Оценка баланса мощности в узле системы электроснабжения «Тяговая сеть электровозы» при частотной расстройке Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© А.Я. Рыбалко, В.И. Панченко, И.Б. Кольцов, 2004

УДК 621.311.1.023

А.Я. Рыбалко, В.И. Панченко, И.Б. Кольцов

ОЦЕНКА БАЛАНСА МОЩНОСТИ В УЗЛЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ «ТЯГОВАЯ СЕТЬ -ЭЛЕКТРОВОЗЫ.» ПРИ ЧАСТОТНОЙ РАССТРОЙКЕ

Семинар № 17

~ШУ системе электроснабжения бескон-

Jj тактных электровозов электрические контуры тяговой сети и энергоприемников электровозов нормально работают в состояниях близких к резонансу напряжений. Поскольку передача энергии между этими контурами выполняется через индуктивную связь, то необходимо учитывать, что в электрических контурах с взаимной индуктивностью возможно несколько резонансных состояний, переход в которые возможен через частотную расстройку электрических контуров. Выполним оценку такого воздействия на систему электроснабжения бесконтактных электровозов по изменению баланса мощности в распределительной сети.

Примем, что тяговая сеть питается от источника напряжения, Uё — const. Для контуров тяговой линии и энергоприемника эквивалентного электровоза уравнения установившегося режима запишем в виде

iez, + jvMi. = U ё; j

IyZy + j^Mle = 0. J

Здесь I , I - токи в тяговой линии и обмотке энергоприемника, соответственно; Ю -

угловая частота; М - взаимная индуктивность между тяговой линией и обмоткой энергоприемника на участке их сближения; U - напряжение на входе тяговой сети; Ze , Zy - полные

сопротивления тяговой линии и контура энергоприемника.

Полные сопротивления через их составляющие раскрываются так:

(1)

Ze = Re + j\ «4 \ = Re + jXe = Re I1 + jae )>

^ = К + } \®Ьу ^ Ку + }Ху = К I1 + Ру ). где, если сделать замену переменных

X- п ; п ,

а, - — - Е,П, а, = —- = £„П.

получим в (1) зависимость параметров режима от относительных частотных расстроек контуров тяговой сети и электровоза _ ^(ш-шрл ) ;

2(®-® ) (щ , Щ - частоты собствен-

£ — 14 рл 5 рэ

Э Ф

рэ

ных колебаний контуров тяговой сети и элек-

со Ь (п„ ,ц, /-

тровоза; п — рл л ; П - у - Д°бротно-

К Ку

сти контуров).

С учетом замены переменных и следующего преобразования

[оМ)2 д>Ь. аЬе _ М2 оЬ. аЬе _ п п ККу '®Ьу 'оЬе ~ цЦ' Ку ' ~ уе

=е 1

где £ _ М - расчетный коэффициент связи

между контурами (в расчете на полную индуктивность линии Ьё , а не участок сближения ее

с энергоприемником); й = 1 , й =- ^

а

а

затухания контуров, получим решение системы уравнений (1) относительно токов:

Рис. 1. Зависимости токов (а) в тяговой сети и энергоприемнике электровоза и их фазных углов (б) от частотной расстройки: 1 - 0 (^); 2 -

1 + а2

К у (1 - алаз + к 1QЛQ3) +(ал + аз)'

■х (2)

х ехр

1 - алаэ + к блбэ

-аг(аэ)

кМё,

(3)

Выражения (2) и (3) справедливы для любых частотных растроек контуров и для любых соотношений между добротностями контуров. Единственным ограничением является условие относительно малого изменения частоты преобразователя по отношению к резонансным частотам контуров.

Проанализируем случай, когда резонансные частоты контуров одинаковы, т.е.

С0рл — С0рэ — С0р , а добротности различны.

Из построеных зависимостей

^І1^)^), , 9,(е) и Ь (^)

на рис. 1 (при £ = 2,6 ■ 10 2; П, = 53,1;

пэ = 75) следует, что токи в тяговой сети и

энергоприемнике электровоза имеют экстремальные значения. При определенных расстройках, симметричных относительно нулевой, в кривых токов имеют место максимумы, причем при различных частотных расстройках. Токи контуров являются чисто активными при £ = 0 . Кроме того, ток в тяговой сети является чисто активным при значениях частотной расстройки 81( р) и 8 2( <р).

Выясним, при каких размерах частотной расстройки ток в тяговой линии будет чисто

активным. Из условия ф л — 0 (формула (2))

Ф, + Пз )

следует равенство

1 + £ Ш,

из решения которого относительно 8 получим, кроме тривиального решения 8 = 0 ,

также:

(1)

а2(?)

= ±у1к2 - и2 = ±

к2 -

1 + а

V

(4)

Определим размеры относительных расстроек, при которых в кривой относительного

Рис. 2. Зависимости активной мощности на входе тяговой сети, поступающей на электровоз и к.п.д. узла от коэффициента нагрузки при: а - £ = 0 ; б -

е = 0,015

мости имеет

минимум при 8 = 0 и два максимума при частотных расстройках

(2)

= +л к

dy + dj 2

(б)

тока энергоприемника /.//..^ _^ (г) (рис. 1,

кривая 2) наблюдаются экстремумы. Опуская промежуточные выкладки, приведем окончательные результаты. Условие образования седловины в кривой зависимости / //^ 0)(^)

следующее:

к >

d Т + d 2

2

кед =

d2 + d2

В формуле (З) значение d = d

у У(^=о)

(З)

1 + a

где

1

у(£=0) '

Qy(e=0)

Используя (З) получим, что кривая зависи-

Рис. 3. Зависимости относительных мощностей на входе линии р / р , поступающей на электровоз

Р / р 0 м КПД узла от коэффициента нагрузки а

при различных частотных расстройках

Определим изменение баланса мощности узла «тяговая сеть -электровоз» при наиболее рациональных размерах относительных расстроек.

Активная мощность, поступающая в тяговую сеть,

P = UЯ1Я cos (^л ) =

(7)

= p

<s=0)

(І -*2QQ + ^Q.Q,) +f2 (Q, + Q, )2

Критический коэффициент связи для этого случая

и

Здесь Р = Р о =______І. - мощность, посту-

Дё

пающая в сеть в режиме холостого хода при резонансе напряжений.

Активная мощность, поступающая в нагрузку

Р, = 12 Д = (8)

кШ,

p

<«-0)

(І + a^(І - S2QQ + kQQ )2 + (Q, + Q3 )2

\e « 0

N P.

= 0.0 28

/ и-—- o"

P, e = 0.0 hrd 28 Pi = 0

/ 7,” E = 0.028 / ---- ~~

І.2

2

a

Отношение мощности (8) и (7) определяет значение к.п.д. узла «тяговая сеть -электровоз» согласно выражению

По формулам (7) - (9) проведены расчеты при различных значениях коэффициента тяговой нагрузки Л и на рис. 2 приведены графические зависимости указанных величин при 6 = 0 и £ = 0,015 (при к = 2,6 ■ 10~2).

Из их анализа следует, что при расстройке в - 0,015 по сравнению с 8 = 0 увеличивается мощность, поступающая в тяговую сеть, увеличивается диапазон устойчивой работы узла, уменьшается мощность, поступающая в нагрузку, также уменьшается значение к.п.д. Максимальная мощность, поступающая в нагрузку, остается практически неизменной.

Аналогично был проведен анализ характеристик узла «тяговая линия -электровоз» при питании тяговой сети от источника тока, т.е.

при I л = const.

На рис. 3 представлены расчетные зависимости pjl / po0 , ph / po0 и , от коэффициента нагрузки a при двух значениях расстройки є = 0 и є = 0,028 для случаев работы питания от источника тока. Очевидно, что при S = 0 энергетические показатели узла «тяговая линия - электровоз» более благоприятны.

Оценка полученных результатов позволяет сделать вывод: наиболее рациональным режимом работы узла «тяговая сеть - электровоз» является режим, когда питание осуществляется от источника тока, а электрические контуры тяговой сети и электровоза настроены в резонанс с частотой источника питания.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------

Рыбалко А.Я., Панченко В.И., Кольцов И.Б. -Национальный горный университет, Украина.

-----Ъ

Ъ-------

---------------------------------- © А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило,

2004

УДК 621.3.011.1

А. Т. Ерыгин, А.Н. Шатило

ОБ ОЦЕНКЕ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ, ВСТРОЕННЫХ ВО ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМУЮ ОБОЛОЧКУ

Семинар № 17

дним из широко используемых на практике видов взрывозащиты электрооборудования является взрывонепроницаемая оболочка. Данный вид взрывозащиты допускает наличие внутри оболочки источников воспламенения взрывоопасной смеси (электрических разрядов и нагретых поверхностей). Для обеспечения безопасности в процессе эксплуатации запрещается открывать оболочку во взрывоопасной зоне или допускается открывать ее при условии, что в ней к моменту от-

крытия будут отсутствовать потенциальные источники воспламенения. Во взрывонепроницаемой оболочке среди других элементов встроенного электрооборудования могут быть конденсаторы. При отключении питания напряжение на встроенных конденсаторах постепенно снижается. Поэтому требуется некоторое время, чтобы напряжение на встроенных конденсаторах снизилось до безопасной величины.