4 страница. Базове значення первинної напруги у ході експерименту було встановлено на рівні 80 В у

Базове значення первинної напруги у ході експерименту було встановлено на рівні 80 В у фазі трансформатора. Збільшення ступеню несиметрії, який оцінювався коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності, забезпечувалась зміною напруги однієї фази у межах від 50 В до 100 В. Встановлений діапазон зміни напруги враховував коливання фазної напруги, що зустрічаються при експлуатації тягової підстанції.

Процес фізичного моделювання супроводжується низкою недолік до яким можна віднести непередбачуваність дії сторонніх факторів (електромагнітних завад живлячої мережі), навантажувальна обмеженість та дефектність обладнання, виникнення похибок вимірювання та інше. Врахування цих обставин значно ускладнює дослідження, збільшує витрати часу на побудову та налагодження фізичної моделі, а звідси затримує отримання необхідного результату. Комп’ютерне моделювання дозволяє усунути ці негативні чинники та створити ідеалізовану середовище для вивчення конкретного явища без застосування аналітичного дослідження.

Комп’ютерне моделювання процесу перетворення електричної енергії під впливом несиметричної напруги живлення шестипульсного та дванадцятипульсного перетворювального агрегату було виконано у програмному середовищі «MATLAB/Simulink» [36-38]. Комп’ютерна модель, створена на базі функціональних елементів вказаного програмного середовища, включає у собі: вимірювально-розрахункові підсистеми для кіл постійної та змінного струму, трифазне джерело напруги із змінним внутрішнім опором, перетворювальний трансформатор, випрямний міст, навантаження кола постійного струм, яке, у зв’язку із відсутністю потреби у аналізу впливу досліджуваного явища на характеристики електричних машин, було представлено блоком «Series RLC Branch», що дозволило спростити процес та зменшити тривалість часу моделювання. На рисунку (рис.3.5) представлене зображення комп’ютерної моделі перетворювального агрегату дванадцятипульсного випрямлення або тягової підстанціє із одноступеневою трансформацією напруги, про перспективність впровадження яких повідомляється у другому розділі даної роботи. У таблиці 3.1 приведенні параметри основних функціональних блоків комп’ютерної моделі.

5

2

7

6

1 – джерело трифазної напруги; 2 – вимірювально-розрахункова підсистема живлячої мережі; 3 – перетворювальний трансформатор(блок «Three-Phase Transformer»); 4 – вимірювально-розрахункова підсистема кола змінного струму випрямляча; 5 – мостові секції дванадцятипульсного випрямляча (блок «Universal Bridge»), 6 – вимірювально-розрахункова підсистема кола постійного струму випрямляча; 7 – навантаження у колі постійного струму (блок «Series RLC Branch»).

Рисунок 3.5 – Комп’ютерна модель перетворювального агрегату дванадцятипульсного випрямлення

Таблиця 3.1 – Параметри функціональних блоків

Назва блоку	Параметри
Потужність, кВА	Напруга. В	Активний опір, Ом	Індуктивність, мГн
Three-Phase Transformer	2,5	ВН		ВН	0,94	ВН	0,22
НН 1		НН 1	0,052	НН 1	0,2
НН 2		НН 2	0,052	НН 2	0,48
магнітопровід		магнітопровід

Продовження таблиці 3.1

Universal Bridge (у відкритому стані)	–		0,01
Series RLC Branch	–	–

Із цією метою у підсистемах (див. рис.3.4) розробленні підсистеми другого рівня, що представленні на рисунках 3.6-3.8 Підсистема (рис.3.6) реалізує формулу для визначення коефіцієнта несиметрії напруги по зворотній послідовності (2.12). Головний елемент підсистеми блоки «3-Phase Sequence Analyzer», на входи яких подається сигнал від «Three-Phase V–I Measurement». Блок дозволяє виділити пряму та зворотною послідовність основної частоти трифазної напруги. Блок «Divide» виконує ділення вихідних сигналів із «3-Phase Sequence Analyzer», а «Slider Gain» збільшує отримане відношення у сто разів, що відповідає розрахунку необхідного показника якості.

2

4

3

1

5

1 – блок «3-Phase Sequence Anal»; 2 – блок «Divide»; 3 – блок «Slider Gain»;

4 – блок «Terminator»; 5 – вхідний та вихідний порт підсистеми.

Рисунок 3.6 – Підсистема для визначення коефіцієнту несиметрії напруг по зворотній послідовності

6

4

7

3

2

1

5

1 – блок «Fourier»; 2 – блок «Slider Gain»; 3 – блок «Math Function»; 4 – блок «Add»; 6 – вхідний порт підсистеми; 7 – вихідний порт підсистеми.

Рисунок 3.7 – Фрагмент підсистеми для визначення коефіцієнту співвідношення вищих гармонік у колі постійного струму

При визначенні коефіцієнта співвідношення вищих гармонік з частотного спектру випрямленої напруги були використані неканонічні гармоніки від 100 до 2000 Гц та канонічні від 300 до 2100 Гц. Для реалізує формулу (2.15 та 2.16) у комп’ютерній моделі була створена підсистема фрагмент якої зображено на рисунку 3.7. Приведена частина підсистеми виконує виділення квадрату діючого значення гармонічних складових із сигналу, що поступає на від до блока «Fourier», та виводить на вихід їх суму корінь від якої дорівнює діючому значенню канонічних або неканонічних гармонік в залежності від порядку гармоніки відокремленій блоком «Fourier».

6

5

1

4

3

1

2

p umV04AAAAAoBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9BasMwEEX3hd5BTKC7RoqdiuBaDqWQULqL GyjdyZZsmViSsRTH6ek7WTW7+czjz5t8O9ueTHoMnXcCVksGRLvaq861Ao5fu+cNkBClU7L3Tgu4 6gDb4vEhl5nyF3fQUxlbgiUuZFKAiXHIKA210VaGpR+0w13jRysjxrGlapQXLLc9TRjj1MrO4QUj B/1udH0qz1bArmquP7/774+k2Sfm9JkeD1PJhHhazG+vQKKe4z8MN31UhwKdKn92KpAe85oniArg LymQG7BJOZAKB7bmQIuc3r9Q/AEAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAA AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAA AJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQCjnobNCwIA ADcEAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDpumV0 4AAAAAoBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAGUEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAA cgUAAAAA " strokecolor="black [3213]"/>

1 – блок «Divide»; 2 – блок «Gain»; 3 – блок «Integrator»; 4 – блок «Math Function»; 5 – вхідні порти підсистеми; 6 – вихідний порт підсистеми.

Рисунок 3.8 – Підсистема для визначення енергетичних показників

Функціональні блоки визначення потужності із бібліотеки «Measurement» налаштовані на конкретне значення частоти, крім того вони видають точний результат за умови збалансованої трифазної напруги, яка не буде виконуватись під час проведення експериментального моделювання. У цих причин створені підсистеми для розрахунку енергетичних показників за інтегральним підходом. Підсистема (див.рис.3.8) визначає умовну, активну потужність та коефіцієнт потужності у фазі лінії. Перша (зверху) її ланка виводить середнє значення добутку миттєвих значень струму та напруги за час моделювання, що відповідає визначенню активної потужності. Дві наступні ланки визначають середньокадратчне значення напруги та струму, а їх спільний добуток дорівнює значенню повної потужності. Таким чином підхід реалізований у цій підсистем забезпечує визначення вказаних показників у колі постійного та змінного струму.

З метою вимірювання фазної потужності, яка передається лініє із вентильної обмотки з’єднаної за схемою «трикутник» до випрямляча була зібрана штучна нейтральна точка (рис.3.9). Отримана схема є еквівалентною зіркою до вторинної обмотки трансформатора і дозволяє зняття напруги із умовної фази при збільшенні рівня несиметрії живлячої мережі.

3

1

2

4

1 – блок «Series RLC Branch»; 2 – блок «Voltage Measurement»; 3 – з’єднувальний порт; 4 – вихідний порт.

Рисунок 3.9 – Штучна нейтральна точка

Високе значення активного опору (5 МОм) блоків «Voltage Measurement» обмежує стум витоку мінімізуючи цим втрату напруги у вентильних обмотках трансформатора та дозволяє нехтувати відхиленням напруги викликаним нейтральною точкою.

3.2 Зіставлення результаті фізичного та комп’ютерного моделювання

У результаті проведених експериментальних досліджень

Комп’ютерне 6п рабочий

Режим холостого ходу	Режим навантаження
Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік	Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік
Симетрична напруга
Зниження напруги однієї фази
0,005545	0,001739	0,0943	0,0147
0,299071	0,052852	0,219853	0,050253
0,758502	0,13344	0,677174	0,139469
1,533693	0,269387	1,450635	0,290461
1,847155	0,32457	1,765462	0,35205
2,320958	0,407901	2,249502	0,446847
3,120526	0,55016	3,04948	0,603444
3,443881	0,608035	3,373202	0,668119
3,769304	0,666669	3,704811	0,733963
3,932805	0,696242	3,867984	0,766702
4,757985	0,846984	4,698651	0,93272
5,091756	0,908684	5,031888	1,001635
5,717858	1,01055	5,761558	1,142653
Підвищення напруги однієї фази
0,005545	0,001739	0,0943	0,0147
0,756714	0,132846	0,840063	0,158553
1,202381	0,21162	1,284942	0,246542
1,49724	0,263865	1,581212	0,305051
1,79037	0,316286	1,8742	0,3633
2,081811	0,368489	2,165831	0,421409
2,371497	0,420649	2,452556	0,479286
2,659469	0,472777	2,742367	0,537297
2,945763	0,524965	3,026548	0,595424
3,653933	0,655625	3,725414	0,739795
4,351977	0,786975	4,416545	0,885005
4,765817	0,86589	4,819015	0,971435
5,039793	0,91896	5,090418	1,029748
5,717858	1,052355	5,761558	1,177753

12 п

Режим холостого ходу	Режим навантаження
Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік	Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік
Симетрична напруга
Зниження напруги однієї фази
0,75873	0,32085	0,195029	1,572138
1,53388	0,86086	0,65678	2,033662
1,84727	1,08344	1,415688	3,330667
2,32101	1,42795	1,727088	3,945984
3,12041	2,03142	2,205725	4,90931
3,44371	2,28793	3,004377	6,690841
3,76901	2,55559	3,333761	7,443835
3,93242	2,69187	3,656052	8,249136
4,75738	3,41232	3,826779	8,64213
5,09101	3,72052	4,653907	10,81128
5,71897	4,15150	4,999897	11,70231
Підвищення напруги однієї фази
0,000703	0,02189	0,121832	1,515296
0,756529	0,517221	0,861818	2,227692
1,202197	0,826209	1,313697	2,971012
1,497164	1,033121	1,612868	3,511275
1,790355	1,241624	1,903222	4,115402
2,081858	1,450754	2,199501	4,700987
2,371593	1,661574	2,485119	5,330544
2,659613	1,876326	2,765846	5,952576
2,945814	2,093989	3,046749	6,658224
3,654244	2,659251	3,758169	8,524696
4,352515	3,24745	4,451679	10,6269
4,766658	3,619557	4,884729	11,70538
5,040643	3,873609	5,157346	12,52635
5,718967	4,534941	5,832087	15,08973

6П

Хол отой ход и нагрузка

Сравненеи при нагрузке 6п физ и комп моделлей

Режим холостого ходу	Режим навантаження
Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік	Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік
0,02	0,225	0,00040877	0,112009
0,524254	0,125	0,75228437	0,132211
1,3054	0,36547	1,19798105	0,310869
2,0245	0,42467	1,78607773	0,353376
2,62152281	0,568464	2,07750521	0,367489
3,30239119	0,695444	2,3672296	0,419648
3,80471809	0,619696	2,94148996	0,523804
4,58356499	0,95	3,64991953	0,654284
5,10347387	1,152136	4,76210339	0,864395
5,90347387	1,22939	5,03615201	1,21731

12П

Режим холостого ходу	Режим навантаження
Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік	Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності	Коефіцієнт співвідношення вищих гармонік
0,304001	0,522805	0,018853	0,21241
0,762703	0,807823	0,769522	1,007811
0,834811	0,405051	1,213713	1,802558
1,2758	0,921	1,508212	2,062784
1,537773	1,436934	1,508212	2,136278
1,538511	1,6854	2,091538	2,833499
1,851217	2,0011	2,382253	3,250084
2,324921	2,52454	2,670633	3,619392
2,325604	2,2124	2,956217	5,035204
3,124342	2,78454	3,670301	5,654441
3,448391	3,489317	3,735142	7,17585
3,772919	2,751459	3,772204	6,913673
3,773674	2,889218	4,06664	7,398742
3,936337	3,843668	4,366809	10,50418
4,761262	3,606552	5,056914	10,4083
5,094794	3,911693	5,107863	13,05625
5,095495	5,380422	5,511	18,68119

Список бібліографічних джерел

1. Кірпа Г. Інтеграція залізничного транспорту України в Європейську транспортну систему: монографія / Г. Кірпа. – Дніпропетровськ: ДНУЗТ, 2004. – 248 с.

2. Орієнтири розвитку швидкісних магістралей в Україні О. М. Чупир // Вісн. економіки транспорту і промисловості. – Харків: УДАЗТ. – 2013. – Вип. 42. – С. 190–194.

3. Создание сети высокоскоростных дорог в Китае // Железные дороги мира. – 2011. – № 4. – С. 9–15.

4. Сотников, А. Е. Железные дороги мира из XIX в XX век / А. Е Сотников – М.: Транспорт, 1993. – 200 с

5. Кисёлев И. П. Высокоскоросные железные дороги. / И. П. Кисёлев, Е. А. Сотников, В. С. Суходоев. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2001. – 60 с.

6. Развитие железнодорожного транспорта и скоростное движение поездов в советский период (1918—1990) Ковалёв И. П. // Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт. – СПб: ГИИПП «Искусство России». – 2001. – Т. 1. – С. 44–48.

7. Техника в ее историческом развитии (70-е годы XIX – начало XX в.) / Шухардин С. В., Шухардин С. В., Ламан Н. К., Федоров А. С.- отв. ред. Шухардин С. В., Ламан Н. К., Федоров А. С. – М.: Наука, 1982. – 511 с.

8. Wiatrowski С Railroads Across North America: An Illustrated History / С Wiatrowski. – MBI Publishing Company, 2007. – 256 p.

9. Марквард К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорого: ученик / К. Г. Марквард. – М.: Транспорт, 1982. – 528 с.

10. Корниенко В. В. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы (Аналитический обзор): Монография / В. В. Корниенко, А. В. Котельников, В. Т. Доманский. – К.: Транспорт Украины, 2004. – 196 с.

11. Корниенко В. В. Высокоскоросной электрический транспорт. Мировой опыт. / В. В. Корниенко, Омельяненко В. И. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. – 159 с.

12. Дзензерский В. А. Высокоскоросной электрический транспорт с электродинимической левитацией. / В. А. Дзензерский Омельяненко В. И. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. – 480 с.

13. Системы автоматики и телемеханики на железных дорогах мира / Энрико Андрес, Томас Брендт, В. Иванченко и др.; под ред С. Власенка. – М.: Интекст,2009. – 487 с.

14. Высокоскоростное пассажирское движение (на железных дорогах) / Н. В. Колодяжный, Н. И. Бещев, Б. Э. Пейсахсон и др.; под общ ред. Н. В. Колодяжного. – М.: Транспорт, 1976. – 416 с.

15. Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт. В прошлом, настоящим и будущем Т.1 / под ред. В. И. Ковалёва. – СПб, 2001. –320 с.

16. Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт. В прошлом, настоящим и будущем Т.2 / под ред. В. И. Ковалёва. – СПб, 2001. –406 с.

17. Правила технічної експлуатації залізниць. Затв. наказ Мін-ва трансп. України 20.12.1996 [Текст] / К.: 1997. – 232 с.

18. Тяговое электроснабжение высокоскоростных линий // Железные дороги мира. – 20101. – № 6. – С. 26–30.

19. Общие технические требования к системам тягового электроснабжения постоянного и переменного тока скоростных и высокоскоростных линий Р-610/7 [Электронный ресурс] / Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД). – Режим доступа: \www/ URL: http://osjd.org/doco/public/ru/ – 14.03.2015 г. – Загл. с документа.

20. Рекомендации по проектированию тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения на современной элементной базе P-603 [Электронный ресурс] / Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД). – Режим доступа: \www/ URL: http://osjd.org/doco/public/ru/ – 14.03.2015 г. – Загл. с документа.

21. Рекомендации по интегрированной системе управления электроснабжением железнодорожного транспорта P-612-4 [Электронный ресурс] / Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД). – Режим доступа: \www/ URL: http://osjd.org/doco/public/ru/ – 14.03.2015 г. – Загл. с документа.

22. Рекомендации по геометрическим, динамическим и электромеханическим параметрам контактной сети, токоприемников и токосъемных элементов для скоростного и высокоскоростного электроподвижного состава P-630-1 [Электронный ресурс] / Организация сотрудничества железных дорог (ОСЖД). – Режим доступа: \www/ URL: http://osjd.org/doco/public/ru/ – 14.03.2015 г. – Загл. с документа.

23. Шалимов М. Г. Современное состояние и пути совершенствования систем электроснабжения электрических железных дорог / М. Г. Шалимов, Г. П. Маслов, Г. С. Магай. – Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2002, – 49 с.

24. Крюков А. В. Ситуационное управление режимами системы тягового электроснабжения: монография / А. В Крюков, В. П. Закарюкин, Н. А. Абрамов. – Иркутск: Иркут. гос. ун-та путей сообщения. – 2010. –123 с.

25. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники. Учебное пособие / Г. С. Зиновьев. – 4-е изд., испр. и доп. –Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 672 с.

26. Сиченко В. Г. Розвиток наукових основ підвищення електромагнітної сумісності підсистеми електричної тяги постійного стуму залізничного транспорту: автореф. дис... д-ра техн. наук / В. Г. Сиченко; Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д.,2013. – 42 с.

27. ГОСТ 19705-89. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. –– введ. 01.01.1990. – М. Изд-во страндартов, 1989. –46 с.

Дата добавления: 2015-07-12