Статья: Оценка электрмомагнитной совместимости тягового электропривода с импульсными преобразователями напряжения и контактной сети

ЕНЕРГЕТИКА ТА ЕНЕРГОРЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ

Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (39). Частина 1.

8

«Электромеханические заводы KLG»

Криворожский технический университет

Оценка электрмомагнитной совместимости тягового электропривода с импульсными преобразователями напряжения и контактной сети

УДК 62-83:629.423.1

Синчук О.Н.

Синчук И.О., Лозовой Д.Ю., Хараджян А.В.

Рекомендовано к печати д.т.н., проф. Родькиным Д.Й.

Харьков 15.04.2006

Введение

Вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) электроприводов с импульсными (широтно-импульсными) преобразователями (ШИП) напряжения питания двигателей по-прежнему являются одними из краеугольных при разработке и внедрении в практику эксплуатации тех или иных современных видов электрифицированного транспорта [1, 2].

В работах [3, 4] рассмотрены вопросы и направления улучшения показателей ЭМС, приведены конкретные электроэкономические схемотехнические решения для подвижного состава метрополитенов.

Вместе с тем, весь комплекс предложенных исследований требует своего подтверждения (апробации) еще до стадии изготовления даже опытных образцов ТЭП.

Цель работы - оценка электромагнитной совместимости тягового электропривода с импульсными преобразователями напряжения и контактной сети.

Материал и результаты исследований

Решение указанных вопросов может быть получено путем теоретических исследований и компьютерным моделированием тягового электропривода. С этой целью авторами разработана методология и пакет прикладных программ для необходимого комплекса исследований с помощью ПЭВМ. ток электромагнитный схемотехнический

Исследованию подвергался ряд схем с возможностью варьирования в требуемом диапазоне параметров моделей.

Вариант 1

Рисунок 1 - Схема модели с традиционным Г-образным фильтром для исследования воздействия на систему 300 Гц составляющей в напряжении u_G в номинальном режиме, где: U_G=750 В, const; L_G=0.2 мГн; L_Z=0.14 мГн; C_Z=2.0 мФ; E_M=730 В, const; R_M=0.14 Ом; L_M=15.16 мГн

Вариант 2

Рисунок 2 - Схема модели с комбинированным двухзвенным фильтром для исследования воздействия на систему 300 Гц составляющей в напряжении u_G в номинальном режиме, где: U_G=750 В, const; L_G=0.2 мГн; L_Z=0.14 мГн; L_T=2.24 мГн; C_Z=2.0 мФ; C_T=0.125 мФ; E_M=730 В, const; R_M=0.14 Ом; L_M=15.16 мГн

Вариант 3

Рисунок 3 - Схема модели с демпферным комбинированным двухзвенным фильтром для исследования воздействия на систему 300 Гц составляющей в напряжении u_G в номинальном режиме, где: U_G=750 В, const; L_G=0.2 мГн; L_Z=0.14 мГн; L_T=2.24 мГн; C_Z=2.0 мФ; C_T=0.125 мФ; R_T=2 Ом; E_M=730 В, const; R_M=0.14 Ом; L_M=15.16 мГн

Вариант 4

Рисунок 4 - Схема модели для исследования переходных процессов в системе при прямом подключении ее с нулевыми условиями (i₀=0, u₀=0) к источнику E_G контактором К, где: E_G=750 В, const; L_Z=0.14 мГн; L_T=2.24 мГн; C_Z=2.0 мФ; C_T=0.125 мФ; R_T=2 Ом; i_М=0, х.х. - нагрузки нет

Вариант 5

Рисунок 5 - Схема модели для исследования помех в источнике питания u_G в режиме разгона, где: E_G=750 В, const; R_G=750 Ом; L_Z=0.14 мГн; L_T=2.24 мГн; C_Z=2.0 мФ; C_T=0.125 мФ; R_T=2 Ом; E_M=330 В, const; R_M=0.14 Ом; L_M=15.16 мГн; t_Т=500 мкс - интервал проводимости VT на периоде модуляции T_M=1000 мкс

Выводы

Анализ полученных данных для различных параметров и схем фильтров позволил авторам констатировать ряд основополагающих выводов. Так, в варианте «прямого» включения фильтра под напряжение в нем отсутствуют сверхтоки и сверхрнапряжения, однако, зарядный ток достаточно велик. Во избежание перегрузок фильтровых конденсаторов зарядными импульсами токов при повторных включениях - отключениях ТЭП к ПКС - в этом случае целесообразно применение резисторной цепи предварительного заряда фильтра. Это положение и было учтено при разработке реальной (проектной) схемы ТЭП вагона метрополитена.

Рисунок 6 - Осциллограммы токов и напряжений в модели на рис. 1

Рисунок 7 - Осциллограммы токов и напряжений в модели на рис. 2

Рисунок 8 - Осциллограммы токов и напряжений в модели рис. 3

Как было установлено в ходе исследований, наиболее нагружены фильтровые конденсаторы токами заряда - разрядка при работе ШИП с коэффициентом заполнения периода модуляции ; этот режим является определяющим при выборе типа конденсаторов. Т.е. отсюда следует главный вывод - применение электролитических конденсаторов для данных условий недопустимо.

Рисунок 9 - Осциллограммы токов и напряжений в модели на рис. 4

В то же время, шестикратная (трехсотгерцовая) гармоника в напряжении ПКС проявляет себя при режиме работы ШИП с постоянно включенными IGBT-модулями, т.е. при и , а именно, когда напряжение на двигателях достигает значений и . В последнем случае имеет место длительный режим работы ТЭП с возможным ослаблением возбуждения ТЭД. Данный режим является проверочным для принятого типа конденсаторов фильтра.

В анализируемых вариантах рассмотрен спектр возможных соотношений параметров элементов фильтра. При разработке реального устройства учтен опыт эксплуатации существующих фильтров и внесены коррективы в расчетные соотношения. В частности, для исключения автоколебаний в частном звене рекомендуется шунтировать последний резистором, сопротивление которого должно выбираться из условия:

.

Компьютерные исследования системы «перспективный фильтр - ШИП - тяговый электродвигатель» подтвердили аналитические выкладки и позволили определить поведение элементов и системы в целом в переходных режимах, при прямом подключении системы к питающей контактной сети и при возникновении импульсов сверхнапряжений в питающей сети.

Рисунок 10 - Осциллограммы токов и напряжений в схеме модели на рис. 5

Литература

1. Проектирование систем управления электроподвижным составом // Под редакцией Ротанова Н.А. - М.: Транспорт, 1986г., 327 с.

2. Гаврилов Я.И., Мнацаконов В.А. Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями. М.: Транспорт, 1986г., 229 с.

3. Синчук О.Н., Лозовой Д.Ю., Чернышов А.А. Тяговый электропривод вагонов метрополитенов на перспективу // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Серия Электротехника, электроника и электропривод. Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. Вып. 45. Харьков, 2005. C. 263-265.

4. Синчук О.Н., Лозовой Д.Ю., Чернышов А.А. Современная архитектура ТЭП постоянного тока вагона метрополитена // Восточно-европейский журнал передовых технологий. №3/2 (15), 2005, с. 24-28.