Системный анализ технологии энергетического обеспечения тяги поездов
Ключевые слова:
технология энергетического обеспечения, трехфазный двенадцатипульсовый выпрямитель, преобразовательный трансформатор, спектральный анализ, гармонические составляющие, фазное напряжение, ток, электрическая тяга поездаАннотация
Анализ работы основных силовых агрегатов электрической тяги поездов направлен на совершенствование энергетического обеспечения вождения тяжеловесных и высокоскоростных поездов для повышения пропускной и провозной способности железной дороги. Предложенный системный анализ эффективности электрической тяги основан на применении уточненного закона сохранения энергии в электромагнитном поле, новых энергетических характеристик силовых агрегатов и использовании спектрального анализа напряжения, тока в контурах электрической цепи. Исследованием электрической тяги на постоянном токе высокого напряжения с применением на тяговых преобразовательных подстанциях трехфазных двенадцатипульсовых выпрямителей последовательного типа подтвержден высокий уровень показателей качества электрической энергии на вводе. Коэффициент искажения синусоидальности кривой фазного напряжения на первичной обмотке преобразовательного трансформатора равен 0,71 %. Нечетные гармонические составляющие фазного тока в обмотках преобразовательного трансформатора подстанции до 19-й гармоники превышают 1 % от тока первой гармоники, сдвинуты по фазе на углы близкие к 90 или 270 электрических градусов относительно одноименных гармоник фазного напряжения и формируют соответствующие реактивные мощности. С применением вторичных обмоток, соединенных по схеме «треугольник», гармоники фазного тока кратные трем превосходят по величине другие гармонические составляющие тока и способствуют загрузке дополнительным током системы внешнего электроснабжения. Исследованием электрической тяги с применением трехфазных выпрямителей конструкции Иркутского государственного университета путей сообщения показана возможность снизить на 4,4 % потребление активной мощности из системы внешнего электроснабжения. Коэффициент искажения синусоидальности кривой фазного напряжения на первичной обмотке преобразовательного трансформатора составляет 0,6 %. В качестве нагрузки тяговых преобразовательных подстанций, расположенных на расстоянии 50 км, применена тяга трех соединенных поездов суммарной массой 22 500 т со скоростью 50 км/ч в середине межподстанционной зоны. Загрузка контактной подвески током не более 947,5 А позволяет не изменять сечение токоведущих проводов контактной подвески, которая в основном применяется в контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ, 50 Гц. Коэффициент полезного действия электрической тяги поездов повышается на 3,5 % по сравнению с тягой двенадцатипульсовыми выпрямителями напряжением 37,1 кВ.
Библиографические ссылки
Прогноз научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 года. М. : М-во образования и науки РФ, 2014. 244 с.
Чернов Ю.А. Электроснабжение железных дорог. М. : УМЦ ЖДТ, 2016. 406 с.
Аржанников Б.А. Тяговое электроснабжение постоянного тока скоростного и тяжеловесного движения поездов. Екате-ринбург : Изд-во УрГУПС, 2012. 207 с.
Салита Е.Ю., Ковалева Т.В., Комякова Т.В. Обоснование внедрения двенадцатипульсовых выпрямителей последова-тельного типа в системе электроснабжения метрополитена // Изв. Транссиба. 2020. № 1 (41). С. 11–20.
Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2015. Т. 2. 307 с.
Динамические процессы в асинхронном тяговом приводе магистральных электровозов / Ю.А. Бахвалов, Г.А. Бузало, А.А. Зарифьян и др. М. : Маршрут, 2006. 374 с.
Преобразователь выпрямительно-инверторный ВИП-1000-У1 : руководство по эксплуатации ИЕАЛ.435411.046 РЭ. Саранск : Электровыпрямитель, 2008. 35 с.
Francesco V., Luigi I. Dynamic and Control of Switched Electronic Systems // Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters. London : Springer, 2012. 492 p.
Рябченок Н.Л., Алексеева Т.Л., Астраханцев Л.А. Новые возможности повышения эффективности образовательного процесса в учебных заведениях высшего образования // Современные проблемы профессионального образования: опыт и пути решения : материалы III всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участ. Иркутск, 2018. С. 837–842.
Маевский О.А. Энергетические характеристики вентильных преобразователей. М. : Энергия, 1978. 320 с.
Akagi H., Watanabe E., Aredes M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. The power engineering: Handbook. New York : Wiley, 2007. 379 p.
Хохлов Ю.И., Сафонов В.И., Лонзингер П.В. Внешние и энергетические характеристики двенадцатифазных компенси-рованных выпрямителей с векторным управлением // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. 2014. Вып. 4. № 14. С. 37–45.
Poynting J.H. On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field. Philosophical Transactions of the Royal Society of Lon-don. 1884. № 175. Р. 343–361. doi.org/10.1098/rstl.1884.0016.
Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В. Теоретические основы электротехники. СПб. : Питер, 2009. Т. 2. 431 с.
Афанасьев Б.П., Гольдин О.Е., Кляцкин И.Г. Теория линейных электрических цепей. М. : Высш. шк., 1973. 592 с.
Уточненный закон сохранения энергии / Н.Л. Рябченок, Т.Л. Алексеева, К.П. Якобчук и др. : Rusnauka : сайт. URL: http://www.rusnauka.com/42_PRNT_2015/Tecnic/5_202603.doc.htm (Дата обращения: 01.04.2022).
Энергетическая эффективность в электрических цепях с полупроводниковыми приборами / Т.Л. Алексеева,
Н.Л. Рябченок, Л.А. Астраханцев и др. // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. 2020. Т. 20. № 2. С. 89–98. DOI: 10.14529/power200208.
Инновационные перспективы тягового электроподвижного состава / А.В. Воротилкин, Н.Л. Михальчук, Н.Л. Рябченок и др. // Мир транспорта. 2015. Т. 13. № 6. С. 62–76.
