,
Cherkesov Evgeny Yurievich, senior lecturer, taekwon-do123@rambler.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation
УДК 624.07:534.1 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-96-100
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
А. Д. Борзихин, О. В. Гусев
Представлен обзор современных систем автоматизированного контроля силовых трансформаторов, используемых на промышленных предприятиях. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к экспертным системам непрерывного контроля, дана их классификация. Дан обзор терминологии в отношении контрольных и диагностических систем.
Ключевые слова: силовой трансформатор, автоматизированные методы диагностики, автоматизированные системы непрерывного контроля, экспертная система.
В процессе работы в системах электроснабжения (СЭС) электрооборудование подвергается многочисленным внешним и внутренним электромагнитным и другим эксплуатационным воздействиям, а также сами непосредственно влияют на окружающие объекты и среду. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется создания условий для нормальной безаварийной работы и эффективной работы электрооборудования СЭС [1]. Таким электрооборудованием являются прежде всего силовые трансформаторы (СТ). Силовые трансформаторы, хотя и являются в эксплуатации весьма надежными аппаратами благодаря отсутствию вращающихся частей, но неисправности и аварии для них являются не редкостью, что оказывает большое влияние
