Математическое моделирование переходных процессов в системе переменного тока «Тяговая сеть електровоз» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.423 : 621

Т. М. М1ЩЕНКО (ДПТ)

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХ1ДНИХ ПРОЦЕС1В У СИСТЕМ1 ЗМ1ННОГО СТРУМУ «ТЯГОВА МЕРЕЖА -ЕЛЕКТРОВОЗ».

3. ВМИКАННЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ЕЛЕКТРОВОЗА В РЕЖИМ1 ХОЛОСТОГО ХОДУ; АНАЛ1З НАПРУГ I СТРУМ1В У СИСТЕМ1 ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

Стаття е продовженням аналiзу електрично! схеми замiщення змшного струму «тягова пiдстанцiя - при-стрiй поперечно! компенсаций- тягова мережа - електровоз ДС 3» та впливу на силовий трансформатор, який знаходиться в режимi холостого ходу, в залежносп вiд фвдерно! напруги та ввдсташ електровоза ввд тягово! п1дстанцу. Виконано чисельнi розрахунки та проаналiзовано значения напруги та струмiв у системi електропостачання.

Ключовi слова: математична модель, тягова шдстанщя, фiдерна напруга, пристрiй поперечно! компенсаци, параметри тягово! мереж^ електровоз, трансформатор

Статья является продолжением анализа электрической схемы замещения переменного тока «тяговая подстанция - устройство поперечной компенсации - тяговая сеть - электровоз ДС 3» и влияния на силовой трансформатор, который находится в режиме холостого хода, в зависимости от фидерного напряжения и расстояния электровоза от тяговой подстанции. Выполнены численные расчеты и проанализированы значения напряжения и токов в системе электроснабжения.

Ключевые слова: математическая модель, тяговая подстанция, фидерное напряжение, параметры тяговой сети, электровоз, трансформатор

The article is a continuation of analysis of the electric equivalent AC circuit «traction substation - device of transversal compensation - electric-traction network - electric locomotive DS 3» and the influence on a power transformer in the idle mode, depending on the feeder voltage and the distance of an electric locomotive from a traction substation. The numeral calculations are performed and the voltage and current values in the electric power supply system are analyzed.

Keywords: mathematical model, traction substation, feeder voltage, parameters of electric-traction network, electric locomotive, transformer

1. Вступ

Зпдно рис. 1, математична модель електро-магштних процешв е наступною системою не-лшшних р1внянь:

dt

(1)

di,

ппк

dt

2. Електрична схема замщення та математична модель системи

+ (Яп + R) • i, (t) + (Ьш + L) • d-+ +(Ядр + Rp) • i, (t) +

dt

Електрична схема замщення одноколшно! д1лянки двостороннього живлення для зазначе-них умов представлена на рис. 1.

di, -Ф +(ьр + Ls) •-,+W • -т=(2)

di

dt

dt

© Мщенко Т. М., 2011

105

'ф (') - 'ппк (') - 'и (') = 0

(3)

де iндекс «ф» - фiдер; «ппк» - означае параме-три та електричш величини пристрою попере-

Я

чно1 компенсацil, схема та параметри якого представлеш в [2]; «тм» — тягова мережа.

ТП1

Рис. 1. Електрична схема замщення фидерно! дшянки з урахуванням пристрою поперечно! компенсацп та первинного кола тягового трансформатора електровоза в режим1 холостого ходу

3. Результати чисельних розрахункав та 1х аналiз

Характер змiни в часi перехщних струмiв фще-рного 'ф ^), пристрою компенсацi1 /ппк (I) та

тягово! мереж 'тм ^) в залежностi вщ фiдерно1 напруги i мiсця знаходження електровоза в м> жпiдстанцiйнiй зош (тобто вiдстанi I) однако-вий (рис. 2 — 4). Однак кидки зазначених стру-мiв рiзнi (табл. 1 та рис. 5): найбiльшi максима-льнi значення, яю досягають ~ 830 А, спостер> гаються у фiдерного струму при итах i I = 20 км . Найбшьша «реакщя» зменшення ам-плiтуди вiд I спостер^аеться для струму в тя-говiй мереж (рис. 5, в) i майже не змiнюеться кидок струму у вiтцi з пристроем компенсацi1 (рис. 5, б).

б)

а)

^ А 600

400

200

0

-200

-400

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,51,е

А

600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300

0,0

в)

1ппк, А 300

250

200

150

100

50

0

-50

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 1,о

г

»Аллл

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,с Рис. 2. Залежнють струм1в: фвдерного (а) 'ф (^), у вггщ пристрою поперечно! компенсаци (б) 'ппк (^) та в тяговш мереж! (в) ¡и ^) в1д часу на ввдсташ 1 км ввд тягово! пвдстанци при фщернш напруз1 ¿Упот

а)

а)

1Ф, А

600 400 200 0 -200 -400

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1с

б)

1ц, А 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1с

в)

и А

300 250 200 150 100 50 0 -50

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,с Рис. 3. Залежнють струмiв: фвдерного (а) ¡ф (V), у

^ А

600 400 200 0 -200 -400

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 !с

б)

Ъ А 600

400

200

0

-200

-400

,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1с

в)

1ппк, А 350

300

250

200

150

100

50

0

-50

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,с Рис. 4. Залежнють струмiв: фвдерного (а) ¡ф (V), у

вггщ пристрою поперечно! компенсаци (б) /ппк (V) та вггщ пристрою поперечно! компенсаци (б) ¡ппк (V) та

в тяговш мереж1 (в) ¡ц (V) вiд часу на вщсташ 20 : ввд тягово! пiдстанцi! при фiдернiй напрузi ипоп

в тяговiй мережi (в) ¡ц (V) вiд часу на вщсташ 20 км ввд тягово! пвдстанщ! при фiдернiй напрузi итах

Таблиця 1

1 = 1 км £ = 20 км

Фiдерна напруга Максимальш значения струм1в, А

¡ф i ппк ¡ц ¡ф i ппк ¡ц

и . тт 543,49 225,6 505,36 493,43 225,75 450,4

и пот 715,02 296,73 664,86 649,15 296,9 592,6

и тах 829,53 344,36 771,33 753,3 344,6 687,5

а)

800 750 700 650 600 550 500 450

0

10 12 14 16 18 201, км

б)

Ь А

750 700 650 600 550 500 450 400

1

о.».

— ----- ______

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 I, км

в)

1ппк, А 340

320

300

280

260

240

220

1

2

3

струмiв, певно, обумовлеш нелiнiйнiстю досл> джувального електричного кола (рис. 1).

Цшком закономiрно, за рахунок спаду на-пруги в проводах контактно! мереж1, напруга в останнiй зменшуеться при зростанш вiдстанi I (рис. 6); на вщсташ 20 км вона зменшилась майже на 3,5 кВ.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20I, км

Рис. 5. Залежшсть максимальних значень струм1в: фщерного (а) /ф ^), у виц пристрою поперечно!

компенсацп (б) /ппк ^) та в тяговш мереж1 (в) / (I)

вщ часу на в1дстан1 1 км в1д в1дстан1 I в1д тягово!

тдстанци при р1зних значениях ф1дерно! напруги:

1 - и ; 2 - и ; 3 - и . .

шах ' пот ' min

Як випливае iз рис. 2 — 4, спостерпаеться особливий часовий характер змши струму у в^щ з пристроем компенсацi!' /ппк ^). Дiйсно, якщо /ф ^) та / ^) загасають повiльно (десь за 1,5...2,0 с), коливаючись, то /ппк (^) миттево зб> льшуеться до 230 А, також миттево зменшуеться до 25 А i дат швидко загасае за 0,15...0,2 с. Такi закономiрностi поведiнки перехiдних

10 12 14 16 18 20 I, км

Рис. 6. Залежн1сть напруги в контактнш мереж1 та первиннш обмотц1 трансформатора иел вщ вщсташ 20.1 км ввд тягово! тдстанци при ипош

За характером часово! змiни напруги на ППК (рис. 7) така сама, як i струм у вггщ (рис. 2 - 4, в).

25000 20000 15000 10000 5000 0

-5000

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 1,о

Рис. 7. Залежшсть напруги на ППК в1д часу у випадку, коли електровоз знаходиться на вщсташ I = 20 км вщ тягово! тдстанци

Висновок

Режим вмикання тягового трансформатора електровоза ДС 3 без його навантаження впли-вае не лише на характер змши i кидки струму намагшчення самого трансформатора, але й на електромагнiтнi процеси в системi тягового електропостачання, що потрiбно враховувати при аналiзi процешв в системi електрично! тяги.

1Ф, А

2

4

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Мщенко, Т. М. Математичне моделювання пе-рехвдних процеав в системi змiнного струму «тягова мережа - електровоз». 1. Вмикання силового трансформатора електровоза в режимi холостого ходу; оцiнка параметрiв [Текст] / Т. М. Мщенко, А. I. Кшко // Вкник Дшпро-петр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Ла-заряна. - 2011. - Вип. 36. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2011. - С. 96-100.

2. Мщенко, Т. М. Математичне моделювання пе-рехвдних процесiв в системi змiнного струму «тягова мережа - електровоз». 2. Вмикання силового трансформатора електровоза в режимi холостого ходу; визначення i аналiз кидка струму намагнiчування [Текст] / Т. М. Мщенко // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - 2011. - Вип. 37. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2011. - С. 96-100.

Надшшла до редколегп 11.05.2011.

Прийнята до друку 17.05.2011.