CC BY
29
УДК 629.423.31
П. О. ЛОЗА (Придншровська залiзниця)
ВПЛИВ НАМАГШЧУВАЛЬНОГО СТРУМУ ТРАНСФОРМАТОРА ТА КОМУТАЦП ТИРИСТОР1В НА КОЕФЩ1СНТ ПОТУЖНОСТ1 СТАТИЧНИХ НАП1ВПРОВ1ДНИКОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1В УН1Ф1КОВАНИХ СТЕНД1В ДЛЯ ВИПРОБУВАННЯ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ДВИГУН1В
Проведено дослщження з метою розробки рекомендацш з тдвищення коефщенту потужносл статичних перетворювач1в стенд1в випробування тягових електричних машин.
Проведено исследование с целью разработки рекомендаций по повышению коэффициента мощности статических преобразователей стендов испытания тяговых электрических машин.
With the aim to develop the recommendations for increasing the capacity factor of static converters for the traction electric machines' test stand this research has been carried out.
Вступ
У тепершнш час лшшш генератори (ЛГ) та вольтододавальш машини (ВДМ), яю у стендах для випробування тягових електричних машин традицшно виконувалися на базi обертальних електричних машин, доцшьно замшити статич-ними нашвпровщниковими перетворювачами. Дослiдження енергетичних та iнших показникiв статичних перетворювачiв з урахуванням особ-ливостей роботи вказаних стендiв е актуальною задачею у зв'язку з обмеженими досвщом роботи таких перетворювачiв та теоретичними дослщженнями 1х властивостей. Основними факторами, яю називають при обгрунтуванш доцiльностi замiни електромашинних ВДМ та ЛГ на статичш напiвпровiдниковi (ВДП та ЛП) - це зменшення кiлькостi електричних машин у схемi випробувального стенду, зменшення шуму при випробуваннях. Дослiдження з метою розробки рекомендацш з тдвищення коефiцiенту потужностi з урахуванням особли-востей випробувань, в першу чергу з урахуван-ням потужностi машини, що випробуеться, вщ-сутнi. У данiй статп дослiдження проводяться для унiфiкованого стенду, тобто для стенду, який передбачае можливють випробувань як двигушв електрорухомого складу, так i тепло-возних двигунiв.
Матерiали та результати дослщжень
Розглянемо вказану задачу вiдносно статичного ЛП.
Потужнють тягових двигушв електровозiв, якi у значнiй кшькосп експлуатуються на зат-зницях Украши, дорiвнюе в основному вiд
900 кВт (5ЛЬ-4442пР) до 525 кВт (НБ-406Б), електропо!зд1в вщ 235 кВт (1ДТ.003.6) до 180 кВт (ДК-103Г) [3].
Для тягових двигушв тепловоз1в - вщ 411 кВт (ЭД-120А) до 305 кВт (ЭД-118) [4].
Проведет розрахунки показують, що при випробуванш тягового двигуна AL4846dT (770 кВТ) потужнють ЛП ор1ентовно дор1внюе 60 кВт. При наших дослщженнях приймаемо вказану потужнють за базову. Один з можливих вар1ант1в схеми статичного перетворювача наведений на рис. 1.
Рис. 1. Схема статичного перетворювача
Якщо прийняти opieHTOBHO значення cos ф=0.8, то потужнiсть трансформатору статичного перетворювача ЛП випробувального стенду складае:
-60 = 75 кВА.
0.8
Зпдно ГОСТ 12022-76, обираемо найближчу потужшсть трифазного масляного силового трансформатора загального призначення на S = 100 кВА.
Реактивна потужшсть QTP, яка споживаеть-ся керованим тиристорним перетворювачем ЛП, може бути роздшена на три складовi: реактивна потужшсть, яка споживаеться трансформатором перетворювача; реактивна потужшсть, яка зумовлена процесами комутаци Qs; та реактивна потужшсть керування Qa .
Перша складова реактивно! потужносп може бути визначена iз спiввiдношення [1]:
S 100
де i0 - струм холостого ходу (ХХ), %;
up - реактивна складова напруги КЗ, %;
Qtp (0 +P2UpкВАР
(1).
Р = "
P
P
пом ном
трансформатора.
- коефщент навантаження
up =
1
2 2 u - ua
(2)
де ик - напруга КЗ трансформатора, %; ua - активна складова напруги КЗ, %. Зпдно [2]:
Рк
ua = , a 10S
де Рк - втрати КЗ трансформатора, Вт;
S - номшальна потужшсть трансформатора, кВА.
Для обраного трансформатора зпдно з ГОСТ 12022-76: Рк = 1970 Вт; ик = 4.5 %; i0 = 2.6 %.
У нашому випадку: ua = = V4.52 -1.972 = 4.05 %.
1970 10-100
= 1.97 %;
Значення QТР = / (р) наведеш у табл. 1.
Вважаемо, що потрiбна при випробуваннях потужшсть трансформатора ЛП пропорцiйна потужносп випробувального двигуна. Тобто ор> ентовно можна вважати, що мшмальне значення коефщента навантаження трансформатора 180
дорiвнюе 770 = 0.23; 180 кВт - потужшсть
двигуна ДК103Г, яка е мшмальною серед тяго-вих двигушв.
u
p
Таблиця 1
Значення реактивно'1 потужносп, яка споживаеться трансформатором ЛП, в залежност вщ коефщенту навантаження
в 0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1
qtp , кВАР 2.6 2.640 2.964 3.612 4.584 5.88 6.65
Вiдповiдна залежнiсть QТР = / (р) наведена на рис 2. З рис. 2 видно, що значення QTP зрос-тае при р > 0.3 . Зростання реактивно! потужносп трансформатора QTP при збiльшеннi р вiд 0.3 до 1.0 складае (6.65 - 2.6) = 4.05 кВАР.
Явище перекриття струмiв при комутаци приводить до того, що iмпульс струму у мережi живлення спотворюеться, що у свою чергу впливае на ампл^уду основно! гармонiки.
Реактивна потужшсть QK, зумовлена щею причиною, зростае iз зростанням кута комутаци ук у вщповщносп з формулою [1]:
Qk = KKUdold , (4)
де Ud^ - середне значення випрямлено! напруги у режимi ХХ перетворювача;
ld - середне значення випрямленого струму;
Кк - коефщент потужност^ зумовлений комутацiею.
При випробуванш базового двигуна (AL4846dT) розрахунковi значення для перетворювача ЛП: Ud0 = 2000 В, ld = 30 А.
Коефщент Кк е функщя кута комутацi!:
От, 6-
2--
кВАР
0,2
0,4
0,6
0,8
Р >-
Рис. 2. Залежнiсть реактивно! потужностi, яка спо-живаеться трансформатором ЛП, ввд коефiцieнту навантаження трансформатора
К - - - — 3
к - 3Ук 13Ук,
(5)
де ук у рад1анах.
Результати розрахунку Qк при випробуван-ш двигуна АЬ4846ёТ наведет у табл. 2.
Вщповщна залежшсть Qк = / (ук) наведена на рис. 3.
Реактивна потужнють керування Qa обумо-влена зсувом фаз струму та напруги живлячо! мереж1 перетворювача при кутах затримки а > 0°.
Зпдно [1]:
Qа= Каи*01, , (6)
де Ка - коефщ1ент, значення якого зале-жить вщ а та ук.
Таблиця 2
Значення реактивно'1 потужност комутаци при випробуванш базового тягового двигуна
град 5 10 20 30 40 45
('к , радиан 0.087 0.174 0.348 0.523 0.697 0.785
Кк 0.064 0.128 0.229 0.237 0.438 0.486
Qк , кВАР 3.84 7.68 13.74 14.22 26.28 29.16
тр
4
1
ОкАкВАР
30
20
10
10
20
30
40
IQ = Qтp + Qк + Qa= 6.65 +13.74 +15 =
= 35.39 кВАР.
Повна потужнють:
5 = 'Р+^Ю2 = ^602 + 35.392 = 69.65 кВАР.
Тодк
Р 60
008 ф =— =-
5 69.65
= 0.861.
Рис. 3. Залежшсть реактивно! потужносп Qк, яка зумовлена процесами комутацi!, вщ кута комутацi!
У нашому випадку значення кута а мале. У першому наближенш приймаемо а = 5° Тод1 Ка- 0.25, [1] при ук = 20° .
Потужнють Qa = 0.25 • 2000 • 30 = 15 кВАР. Сума IQ ус1х реактивних потужностей
при Р = 1 та ук = 20° при випробуванш двигуна АЬ4846<1Т дор1внюе:
Висновки
1. Розроблена автором методика дае змогу визначити коефщент потужносп статичних перетворювач1в стенд1в для випробування тяго-вих двигушв локомотив1в методом взаемного навантаження.
2. Отримаш чисельш значення параметр1в можуть бути ор1ентирами при визначенш кое-фщ1енту потужносп шд час випробувань двигушв р1зних тишв та при розробщ рекоменда-цш з шдвищення цього коефщенту.
3. З точки зору зменшення реактивно! поту-жносп, яка зумовлена процесами комутаци, кут комутаци статичного перетворювача не повинен перевищувати 30°.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Супронович, Г. Улучшение коефициента мощности преобразовательных установок [Текст] / Г. Супронович. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -136 с.
2. Тихомиров, П. М. Расчет трансформаторов [Текст] / П. М. Тихомиров. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 526 с.
3. Правила ремонту електричних машин електро-воз1в 1 електропо!зд1в [Текст]. ЦТ-0063, 2003. -286 с.
4. Правила ремонту електричних машин теплово-з1в [Текст]. ЦТ-0064, 2003. - 122 с.
Надшшла до редколегп 01.09.2008.
