CC BY
2
https://logic.pdmi.ras.ru/~dvk/graphs dk.p - Загл. с экрана.
10. Ватутин, В.А. Теория вероятностей и математическая статистика в задачах: учеб. пособие для вузов / В.А. Ватутин, Г.И. Ивченко, Ю.И. Медведев [и др.]. - М.: Дрофа, 2003. - 328 с.
Аннотации:
В статье рассматривается необходимость формализации схем таких сложных многоуровневых систем как промышленные транспортные узлы. Отмечено, что наиболее эффективным математическим аппаратом для решения поставленной задачи является теория графов. Формализация схемных решений промышленных транспортных узлов позволит оптимизировать ряд технико-технологических параметров в работе магистрального и
промышленного транспорта,
взаимодействующих в системе.
Ключевые слова: промышленный узел, транспортный узел, формализация, схема узла, теория графов, добывающая промышленность, обрабатывающая промышленность, Донбасс, промышленный транспорт, магистральный транспорт
The article discusses the need to formalize the schemes of such complex multi-level systems as industrial transport hubs. It is noted that the most effective mathematical apparatus for solving the problem is graph theory. Formalization of circuit solutions for industrial transport hubs will allow optimizing a number of technical and technological parameters in the operation of mainline and industrial transport interacting in the system.
Keywords: industrial hub, transport hub, formalization, hub diagram, graph theory, mining industry, manufacturing industry, Donbass, industrial transport, mainline transport.
УДК 621.311
ЖЕЛЕЗНЯКОВ А.В., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
ЗДЕБСКИИ А.В., ассистент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Моделирование работы регулятора с тяговым преобразователем переменного тока электровоза в режиме тяги
Zheleznyakov A.V., Candidate of Technical Science, Associate Professor (DRTI) Zdebskyi A.V., Assistant (DRTI)
Modeling the operation of a regulator with an AC traction converter of an electric locomotive in traction mode
Введение
При проведении исследований проблем электрической тяги уделяется внимание повышению энергетической эффективности локомотивов с коллекторными тяговыми двигателями переменного тока. Это обусловлено тем,
что коэффициент мощности такого передвижного состава составляет не более 0,84 при работе в режиме тяги, а в режиме рекуперации 0,65 [5, 7]. Тяговые подстанции и тяговые сети электрифицированных железных дорог имеют нелинейную нагрузку, а токи и напряжения несинусоидальную форму
[9] и проведение в таких системах исследований электромагнитных
процессов является очень сложным. В связи с этим выработку технических решений, направленных на обеспечение или увеличение энергоэффективности локомотивов на электрической тяге, удобнее выполнять, используя методы математического моделирования [2].
Анализ последних исследований и публикаций
Сегодня имеется большое количество технических решений для повышения коэффициента мощности электровозов, использующих двигатели переменного тока. Например, уменьшение потребления реактивной мощности и высших гармоник напряжения и тока можно обеспечить при помощи подключения в силовую схему ЬС-компенсатора реактивной мощности [10] или комбинированного фильтра [1, 5].
Увеличение коэффициента
мощности электровоза, имеющего тиристорный преобразователь, можно путём изменения подачи импульсов на тиристоры [3].
В настоящее время проводятся исследования с применением активных выпрямителей тока на полностью управляемых полупроводниковых
приборах [6, 7]. Такие преобразователи используются в активных фильтрах [4, 8, 13].
На сегодняшний день построение математических моделей для исследования электромагнитных
процессов в выпрямителях тока, используемых в регуляторах
напряжения тяговых электрических двигателей, является актуальной задачей.
Цель работы
Целью исследования является повышение энергетической
эффективности локомотивов с электрическими тяговыми
коллекторными двигателями
переменного тока при внедрении тяговых преобразователей.
Для достижения поставленной задачи необходимо:
а) построить модель активного тягового преобразователя, имеющего двухзонную регулировку выпрямленного напряжения с широтно-импульсной модуляцией;
б) исследовать электромагнитные процессы при широтно-импульсной модуляции и оценить эффективность разработанной модели.
Основная часть
На рис. 1 представлена схема замещения системы с электрической тягой переменного тока при работе локомотива с тяговым
преобразователем.
Математическую модель системы питания тягового состава можно представить в виде дифференциальных уравнений, описывающих работу системы с использованием законов Кирхгофа.
Работу полупроводниковых
приборов удобно смоделировать, используя метод коммутационных функций [11].
Схема замещения тяговой сети представляет собой каскадное соединение четырёхполюсников,
которые являются простыми участками, длиной 0,4 км [10].
Рис.1. Схема замещения электрической тяговой системы: 1 - тяговая подстанция; 2 - тяговая сеть; 3 - трансформатор и преобразователь;
4 - двигатель
Обозначения на рис. 1:
е = ■ ътШ - напряжение
холостого хода вторичной обмотки трансформатора тяговой подстанции, где Е^ - действующее значение напряжения;
Ьгр, Гр - соответственно индуктивность и активное
сопротивление тяговой подстанции,
приведённые к вторичной обмотке трансформатора;
Lkm, Г km, L'km, r'km - индуктивность И активное сопротивление тяговой сети;
ro, Со - активное сопротивление и ёмкость цепи «тяговая сеть - земля»;
utp - напряжение на шинах тяговой подстанции;
ukm(n-l), Ukm(n), i(n), i'(n), ï"(n), io(n), ic0(n) -
соответственно ток тяговой подстанции и токи участков тяговой сети;
п - номер элементарного участка тяговой сети.
Вторичная обмотка тягового трансформатора локомотива (рис. 1, блок 3) состоит из двух одинаковых секций а1-2 и 2-Х1, напряжением 630 В. Тяговый преобразователь имеет шесть ключей К1-К6. Каждый ключ состоит из последовательно включенных
транзистора и диода. В закрытом состоянии ключей К1-К6 цепь замыкается на диод VD0, а ток поддерживается за счёт энергии в индуктивности. В схеме активного тягового преобразователя построено двухзонное регулирование напряжения.
Ul, Ll, п, и - напряжение, индуктивность, активное сопротивление и ток первичной обмотки А-Х тягового трансформатора;
e2l, e22 - ЭДС секций вторичной обмотки трансформатора;
L21, L22, Г21, Г22 - индуктивность и активное сопротивление секций вторичной обмотки трансформатора соответственно;
Ml/2l, Ml/22 - взаимная индуктивность между первичной обмоткой и секциями вторичной обмотки;
C21, C22 - ёмкость буферных конденсаторов;
Lр - индуктивность сглаживающего реактора;
i21, i22 - секционные токи вторичной обмотки трансформатора;
Uc2l, Uc22 - напряжение на буферных конденсаторах;
ic21, ic22 - токи буферных конденсаторов;
ud, id - напряжение и ток тягового двигателя;
вв - конструктивная постоянная двигателя;
Ф = ^¡х) - магнитный поток тягового двигателя, Вб;
п - частота вращения ротора тягового двигателя;
Lz+cl, Lcz, Lsh - индуктивность цепи якоря и дополнительных полюсов обмотки возбуждения и индуктивного шунта соответственно, Гн;
Гх+1, Гсх, г^, Гаы - активные сопротивления якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки возбуждения постоянного и
регулирующего резисторов
соответственно, Ом;
iz, ish, ish1 - токи якоря, обмотки возбуждения, шунтирующего резистора и индуктивного шунта, А;
iv, - ток, А и активное сопротивление, Ом, цепи вихревых токов.
В соответствии со схемой управления на 1-й зоне тяговый преобразователь получает питание от секции вторичной обмотки
трансформатора 2-Х1 напряжением 630 В (и2=и22). При и2 > 0 задействованы ключи К4 и К5, а при и2 < 0 - Кз и Кб. Составляем систему уравнений, описывающих электромагнитные
процессы:
с^ + М + г I + и — 0,
^21
йг
1/21 т, 1 '2121 1 "с21
йг
^22 ,22 + М1/22 ^ + Г22^22 + ис 22 — 0,
йг йг
— Б*ис22 + — + + Е — 0,
"'йв
йг
*21 ?22 К21 + К 22 + Б 0, ?22 — К22 — Б Ь — 0,
йис 21 _ 1 £
йг йи
(1)
21
22
с21 1
— — С 1. ■ С22'
Ш 1с 22
<
К* = 1) л Й = 1) + 1,
^ *-к=1) л (,;=1) ^-1,
^=о) л (^=0) л =0) л (¡6-0) ^ о.
(2)
Для математического описания алгоритма работы системы управления тяговым преобразователем введём несколько переменных:
1) переменные для выбора зоны регулирования Dk, которые могу принимать только значения 1 или 0 для зоны регулирования; k - номер зоны (1 или 2);
2) функции для формирования импульсов s 01, s 02. При s 01=1 система управления формирует прямоугольный импульс в положительный полупериод напряжения питания (и>0), а при s 02=1 - в отрицательный полупериод (и<0);
3) функции распределения импульсов s k, где А=1...6 - номер транзистора (ключа), который принимает значения 1 или 0.
В случае широтно-импульсной модуляции регулирование
выпрямленного напряжения на контактах тягового двигателя определяется путём изменения состояния транзисторов при заданной тактовой частоте Во второй зоне регулирования тяговый преобразователь запускается на номинальное
напряжение вторичной обмотки трансформатора а1-хг, U2=U21+U22=1260 В. При и2>0 открываются ключи К2 и К5, а при и<0 - ключи К1 и Кб. Электромагнитные процессы в тяговом преобразователе описываются системой уравнений:
т ¿к + м + г \ + и - 0
А + м 1 & + Г21'21 + 1 - 0'
т ^ + м ^ + г \ + и - 0
Т22 А + ^ 122 Ж ^ '22'22 ^ "С22 - 0,
- Я>С21 + ис22) + + ГЛ + ЕЖ - 0
ж
'21 '22 'с 21 + 'с 22 0, '22 - 'с22 - Я 'ж - 0,
(3)
Жи„
1
Ж С,
Жи„
1
Я -
(*; -1) л (*; -1) ^ 1, (я* -1) л (*; -1) ^-1,
(Я* - 0) л (я* - 0) л (я* - 0) л (я* - 0) ^ 0.
(4)
При s k=1 на транзистор с соответствующим номером k подаётся
* Г\
импульс, а при s k=0 транзистор
закрывается.
. * *
Функции s 01, s 02 определяются в зависимости от алгоритма подачи импульсов.
Для систем, построенных за принципом сравнения ¡и х им (и -коэффициент модуляции по амплитуде) и опорного напряжения сигналов однополярной формы, эти функции можно определить по соотношениям:
^ = ГЦ > 0) л (иа - иаЬ > 0) ^1 "01 [Ц > 0) л (иа - иаЬ < 0) ^ 0.
С(и1 < 0) л (иа - иаЬ > 0) ^ 1,
[Ц < 0) л (иа - иаь < 0) ^ 0.
(6)
с 21
я02 -
Логические функции
распределения импульсов s k на транзисторах тягового преобразователя:
— (Д — 1) Л (4 — 1) ^ 1,
& — (д — 1) л (4 — 1) ^ 1,
5* — (д — 1) Л (4 — 1) ^ 1, (7)
— (д — 1) Л (5*1 — 1) ^ 1,
— (д — 1) V (а — 1) Л (5*1 — 1) ^ 1,
— ( д — 1) V (д — 1) Л (4 — 1) ^ 1.
Исследование модели локомотива с электрическим тяговым
преобразователем выполнено для случая, когда тяговая подстанция имеет трансформатор мощностью 40 МВ-А, напряжение холостого хода Ер=27 кВ; контактная сеть ПБСМ1-95+2МФ-100, одна колея; участок контактной сети 20 км (50 элементарных участков) с односторонним питанием от тяговой подстанции; локомотив имеет в работе 8 электрических тяговых двигателей в режиме тяги; мощность тягового трансформатора 4,35 МВ-А.
Электромагнитные процессы в тяговом преобразователе
моделировались при переходе с 1 -й на
2-ю зону регулирования при изменении скорости движения поезда с 30 км/час до 35 км/час. Вес состава 3500 т. Коэффициенты модуляции ,«=1,0 для первой зоны и ^=0,6 для второй.
При переходе с 1 -й на 2-ю зону регулирование происходит в момент времени ¿=0,1 с. При этом значение амплитуды выпрямленного напряжения вырастает почти в два раза. Напряжение ад имеет импульсную форму, ток id -пульсирующую форму с удвоенной частотой, их величина ограничена индуктивностью сглаживающего
реактора.
Осциллограммы напряжения и тока локомотива изображены на рис. 2.
На рис. 3 показана зависимость коэффициента мощности локомотива на электрической тяге Км от коэффициента модуляции ц, которая получена при условии движения поезда v=L..60 км/час; коэффициенты модуляции ц=0...1.
Результаты моделирования
представлены в таблице 1.
Рис. 3. Зависимость коэффициента мощности тягового преобразователя от
коэффициента модуляции
Рис. 2. Осциллограммы напряжения и тока локомотива с электрически тяговым
преобразователем:
а) выпрямленные напряжения и ток (м^ ¡1); б) напряжение на вторичной обмотке тягового трансформатора м и входной ток на тяговом преобразователе ¡V, в) напряжение на токоприёмнике м;; г) ток первичной обмотки тягового трансформатора ¡1
Таблица 1
Результаты моделирования электровоза с тяговым преобразователем_
Параметр Единица измерения 1 зона 2 зона
Ц=1,0 Ц=0,6
Напряжение на токоприёмнике и1, кВ 26,93 26,97
Коэффициент мощности тягового электровоза 11, А 86,54 110,35
Коэффициент искажения кривой напряжения М1 Км 0,970 0,977
Коэффициент искажения кривой тока ¡1 Ки, % 2,64 11,35
Коэффициент искажения тока ¡1 К, % 9,15 10,96
Ток тягового трансформатора VI 0,9955 0,9945
Выпрямленное напряжение и, В 482 516
Ток тягового двигателя II, А 765 980
Сила тяги электровоза Е, кН 372 512
Выводы
Разработанная модель локомотива переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и тяговым преобразователем, имеющим
двухзонное регулирование
выпрямленного напряжения, является универсальной, так как обеспечивает возможность моделирования разных вариантов управления транзисторами (ключами) путём описания их работы с помощью коммутационных функций.
Список литературы:
1. Кулинич, Ю.М. Адаптивная система автоматического управления гибридного компенсатора реактивной мощности электровоза с плавным регулированием напряжения [Текст]: монография / Ю.М. Кулинич. -Хабаровск: ДВГУПС, 2001. - 153 с.
2. Моделирование электромеханической системы электровоза с асинхронным тяговым двигателем [Текст] / Ю.А. Бахвалов, А.А. Зарифьян, В. Н. Кашников [и др.]; под ред. Е.М. Плохова. - М.: Транспорт, 2001. - 286 с.
3. A method for improving the energy efficiency of an alternating current electric locomotive in the regenerative braking mode [Text] / E.V. Bunyaeva, V.G. Skorik, S.V. Vlas'evskii, D.S. Fokin // Russian Electrical Engineering. - 2016. - Vol. 87. - No. 2. - P. 73-76.
4. Michalik, J. Active Elimination of Low-Frequency Harmonics of Traction Current-Source Active Rectifier [Text] / J. Michalik, J. Molnar, Z. Peroutka // Transactions on Electrical Engineering. -Vol. 1 (2012). - No. 1. - P. 30-35.
5. Кулинич, Ю. М. Повышение энергетической эффективности пассивного компенсатора электровоза однофазно-постоянного тока [Текст] /
Ю.М. Кулинич, В.К. Духовников // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. - 2013. - № 1. - С. 44-50.
6. Яговкин, Д. А. Разработка математической модели выпрямительно-инверторного преобразователя на IGBT-транзисторах для электровоза переменного тока и его блока управления в режиме тяги [Текст] / Д.А. Яговкин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2015. - № 3 (47). - С. 197-202.
7. Шрамко, С.Г. Повышение эффективности эксплуатации электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения [Текст] / С. Г. Шрамко // Вестник ИрГТУ. - 2016. - № 4 (111). - С. 192199.
8. Michalik, J. Behavior of Active Current Source Rectifier under Critical Transient Conditions in Traction [Text] / J. Michalik, J. Molnar, Z. Peroutka // 15th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2012 ECCE Europe. Novi Sad, Serbia, 2012. - 6 p.
9. Босий, Д.О. Математическое моделирование электротяговой нагрузки в задачах изучения электромагнитных процессов для систем электроснабжения электрифицированного транспорта переменного тока [Текст] / Д.О. Босий, В.Г. Сиченко // Техническая электродинамика. - 2009. - Темат. вип.
- Ч. 3. - С. 86-89.
10. Фошкина, Н.В. Применение компенсатора реактивной мощности на электровозе3ЭС5К [Текст] / Н.В. Фошкина, В.М. Малышев, И. Л. Козловский // Вестник ВЭлНИИ. - 2010.
- № 2 (60). - С. 37-42.
11. Чаплыгин, Е. Е. Инверторы напряжения и их спектральные модели
[Текст]: учеб. пособие / Е.Е. Чаплыгин. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 64 с.
12. Янов, В.П. Оценка эффективности компенсатора реактивной мощности на электровозе 3ЭС5К [Текст] / В.П. Янов, П.Г. Колпахчьян // Вестник ВЭлНИИ. -2009. - № 1 (57). - С. 23-32.
13. Michalik, J. Single Phase Current-Source Active Rectifier for Traction: Control System Design and Practical Problems [Text] / J. Michalik, J. Molnar, Z. Peroutka // Advances in Electrical and Electronic Engineering. North America. - 5 Jun. 2011. - P. 86-89.
14. Дъяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения. Серия библиотека профессионала - М.: СОЛОН - Пресс, 2005. - 800 с.
Аннотации:
Разработана модель локомотива переменного тока, оборудованного
электрическим тяговым преобразователем с двухзонным регулированием выпрямленного напряжения. Электромагнитные процессы исследованы в режиме тяги при алгоритме широтно-импульсной модуляции по
прямоугольно-ступенчатому закону.
Применение таких преобразователей позволяет повысить коэффициент мощности электровоза с коллекторными тяговыми двигателями.
Ключевые слова: тяговый
преобразователь, выпрямленное напряжение, электромагнитные процессы, моделирование.
A model of an AC locomotive equipped with an electric traction converter with two-zone regulation of rectified voltage has been developed. Electromagnetic processes were studied in traction mode using a pulse-width modulation algorithm according to a rectangular step law. The use of such converters makes it possible to increase the power factor of an electric locomotive with commutator traction motors.
Keywords: traction converter, rectified voltage, electromagnetic processes, modeling.
УДК 004.054
БИБИК Я.Н., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Жизненный цикл приложения баз данных
Bibik Y.N., Senior Lecturer (DRTI)
Database application lifecycle
Введение
Начиная с 1970-х годов системы баз данных стали постепенно заменять файловые системы, использовавшиеся как часть инфраструктуры
информационных систем (Information
System — IS) организаций. Параллельно с этим росло признание того факта, что данные являются важным
корпоративным ресурсом, к которому нужно относиться так же бережно, как и к другим ресурсам организации. Это привело к тому, что во многих
