CC BY
43
УДК 621.333.41
А. В. Н1К1ТЕНКО, В. М. ЛЯШУК (ДПТ)
1МОВ1РН1СНО-СТАТИСТИЧНИЙ АНАЛ1З НАПРУГИ НА СТРУМОПРИЙМАЧ1 ЕЛЕКТРОВОЗА ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ В РЕЖИМ1 РЕКУПЕРАЦП
В стати виконано статистичний аналiз i визначенi iмовiрнiснi характеристики випадково! величини на-пруги на струмоприймачi електровозу у режимi рекупераци.
Ключовi слова: рекуперацш, iмовiрнiснi закономiрностi, напруга, електровоз, статистика
Вступ
Ще з час1в початку електрифшацп затзниць встановлено, що одним 1з фактор1в, яю суттево впливають на ефектившсть рекуперативного гальмування електрорухомого складу (ЕРС) постшного струму е напруга як на струмоп-риймач^ так { в контактнш мережа Про це свщ-чать не лише вщом1 фундаментальш роботи з електричного гальмування Л. М. Трахтмана 1 В. Д. Тулубова, але й дослщження останшх ро-юв. Зокрема, автори роботи [1] вивчали р1вень напруги на струмоприймач1 електровоз1в ВЛ8 з позици виникнення колових вогшв на колекто-р1 тягового двигуна. В [2-4] подана шформащя про коливання { факт спотворення форми напруги в контактнш мережа Докладний анал1з застосування процесу гальмування, у тому чис-л1 1 на ЕРС постшного струму, подано в [5], в якш приведено штервал напруги в контактнш мереж^ 2500-3700 В, можливого застосування рекупераци. Але в зазначених вище роботах вщсутш 1мов1ршсш законом1рносп змши напруги на струмоприймачь Виключення скла-дають дослщження [6], однак { в них подано лише деяю пстограми. Тому метою ще! статп е докладний 1мов1ршсно-статистичний анатз напруги на струмоприймачь
Методика i прилади експериментальних дослiджень
Експериментальш дослщження напруги на струмоприймач1 Щ(1) та струму 1(1) виконували для електровоз1в ВЛ8. Для цього на ддачих д1-лянках Нижньодшпровськ вузол - Чаплино Придшпровсько! затзнищ в процес експлуа-таци ЕРС було отримано реатзацп Щ(1) та 1(1) для електровоза ВЛ8 за допомогою апаратно-програмного комплексу (АПК) для навчання машишспв рацюнальним режимам ведення по!зд1в, який складаеться з чотирьох частин: - нормативно-довщниково! бази даних;
- модуля уведення { коректування нормативно-довщково! шформаци;
- модуля розрахунку;
- модуля реестраци параметр1в руху електрово-за та умов проходження дшянки (або апаратно! частини).
Апаратна частина, за допомогою яко! виконано вим1рювання Щ(1) та 1(1), складаеться з п'яти основних блоюв: вим1рювального модуля, приймально-передавального модуля, модуля уведення дискретних сигнал1в, перетворювача штерфейс1в та обчислювально! машини.
Для вим1рювання напруги використовуеться модуль уведення аналогових сигнатв МИЗ-1М, який за допомогою датчиюв ЬБМ ув1мкнено в силове коло електровозу через стандарты шун-ти струму та напруги. В процес роботи електровозу сигнали з цих датчиюв через фотоприй-мач1 поступають до приймально-передавального модулю МПП-1М, за рахунок чого досягаеться гальвашчна розв'язка вим1рю-вально! 1 розрахунково! частин АПК. Прийма-льно-передавальний модуль за допомогою ш-терфейсу Я8-485 передае сигнал на верхнш р> вень вим1рювально! системи, де вщбуваеться обробка I формування бази даних.
Модуль уведення дискретних сигнатв МДС-1М призначений для уведення сигнатв про положення контролера машишста, сигналу з дискретного датчика швидкосп { передач! за допомогою штерфейсу Я8-485 на верхнш рь вень системи вим1рювання, вш також виконуе гальвашчну розв'язку м1ж вхщними колами { обчислювальною машиною. В якост датчика швидкост використовуеться встановлений на букс локомотиву оптичний перетворювач швидкосп обертання колюно! пари.
При виконанш по!здки розроблене програм-не забезпечення здшснюе почергове опитуван-ня пристро!в вим1рювання силових струму та напруги, швидкосп, положення контролера машишста 1 показань АЛСН, яю ув1мкнеш через спшьну лш1ю зв'язку до СОМ-порту обчис-
© А. В. Нттенко, В. М. Ляшук, 2012
127
лювального пристрою. Опитування проводиться посиланням в лшда зв'язку коду викли-ку, в котрому мютиться адреса вщповщного пристрою. Пристрiй, адреса якого ствпадае з викликом, починае передавати данi. Iнформацiя передаеться з деякою затримкою в часi, необ-
хщною для перемикання програмно-апаратних и, В
засобiв обчислювального пристрою з режиму передачi в режим приймання. Датчики i блоки збору iнформацii не впливають на роботу ло-комотивних пристроiв i забезпечують гальваш-чну розв'язку мiж колами локомотива i АПК, а також надiйне зшмання iнформацii в умовах експлуатацп електровозу.
-1000
-2000
500 1000 и хв
Рис. 1. Часов1 залежност1 напруги на струмоприймач1 (1) та струму (2) електровоза ВЛ8
Результати експериментального i теоретичного аналiзу
На рис. 1 приведет регютрограми напруги на струмоприймачi и та струму I електровоза ВЛ8 при проходженш поiзда однiеi з дiлянок Придншровсь^' залiзницi: додатнi значення струму - тяговий струм, вщ'емш - рекуперова-ний. Цим дiлянкам значень струму вщповщно вiдповiдають значення напруги при тязi i реку-перацii. Одночасно, на рис. 2 приведет репстрограми напруги на струмоприймачi лише у режимi рекуперативного гальмування електровоза. Як випливае iз цих рисунюв, напруга у режимi рекуперацп характеризуеться суттевими безперервними коливаннями в чаЫ. Аналiз по-казуе, що и являеться випадковою функцiею часу, тобто, випадковим процесом и^), обробка якого можлива за теорiею випадкових величин тсля квантування кожноi реаизацп, а також усiх реалiзацiй и({) в певнi моменти часу, що й було зроблено в цш робот^
Аналiз реалiзацiй (рис. 2), гютограм, отри-маних дискретизацiею кожноi реалiзацii окремо (рис. 3), а також таблиц (для деяких поiздок) свiдчать, що фактичнi поточнi значення напруги змшюються в широкому дiапазонi вiд 3014
до 3989 В. При цьому i мшмальш итп, i серед-нi иср, i, тим бiльше, максимальнi итах значення перевищують номiнальну напругу 3000 В.
Вигляд гютограм (рис. 3), а також значення коефщенту асиметрп Ал та ексцесу Ех (табл.) дозволяють зробити висновок, що законом роз-подшення дослiджуваноi напруги у рядi поiздок е закон Гауса (.№№ поiздок 4, 5 i 6), а в iнших випадках (поiздки 1-3) статистичне розподь лення мае вщ'емну (правосторонню) асиметрiю i також вщ'емний (сплюснутий) ексцес, i тому не тдкоряеться нормальному закону.
Таблиця
¡моБ1ри1СН1 характеристики випадковоУ величи-ни напруги на струмоприймач1 при рекуперацп
№ Umin, Umax, ти, О и, Ал, Ех,
по1'здки В В В В в. о. в. о.
1 3014 3534 3310 126,6 -0,702 -0,544
2 3074 3671 3392 147,9 -0,031 -0,689
3 3434 3989 3688 140,3 0,02 -0,989
4 3289 3978 3667 153,9 -0,2 -0,377
5 3077 3805 3469 131,6 -0,4 -0,269
6 3426 3590 3524 42,4 -0,274 -0,881
Рис. 2. Репстрограми напруги на струмоприймачi у режимi рекуперацiï електровозiв ВЛ8
а, б, в - pÍ3HÍ noï^ra
Рис. 3. Статистичн (истоками) (1) i теоретичш (2) pозподiлення напpyги на стpyмопpиймачi електровоза ВЛ8 y pежимi pекyпеpацiï для piзних поïздок (а, б, в)
Рис. 4. Функци математичного сподiвання mu (a), дисперсп Du (б) i середньоквадратичного вщхилення au (в) напруги на струмоприймачi електровоза ВЛ8
в режимi рекуперацiï
Зпдно з рис. 4, функци математичного спо-дiвання mv(t), дисперси DU(t) i середньоквадра-тичне вiдхилення oU(t), якi отриманi квантуван-ням багатьох реалiзацiй U(t) для рiзних момен-TiB часу, не е постшними, а коливаються вщно-сно якогось постшного значення. Отже, випадковий процес напруги U(t) не являеться стацюнарним, але може бути приведений до стацюнарного, виходячи i3 умови [7]: обмежена кшьюсть реалiзацiй U(t) обумовлюе наявнiсть значного елементу випадковост в отриманих оцiнках функцiй математичного сподiвання i дисперси. Тому щ видимi на рис. 4 вщступи вiд стацiонарностi не носять якогось закономiрного характеру i, отже, mU(t), DU(t) i oU(t) можуть бути осереднеш. Зазначене дозволяе вважати у першому наближеннi випадковий процес напруги на струмоприймачi електровоза стацюнарним.
Висновок
Напруга на струмоприймач^ при якiй електрорухомий склад постшного струму вщ-дае рекуперовану електроенергда в тягову мережу, не е постшною, а являе собою рiзкозмiн-ний випадковий процес. Зазначене li викрив-лення негативно впливае на показники якосп енерги, що вiддаеться i, зокрема, обумовлюе некорисш втрати потужностi в елементах вше! системи електрично! тяги в режимi рекупераци.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Корепанов, Г. Я. Исследование эффективности рекуперативного торможения на ряде электри-
фицированных железных дорог постоянного тока [Текст] / Г. Я. Корепанов, Л. В. Петрович, Е. А. Дуранин // Вопросы усовершенствования устройств электрической тяги. Труды ДИИТа. -1971. - Вып. 106. - С. 36-46.
2. Смирнов, С. С. К вопросу определения вклада тяговой нагрузки в ухудшение качества электрической энергии, связанного с высшими гармониками [Текст] / С. С. Смирнов, Л. И. Ковер-никова, Н. И. Молин // Пром. энерг. - 1997. -№ 11. - С. 46-49.
3. Повышение устойчивости работы электровозов с коллекторными двигателями в режиме рекуперативного торможения [Текст] / А. В. Беляев [и др.] // Сб. науч. тр. Всерос. науч.-иссл. и про-ект.-конструкт. ин-т электровозостр. - 1999. -№ 41. - С. 61-72.
4. Почаевец, Э. С. Эффективность рекуперации на участках равнинно-холмистого профиля [Текст] / Э. С. Почаевец // Вестник ВНИИЖТа. - 2000. - № 2. - С. 35-38.
5. Щербак, Я. В. Аналiз застосування рекуперативного гальмування на залiзницях Украши [Текст] / Я. В. Щербак, В. П. Нерубацький // Залiзн. трансп. Украши. - 2011. - №2. -С. 30-34.
6. Сулима, С. Д. Повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.09 - электротранспорт / С. Д. Сулима. - Д., 2001. - 20 с.
7. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей [Текст] / Е. С. Вентцель. - М.: Наука. - 1969. - 576 с.
Надшшла до редколегп 30.03.2012.
Прийнята до друку 09.04.2012.
А. В. НИКИТЕНКО, В. М. ЛЯШУК
ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТОКОПРИЕМНИКЕ ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАЦИИ
В статье выполнен статистический анализ и определении вероятностные характеристики случайной величины напряжения на токоприемнике электровоза в режиме рекуперации.
Ключевые слова: рекуперация, вероятностные закономерности, напряжение, электровоз, статистика
A. V. NIKITENKO, V. M. LIASHUK
STATISTICS AND PROBABILITY ANALYSIS OF THE VOLTAGE ON THE PANTOGRAPH OF DC ELECTRIC LOCOMOTIVE IN THE RECUPERATION MODE
The statistical analysis and probability characteristics of voltage random variation on the pantograph of DC electric locomotive in the recuperation mode are presented in the article.
Keywords: recuperation, probability laws, voltage, DC electric locomotive, statistics
