CC BY
8
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Несенюк Татьяна Анатольевна
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические машины», УрГУПС.
Тел.: +7 (912) 690-23-74.
E-mail: TNesenuk@mail.ru
Соколов Виктор Николаевич
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Кандидат химических наук, доцент кафедры «Естественнонаучные дисциплины», УрГУПС.
Тел.: +7 (903) 081-85-70.
E-mail: VSokolov@usurt.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Несенюк, Т. А. Исследование влияния климатических факторов на штыревые изоляторы с RFID-индикаторами / Т. А. Несенюк, В. Н. Соколов. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2021. - № 2 (46). - С. 31 - 40.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Nesenyuk Tatiana Anatolievna
Ural State University of Railway Transport (USURT).
65, Kolmogorova st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Electric machines», USURT.
Phone: +7 (912) 690-23-74.
E-mail: TNesenuk@mail.ru
Sokolov Viktor Nikolayevich
Ural State University of Railway Transport (USURT).
65, Kolmogorova st., Yekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Ph. D. in Chemistry, associate professor of the department «Natural science disciplines», USURT.
Phone: +7 (903) 081-85-70.
E-mail: VSokolov@usurt.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Nesenyuk T. A, Sokolov V. N. Study of the influence of climatic factors for pin insulators with RFID indicators. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 2 (46), pp. 31 - 40 (In Russian).
УДК 621.314.214.332
Б. А. Аржанников, И. А. Баева, Т. С. Тарасовский
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), г. Екатеринбург,
Российская Федерация
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НЕУПРАВЛЯЕМОГО РЕАКТОРА ТИРИСТОРНО-РЕАКТОРНОГО УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ НА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЯХ
Аннотация. Проанализированы недостатки используемых в тяговом электроснабжении ступенчатой системы автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) и системы бесконтактного автоматического регулирования напряжения (БАРН) с реакторным переключающим устройством преобразовательного трансформатора. Рассмотрена схема тиристорно-реакторного переключающего устройства (ТРПУ), подключенного к первичной обмотке трансформатора. Приведено краткое описание работы трансформатора с ТРПУ и порядок расчета симметричных и несимметричных внешних естественных характеристик преобразовательного агрегата с ТРПУ.
На основании зависимости энергетических показателей преобразовательного агрегата от сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ предложена методика расчета рационального сопротивления неуправляемого реактора, где за критерий рациональности принят коэффициент мощности преобразовательного агрегата. Методика включает в себя два этапа: первый - расчет семейства значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата в зависимости от сопротивления неуправляемого реактора и тока нагрузки преобразовательного агрегата; второй - определение среднего по току нагрузки значения коэффициента мощности преобразовательного агрегата для каждого рассматриваемого значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ и определение рационального для рассматриваемых внешних естественных характеристик агрегата.
В соответствии с представленной методикой произведен расчет минимального допустимого и рационального сопротивлений неуправляемого реактора ТРПУ в составе преобразовательного агрегата с преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10.
С учетом выбранного рационального значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ произведен расчет и представлены внешние естественные характеристики преобразовательного агрегата с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10.
Проверка работоспособности представленной методики расчета для решения задачи выбора рационального сопротивления неуправляемого реактора была проведена на физической модели преобразовательного агрегата c ТРПУ, с 12-пульсовым выпрямительным блоком, с трансформатором мощностью 30 кВА и линейным первичным напряжением 380 В. Сравнение экспериментальных и расчетных значений показало незначительное расхождение, не превышена допустимая погрешность.
Определение величины сопротивления неуправляемого реактора на основании разработанной методики обеспечивает получение наибольших значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата.
Ключевые слова: тяговое электроснабжение, преобразовательный агрегат, устройства РПН, тири-сторно-реакторное переключающее устройство, неуправляемый реактор, технико-энергетические показатели.
Boris А. Arzhannikov, Irina A. Baeva, Timofey T. Tarasovskiy
Ural State University of Railway Transport (USURT), Ekaterinburg, the Russian Federation
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR CALCULATING THE RATIONAL RESISTANCE OF A NON-CONTROLLED REACTOR OF A THYRISTOR-REACTOR DEVICE FOR VOLTAGE REGULATION UNDER LOAD AT TRACTION SUBSTATIONS
Abstract. The drawbacks of the step-by-step automatic voltage control system under load A VC and the non-contact automatic voltage control system NA VC with the reactor switching device of the converter transformer used in the traction power supply are analyzed. The scheme of a thyristor-reactor switching device (TRSD) connected to the primary winding of the transformer is considered. A brief description of the operation of a transformer with TRSD and the procedure for calculating the symmetrical and asymmetrical external natural characteristics of a converter unit with TRSD are given.
Based on the dependence of the energy indicators of the converter unit on the resistance of the uncontrolled reactor TRSD, a method is proposed for calculating the rational resistance of an uncontrolled reactor, where the power factor of the converter unit is taken as the criterion of rationality. The method includes two stages: the first is the calculation of the values of the power factor of the converter unit depending on the resistance of the uncontrolled reactor and the load current of the converter unit; the second is the determination of the average load current value of the power factor of the converter unit for each considered value of the resistance of the uncontrolled TRSD reactor and the determination of the rational for the considered external natural characteristics of the unit.
In accordance with the presented methodology, the calculation of the minimum permissible and rational resistances of the uncontrolled reactor TRSD as part of a converter unit with a converter transformer TRDP-16000/10 was made.
Taking into account the selected rational value of the resistance of the uncontrolled reactor TRSD, a calculation was made and the external natural characteristics of a converter unit with a TRSD and a converter transformer TRDP-16000/10 are presented.
The performance check of the presented calculation method for solving the problem of choosing the rational resistance of an uncontrolled reactor was carried out on a physical model of a converter unit with a TRSD, with a 12-pulse rectifier unit, with a 30 kVA transformer and a linear primary voltage of380 V. Comparison of experimental and calculated values showed a slight discrepancy, the permissible error was not exceeded.
Determination of the resistance value of an uncontrolled reactor based on the developed methodology provides the highest values of the power factor of the converter unit.
Keywords: traction power supply, converter unit, on-load tap-changers, thyristor-reactor switching device, uncontrolled reactor, technical and energy indicators.
Известные в настоящее время устройства регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой (РПН) можно разделить на две основные группы: устройства ступенчатого контактного и бесконтактного регулирования напряжения и устройства плавного регулирования напряжения.
Для электрифицированных участков железных дорог была разработана во ВНИИЖТе [1, 2] автоматическая ступенчатая контактная система АРПН, которая обеспечивала стабилизацию выпрямленного напряжения в диапазоне 3500 - 3700 В со ступенью регулирования
Аи = 150 В. Система не нашла широкого применения ввиду низкой надежности механического переключателя и контакторов в устройстве РПН, а также большой погрешности регулирования.
В системе тягового электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ широко применяется система бесконтактного автоматического регулирования напряжения [3, 4] с использованием плавного изменения коэффициента трансформации.
Система состоит из преобразовательного трансформатора и несимметричного реакторного бесконтактного устройства РПН. Регулирование осуществляется со стороны первичной обмотки путем подмагничивания и размагничивания управляемого ректора. Наличие дополнительных индуктивных устройств (реакторов) в цепи протекания тока нагрузки снижает коэффициент мощности преобразовательного агрегата (ПА) (преобразовательный трансформатор и выпрямительный блок). Кроме того, к недостаткам системы БАРН следует отнести значительные массогабаритные показатели, соизмеримые с показателями преобразовательного трансформатора; высокую стоимость реакторов, связанную с использованием электротехнической меди и стали; и главное, значительные потери электроэнергии в реакторах.
Для повышения технико-энергетических показателей системы БАРН перспективным направлением дальнейшего развития является применение полупроводниковых приборов в конструкции устройства РПН, что по предварительным расчетам, позволит снизить потери электроэнергии в устройстве РПН почти в пять раз и за счет исключения управляемого реактора из конструкции переключателя снизить его стоимость в два раза. Одним из вариантов работы по указанному направлению является разработка тиристорно-реакторного переключающего устройства [5, 6].
В системе БАРН с ТРПУ изменение числа витков производится с помощью тиристорно-реакторного переключающего устройства, подключенного к первичной обмотке трехфазного преобразовательного трансформатора (рисунок 1).
С
Рисунок 1 - Принципиальная электрическая схема соединения ТРПУ с первичными обмотками трехфазного трансформатора
Первичная обмотка трансформатора состоит из последовательно соединенных обмоток -сетевой (СО) с числом витков ^р и регулировочной обмоткой (РО) с числом витков м?а. К точке соединения обмоток (первый отвод РО) подключен тиристорный ключ (ТК) - два встречно-параллельно включенных тиристора. К концу РО подключен неуправляемый реактор (НР), соединенный с концом ТК, образуя общую точку. Соединение общих точек всех трех фаз образует нейтраль N соединения первичных обмоток с ТРПУ трансформатора.
Коэффициент трансформации такого трансформатора в зависимости от состояния тири-сторного ключа ТК изменяется по закону:
К р = Кp + рК а,
(1)
wp w где КR =-А, К„ = -Д;
-В '"а
р w2 щ
W2 - число витков вторичной обмотки; где параметр регулирования
Р =
r
ТК
Ха + ХНР + RTK
(2)
где Ятк - сопротивление тиристорного ключа, Ом; Ха - индуктивное сопротивление РО, Ом; Хнр - индуктивное сопротивление НР, Ом.
Режим работы ТРПУ при неизменном Ха и принятом при дальнейшем расчете рациональном значении Хнр может быть определен двумя идеальными состояниями тиристорного ключа:
ТК закрыт, RТК = да; р = 1; Кр ТК открыт, RТК = 0; р = 0; Кр = Кр.
Кв + Ка = K1;
(3)
Вторичное напряжение холостого хода изменяется в соответствии с соотношением:
и
u 20 =
10
к
(4)
где Цо - первичное напряжение холостого хода трансформатора, В.
Режим работы ТРПУ при закрытом ТК. При закрытом тиристорном ключе напряжение питающей сети Ц приложено к последовательно соединенным обмоткам wp, Wа и обмотке wнp неуправляемого реактора (см. рисунок 1). Реактор НР в этом режиме является дополнительным сопротивлением в цепи первичной обмотки трансформатора и уменьшает напряжение ЦУш, приложенное непосредственно к первичной обмотке wp + Wa трансформатора:
U10 = UC -I0\(XC + XhpX
где I01 - ток холостого хода трансформатора с первичной обмоткой wp + Wa, А; Хс - индуктивное сопротивление питающей сети, Ом. Выпрямленное напряжение холостого хода
(5)
u
d о
Г U10
к в к-
ртах
u
d 0 min
(6)
где Кв - коэффициент выпрямления, для 6-пульсовой трехфазной мостовой схемы - 2,34; для 12-пульсовой схемы - 4,68.
Среднее значение напряжения преобразовательного агрегата
Ud = Udо - UdY -AUd,
dy
(7)
где ДЦ = ДЦ + ДЦв - падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора с ТРПУ и на вентилях выпрямительного блока, В;
ДЦ - среднее значение коммутационной потери выпрямленного напряжения, В. При последовательной работе в 12-пульсовой схеме продолжительность работы вентиля и одной фазы вентильной обмотки из трех фаз ^ = 3) составляет 2п/3 [7]:
AUY = 2-^ Y 2n/3
3IdX n
где Х - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора (жр + Жа), Ж2, определенное из опыта короткого замыкания и приведенное ко вторичной стороне, Ом:
X _ 1 . U К1U1H
U К 1Ud 0 min
UK 1Ud 0min
K2
I
1H
Uk U2 . Кв ____
KPI1H K KpK, .1,57IdH± K .1,57IdH
Кр
(9)
где ик1 - напряжение короткого замыкания трансформатора по схеме с обмотками (жр + ж), Ж2, В.
Отсюда с учетом формул (1) - (5) имеем:
u
к
d min
Kß + Ка
uc - i01 (xc + xhp )]
1
31
u
K1
* K,. 1,57IdH у
au
d
(10)
Режим работы ТРПУ при открытом ТК. При открытом ключе ТК [8 - 10] напряжение питающей сети ис приложено к обмотке жр трансформатора (см. рисунок 1). В контуре «РО -открытый тиристорный ключ ТК - НР» протекает так называемый циркулирующий ток 1ц.
j _ _^а__ _КaU 10__(11)
Ц Xа + XHP + RTK Кß (Xа + XHP + RTK )
где Еа - ЭДС регулировочной обмотки трансформатора, В;
U10 = Uc - I02XC - расчетное (начальное) первичное напряжение трансформатора, равное напряжению питающей сети, уменьшенному за счет падения напряжения на сопротивлении сети Хс при протекании холостого хода I02 трансформатора с первичной обмоткой wß, В.
Циркулирующий ток ограничен сопротивлением регулировочной обмотки трансформатора Ха, сопротивлением открытого тиристорного ключа Rtk0 и сопротивлением неуправляемого реактора Xhp, рациональное определение которого для ТРПУ составляет задачу этой работы.
Кроме того, циркулирующий ток, являясь для трансформатора дополнительной индуктивной нагрузкой в цепи третьей (регулировочной) обмотки и не принимающей непосредственного участия в рабочей цепи преобразовательного агрегата, увеличивает первичный ток трансформатора на величину
i _ ка i (12)
ц ZS ц v J
Kß
и в режиме холостого хода рабочей цепи составит
I,0 _ I02 + С (13)
Шпряжение U1, приложенное к обмотке трансформатора wß в режиме холостого хода,
u _ uc -110 хс _ uc -(i02 + iЦ) x c. (14)
Выпрямленное напряжение холостого хода
Ud0 _ kв u _ Ud0max. (15)
p min
Среднее значение напряжения преобразовательного агрегата соответствует формулам (7) и (8), где индуктивное сопротивление обмоток трансформатора wß, W2
X =
UK 2Ud 0max
к. • 1,571
(16)
dH
где ик2 - напряжение короткого замыкания трансформатора по схеме с обмотками мр, М2, В. Отсюда:
Ud = к,
d max ту Кв
UC -(102 + I; ) Xс
1
31,
U
к 2
п к • 1,571
AU
d
(17)
dH J
Ud ,кВ
3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2
,А
На рисунке 2 представлен вид внешних естественных характеристик, из которых 1 и 2 (ограничительные) рассчитаны по формулам (10) и (17) соответственно при закрытых и открытых тиристорных ключах ТРПУ в трех фазах трансформатора, реализуя симметричный режим работы тиристорных ключей ТРПУ.
Угол открытия тиристорных ключей ТК не учитывается, и их работа происходит в ключевом режиме «открыт - закрыт». Получение промежуточных характеристик вида 3 или 4 при симметричном режиме ТРПУ связано с временным делением периода (цикла) регулирования Тц на открытое (одна часть Тц) и на закрытое (другая часть Тц) состояние тиристорных ключей ТРПУ всех трех фаз обмоток трансформатора.
При получении автоматических стабилизированных внешних характеристик (на рисунке 2 не показаны) происходит переключение тиристорных ключей (уменьшение времени Гц) трех фаз в полном диапазоне регулирования AUdo = Udo max Udo min, равного для трансформатора ТРДП-16000/10 AUdo = = 3900 В - 3500 В = 400 В, что превышает принятую во ВНИИЖТе для трансформатора ТДРУНГ-20000/110 ступень регулирования напряжения ±75 В и равную 150 В [1, 2].
Для снижения напряжения ступени переключения тиристорных ключей ТРПУ введем способ пофазного регулирования напряжения [11], при котором промежуточные характеристики 3 и 4 (см. рисунок 2) соответствуют несимметричному режиму работы ТРПУ: ти-ристорный ключ открыт в одной (любой) фазе (характеристика 3) и тиристорные ключи открыты в двух (любых) фазах трансформатора (характеристика 4).
Ранее отмечено, что для повышения энергетических показателей преобразовательного агрегата в режиме работы ТРПУ с закрытыми ключами величина сопротивления НР должна стремиться к нулю (Хнр = 0). С другой стороны, при открытых тиристорных ключах для снижения потребляемой преобразовательным агрегатом реактивной мощности сопротивление НР должно максимально ограничить циркулирующий ток. В этом случае величина сопротивления НР стремится к бесконечности (Хнр = да). Из этого следует, что сопротивление реактора НР находится в диапазоне значений от нуля до бесконечности и что каждой внешней промежуточной характеристике соответствует конкретное значение реактора НР, что связано с регулированием сопротивления НР.
Такое решение ведет к усложнению схемы, поэтому с учетом рассмотренных режимов работы ТРПУ произведем расчет ряда промежуточных внешних характеристик с оценкой cos ф1 (при расчете коэффициента мощности К) с использованием теории оптимального управления при последовательном переборе возможных вариантов сопротивления неуправляемого реактора.
Рисунок 2 - Возможные внешние характеристики преобразовательного агрегата с трансформатором ТРДП-16000/10 с ТРПУ
Критерием выбора рационального сопротивления реактора НР принимается наибольшее значение cos ф1 для каждой промежуточной внешней естественной характеристики с дальнейшим выбором его среднего значения и проверкой расчета cos ф1 для всех естественных промежуточных и ограничительных характеристик диапазона регулирования напряжения.
Коэффициент мощности преобразовательного агрегата при наличии выпрямителя с большой катодной индуктивностью определяется уравнениями следующего вида:
K = /¡cos ф1;
L
F =
Li(i) .
1 I/ (18)
2
Ф1=а +
где - коэффициент искажения формы кривой сетевого тока /1, вносимый выпрямительным блоком, равный при 12-пульсовой схеме выпрямления 0,988 [7]; /1(1) - основная гармоника сетевого тока, А;
а, у - углы задержки и коммутации тока вентилей коммутирующих фаз вентильной обмотки трансформатора, эл. град.
Угол задержки а появляется при регулировании напряжения с помощью управляемых вентилей выпрямительного блока ПА. Известно [7], что в режиме работы неуправляемых вентилей выпрямительного блока, характеризуемого наибольшим значением коэффициента мощности, угол коммутации у изменяется от 0 до 60 эл. град.
/ X
Этот режим находится в диапазоне 0 < ? а < 1 225 и определяется уравнением:
yJmE2
cosy < 1 - -jdi, (19)
■yJmE2
где Id - среднее значение выпрямленного тока, А;
E2 - действующее значение фазной ЭДС вентилей обмотки, В; Ха - реактивное сопротивление цепи коммутации, Ом; m - число фаз, входящих в коммутационную группу. При расчете сопротивление коммутации принимается
1 Ч + Р (Xa + XНР ) + XС1 + Xv (20)
X =
" K 2
которое в обычном нерегулируемом трансформаторе остается неизменным, в рассматриваемом преобразователе зависит от состояния тиристорных ключей «закрыт» - «открыт», соответственно зависит от параметра регулирования (р = 1 либо р = 0) и от коэффициента трансформации (Кр max, Кр min). Кроме того, в Ха вводятся сопротивление питающей сети Хс и ряд значений величин сопротивлений Хнр, из которых необходимо выбрать рациональную величину.
Полная мощность, потребляемая из сети преобразовательным трансформатором в составе преобразовательного агрегата с ТРПУ,
V ,= 3(UC - /;0) рхс) /;,) ,-io -3. (21)
Активная мощность, потребляемая из сети преобразовательным агрегатом с ТРПУ,
p = (ud +aur + aub )c-10-3 + -L (Po + P0Hp)+ 1 1(1) (pk + Pkhp )'
k -1,5/,
V Kp У
(22)
k
' dH
где AP0, APK - потери холостого хода и короткого замыкания преобразовательного трансформатора, Вт.
Среднее значение выпрямленного напряжения преобразовательного агрегата при работе ТРПУ в симметричных режимах (характеристики 1 и 2 на рисунке 2) Ud min и Ud max определены из уравнений (10) и (17).
Среднее значение выпрямленного напряжения при несимметричном режиме ТРПУ
U
d 03
Поткр Ud 0 max + Пзакр Ud 0 min
3
(23)
где Поткр, Пзакр - число открытых и закрытых тиристорных ключей соответственно, шт.
При расчетах внешних естественных характеристик 1 и 2 (см. рисунок 2) наибольшие значения коэффициентов мощности (соБфщ)), как указано ранее, могут быть получены при минимальном значении Хнр (характеристика 1) и при максимальном значении Хнр (характеристика 2). Однако окончательная величина Хнр для всех внешних естественных характеристик может быть получена только из расчета промежуточных характеристик 3 и 4 несимметричного режима работы ТРПУ.
При рассмотрении варианта минимального расчетного сопротивления Хнр min может быть принято такое сопротивление, при котором по обмотке whp реактора должен протекать ток, не превышающий номинального первичного тока /1 (wß + Wa) трансформатора при открытом состоянии тиристорных ключей и при максимальном напряжении на регулировочной обмотке Ua max. Тогда для преобразовательного трансформатора ТРДП с ТРПУ
w
X
W + w
ß a
(24)
X
0,18 • 6069
= 1,74 Ом.
627
Из расчета следует, что минимальная величина Хнр должна быть не менее 1,74 Ом.
Если минимальное расчетное сопротивление Хнр min принято на основании реальных величин первичного тока и напряжения регулировочной обмотки трансформатора, то максимальное расчетное сопротивление Хнр max принимается произвольным, но с выполнением условия:
максимальный приведенный к сетевой обмотке Wß циркулирующий ток /ц не должен превышать тока холостого хода /02 трансформатора с сетевой обмоткой Wß, т. е. /ц < /02, где /ц определяется по формуле (12).
Для неуправляемого реактора в схеме ТРПУ преобразовательного трансформатора ТРДП-16000/10 расчетное значение сопротивления Хнр рассмотрим в пределе от 1,5 до 3,5 Ом со ступенью расчета 0,5 Ом.
Методика расчета рационального сопротивления неуправляемого реактора тиристорно-реакторного устройства регулирования напряжения под нагрузкой включает в себя два этапа.
Схема алгоритма решения первого этапа задачи рационального по cos ф1 сопротивления неуправляемого реактора представлена на рисунке 3.
а
Рисунок 3 - Схема алгоритма решения первого этапа задачи рационального cos ф1 сопротивления неуправляемого реактора
В результате проведенных расчетов получаем семейство графиков зависимости косинуса фи cos ( =f(Id) от тока нагрузки преобразовательного агрегата, определяемое сопротивлением неуправляемого реактора ТРПУ для внешних характеристик 3 и 4 (рисунок 4).
cos ф1, о. е. (Ш
cos ф1, о. е. 0,95
= 1,5 Ом Хнр = 2 Ом = 2,5 Ом Хнр = 3 Ом = 3,5 Ом
Id, A
Id, A
200 -100 И0 500 LC«0 1200 ИМ L6№ LSOi 2000 220; 2400 2ii0 2EOO .:'.:00 J200
0 200 -100 AM SOD lOCO L200 [-100 I6M ISM 300 22(Ю 2-100 J500 1B00 iOM J200
а б
Рисунок 4 - Семейство графиков зависимости косинуса фи cos ф1 = f(Id) от тока нагрузки преобразовательного агрегата, определяемое сопротивлением неуправляемого реактора ТРПУ для внешней характеристики 3 (а) и
внешней характеристики 4 (б)
Многоволновая природа графиков функций объясняется их линейной аппроксимацией («сглаживанием») для более наглядного представления результатов расчетов, что на погрешность результатов влияет незначительно.
На втором этапе методики на основании полученных результатов расчетов в виде семейства графиков cos фи = fId) из всего множества значений cos фи определяется среднее cos ф1ср для каждого значения сопротивления неуправляемого реактора в рамках рассматриваемого диапазона для внешних характеристик 3 и 4 по формуле:
* dH
X cos^1i
cos
i=Li
INT
f I ^
1dH
VAId у
(25)
+1
е.
O.'yj
0,91
ass
№ 4 № 3
где A/d - шаг изменения выпрямленного тока Id, А; IdH - номинальное значение тока нагрузки ПА, А;
int - функция, определяющая целую часть выражения в скобках.
Результаты проведенных расчетов cos ^1ср внешних характеристик 3 и 4 преобразовательного агрегата с преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10 и ТРПУ при различных значениях сопротивления неуправляемого реактора представлены на рисунке 5.
Значение сопротивления неуправляемого реактора Хнр = 2,75 Ом, которому соответствует точка пересечения графиков зависимости cos^^ = f ^^ха-рактеристик 3 и 4, является рациональ-
- -
л' if 1 1
У у / 1
/ f 1 1
1
Рисунок 5 - График зависимости cos ^
1(1)ср
Xhp, Ом = f (Xhp)
внешних^ хара,ктеристик 3 и 4 преобразовательного ахрегата ным для ТРПУ в составе преобразова-с преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10 и
трПУ тельного агрегата с преобразовательным
трансформатором ТРДП-16000/10.
Расчетные внешние характеристики преобразовательного агрегата с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10 при сопротивлении неуправляемого реактора, равном 2,75 Ом, показаны на рисунке 6.
и, В
Рисунок 6 - Расчетные внешние характеристики ПА с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10 при сопротивлении неуправляемого реактора, равном 2,75 Ом
Проверка расчета cos ^1ср для решения задачи выбора рационального сопротивления неуправляемого реактора была также проведена на физической модели преобразовательного агрегата c ТРПУ, с 12-пульсовым выпрямительным блоком, с трансформатором мощностью 30 кВ-А и линейным первичным напряжением 380 В при сопротивлениях неуправляемого реактора, равных 2,4 и 2,8 Ом для внешних характеристик 3 и 4 (таблица).
Расчетные и экспериментальные значения соб (ц^ физической модели преобразовательного агрегата с ТРПУ
Сопротивление X^, Ом Номер внешней характерис- Значение C0s ^1(1)ср , е.
тики ПА с ТРПУ расчетное экспериментальное
2,4 3 0,938 0,932
4 0,955 0,948
2,8 3 0,915 0,924
4 0,93 0,938
Из анализа данных таблицы следует, что значения сов(1ср преобразовательного агрегата
с ТРПУ, рассчитанные в соответствии с представленной методикой, отличаются от экспериментальных незначительно, погрешность составляет не более 2 %.
Таким образом, в соответствии с представленной методикой можно определить сопротивление НР, при котором обеспечивается наибольшее значение соБ(1ср преобразовательного агрегата с ТРПУ при выбранном преобразовательном трансформаторе. Так, для преобразовательного агрегата с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10 рациональное сопротивление НР равно 2,75 Ом, при этом обеспечивается среднее значение соб (р1 = 0,917 о. е.
2(46)
Список литературы
1. Моченов, И. Г. Способы автоматического регулирования напряжения на тяговых подстанциях / И. Г. Моченов. - Текст : непосредственный // Электрическая и тепловозная тяга. -1959. - № 6. - С. 50-61.
2. Моченов, И. Г. Результаты опытной эксплуатации устройств автоматического регулирования напряжения на подстанциях / И. Г. Моченов. - Текст : непосредственный // Тр. ин-та ЦНИИ МПС. - Вып. 250. - Москва : Трансжелдориздат, 1963. - С. 56-80.
3. Ветлугин, Е. М. Плавное регулирование напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой с помощью дросселей насыщения / Е. М. Ветлугин, Р. Н. Урманов. - Текст : непосредственный // Тр. Ин-та УЭМИИТ, 1962. - № 5. - С. 44-55.
4. Урманов, Р. Н. К теории регулирования напряжения трансформатора дросселями насыщения / Р. Н. Урманов, Е. М. Ветлугин. - Текст : непосредственный // Изв. вузов. Электромеханика. - 1965. - № 2. - С. 146-157.
5. А. с. № 419860 СССР. Регулятор напряжения : № 1775238 / 24-7 : заявлено 18.04.1972 : опубликовано 15.03.1974 / Вашкевич Е. И., Шапиро С. В. - 2 с. - Текст : непосредственный.
6. Пат. № 2613340 РФ. Устройство регулирования напряжения и способ его регулирования : № 2015135100/ 07 : заявлено 19.08.2015 : опубликовано 27.02.2017 / Аржанников Б. А., Низовцев К. А., Штин А. Н. - 5 с. - Текст : непосредственный.
7. Засорин, С. Н. Электронная и ионная техника : учебник / под ред. С. Н. Засорина. -Москва : Транспорт, 1969. - 376 с. - Текст : непосредственный.
8. Совершенствование основных требований к системе и устройствам тягового электроснабжения постоянного тока / Б. А. Аржанников, М. П. Бадер [и др.]. - Текст : непосредственный // Электротехника. - 2016. - № 9 (60). - С. 51-57.
9. Аржанников, Б. А. Устройства регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов под нагрузкой : учебное пособие / Б. А. Аржанников. - Екатеринбург : Уральский гос. ун-т путей сообщения, 2017. - 101 с. - Текст : непосредственный.
10. Тарасовский, Т. С. Тиристорно-реакторное устройство регулирования напряжения под нагрузкой РПН преобразовательного трансформатора ТРСЗП-12500/10 ЖУ1 / Т. С. Тарасовский. - Текст : непосредственный // Транспорт Урала. - 2017. - № 3 (54). - С. 87-91.
11. Фишлер, Я. Л. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок / Я. Л. Фишлер, Р. Н. Урманов, Л. М. Пестряева. - Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 320 с. -Текст : непосредственный.
References
1. Mochenov I. G. Methods of automatic voltage regulation at traction substations [Sposoby avtomaticheskogo regulirovaniia napriazheniia na tiagovykh podstantsiiakh]. Elektricheskaia i teplovoznaia tiaga - Electric and diesel traction, 1959, no. 6, pp. 50-61.
2. Mochenov I. G. Results of experimental operation of automatic voltage regulation devices at substations [Rezul'taty opytnoi ekspluatatsii ustroistv avtomaticheskogo regulirovaniia napriazheniia na podstantsiiakh]. Trudy instituta TsNII MPS - Proceedings of the Central Research Institute of MPS, no. 250, Moscow: Transzheldorizdat Publ., 1963, pp. 56-80.
3. Vetlugin E. M., Urmanov R. N. Smooth voltage regulation of power transformers under load using saturation chokes [Plavnoe regulirovanie napriazheniia silovykh transformatorov pod nagruz-koi s pomoshch'iu drosselei nasyshcheniia]. Trudy instituta UEMIIT - Proceedings of the UEMIT Institute, 1962, no. 5, pp. 44-55.
4. Urmanov R. N., Vetlugin E. M. On the theory of transformer voltage regulation by saturation chokes [K teorii regulirovaniia napriazheniia transformatora drosseliami nasyshcheniia]. Izvestiia vuzov. Elektromekhanika - News of universities. Electromechanics, 1965, no. 2, pp. 146-157.
5. Vashkevich E. I., Shapiro S. V. Copyright certificate 419860 (USSR), 15.03.1974.
6. Arzhannikov B. A., Nizovtsev K. A., Shtin A. N. Patent RU2613340, 27.02.2017.
7. Zasorin S. N. (ed.) Elektronnaia i ionnaia tekhnika: uchebnik (Electronic and ion technology: textbook). Moscow: Transport Publ., 1969, 376 p.
8. Arzhannikov B. A., Bader M. P. [et al.]. Improvement of the basic requirements for the system and devices of DC traction power supply [Sovershenstvovanie osnovnykh trebovanii k sisteme i ustroistvam tiagovogo elektrosnabzheniia postoiannogo toka]. Elektrotekhnika - Electrical engineering,, 2016, no. 9 (60), pp. 51-57.
9. Arzhannikov B. A. Ustroistva regulirovaniia napriazheniiapreobrazovatel'nykh transforma-torovpod nagruzkoi: uchebnoe posobie (Voltage regulation devices of converter transformers under load: textbook). Ekaterinburg: USURT Publ., 2017, 101 p.
10. Tarasovskii T. S. Thyristor-reactor voltage regulation device under load RPN converter transformer TRSZP-12500/10 ZHU1 [Tiristorno-reaktornoe ustroistvo regulirovaniia napriazheniia pod nagruzkoi RPN preobrazovatel'nogo transformatora TRSZP-12500/10 ZhU1]. Transport Urala -Transport of the Urals, 2017, no. 3 (54), pp. 87-91.
11. Fishler Ia. L., Urmanov R. N., Pestriaeva L. M. Transformatornoe oborudovanie dlia preobrazovatel'nykh ustanovok (Transformer equipment for conversion plants). Moscow: Energo-atomizdat Publ., 1989, 320 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Аржанников Борис Алексеевич
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС. E-mail: BArzhannikov@usurt.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Arzhannikov Boris Alekseevich
Ural State University of Railway (USURT).
66, Kolmogorova st., Ekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, professor of the department «Transport power supply», USURT. E-mail: BArzhannikov@usurt.ru
Баева Ирина Анатольевна
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС.
E-mail: IBaeva@usurt.ru
Baeva Irina Anatolevna
Ural State University of Railway (USURT).
66, Kolmogorova st., Ekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, senior teacher of the department «Transport power supply», USURT.
E-mail: IBaeva@usurt.ru
Тарасовский Тимофей Сергеевич
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС).
Колмогорова ул., д. 66, г. Екатеринбург, 620034, Российская Федерация.
Старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС. Тел.: +7 (962) 317-12-60. E-mail: tar-tima@yandex.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Tarasovskiy Timofey Sergeevich
Ural State University of Railway (USURT).
66, Kolmogorova st., Ekaterinburg, 620034, the Russian Federation.
Senior teacher of the department «Transport power supply», USURT.
Phone: +7 (962) 317-12-60. E-mail: tar-tima@yandex.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Аржанников, Б. А. Разработка методики расчета рационального сопротивления неуправляемого реактора тиристорно-реакторного устройства регулирования напряжения под нагрузкой на тяговых подстанциях / Б. А. Аржанников, И. А. Баева, Т. С. Тарасовский. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2021. - № 2 (46). - С. 40 - 52.
Arzhannikov B. A., Baeva I. A., Tarasovskiy T. S. Development of a method for calculating the rational resistance of a non-controlled reactor of a thyristor-reactor device for voltage regulation under load at traction substations. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 2 (46), pp. 40 - 52 (In Russian).
