Системы управления ЭПС - Системы управления режимом тяги ЭПС однофазно-постоянного тока со статическими преобразователями

Подробности
Категория: Подвижной состав

Содержание материала

Страница 15 из 45

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ТЯГИ ЭПС ОДНОФАЗНО-ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Условия работы трансформатора в схемах однофазного выпрямления с нагрузкой на тяговый электродвигатель

Возможны два варианта однофазного выпрямления: по схеме с нулевым выводом (рис. 3.1, а) и по схеме моста (рис. 3.1, б).
Рассмотрим основные соотношения для этих схем. В первом приближении примем следующие допущения.

  1. Потери энергии в трансформаторе и полупроводниковых приборах пренебрежимо малы. В номинальном режиме КПД электровозного трансформатора 0,98, а полупроводникового выпрямителя 0,99.
  2. Индуктивность рассеяния трансформатора пренебрежимо мала. На самом деле ее влияние в номинальном режиме составляет около 10 %. Более точно влияние индуктивности рассеяния будет оценено ниже при рассмотрении процесса коммутации полупроводниковых приборов.


Рис. 3.1. Варианты схем однофазного выпрямления: а — с нулевым выводом; б — мостовая

3.            Пульсации выпрямленного тока пренебрежимо малы, так как цепь нагрузки обладает индуктивностью и содержит ЭДС вращения, которая практически постоянна. В действительности пульсации выпрямленного тока на электровозах составляют около 20 %. Более точно влияние пульсаций будет рассмотрено ниже. Среднее выпрямленное напряжение U2 для обоих вариантов схем одинаково:

Определим полные мощности первичной и вторичной обмоток трансформаторов S1 и S2 при заданной выпрямленной мощности 


Здесь S — типовая мощность трансформатора — полусумма произведений напряжений холостого хода на номинальные токи для всех обмоток трансформатора.

Выводы:

  1. При однофазном выпрямлении выпрямленное напряжение пульсирует с удвоенной частотой по отношению к частоте питающей сети. Вследствие инерции поезда скорость его остается постоянной, а также не меняется сила сопротивления движению, поскольку она зависит от массы поезда, скорости движения и профиля пути. Поэтому в схемах однофазного выпрямления с нагрузкой на тяговый электродвигатель пульсирующая мощность синусоидального тока должна быть преобразована в постоянную выпрямленную мощность.
  2. Такое преобразование мощности требует увеличенной затраты проводникового материала и электротехнической стали на изготовление обмоток и сердечника трансформатора по сравнению с синусоидальной нагрузкой.
  3. Расход активных материалов характеризуется типовой мощностью трансформатора, которая равна полусумме произведений напряжений холостого хода на номинальные токи всех обмоток трансформатора.
  4. При идеальном сглаживании выпрямленного тока для схемы моста отношение типовой мощности к выпрямленной равно 1,11, а для схемы с нулевым выводом — 1,34.

Пульсации выпрямленного тока

Рассмотрим форму тока тягового электродвигателя при питании от однофазного выпрямленного напряжения (рис. 3.2). Полагаем, что:

  1. индуктивность рассеяния трансформатора пренебрежимо мала;
  2. фазовое управление отсутствует;
  3. пульсации тока не превышают 25 %, а пульсация магнитного потока пренебрежимо мала.

Мгновенное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Ограничимся постоянной составляющей и первой гармоникой напряжения:

Рис. 3.2. Пульсации выпрямленного тока

Рассмотрим, какие величины правой части этого выражения можно считать постоянными.

  1. ЭДС вращения СФV можно считать постоянной, так как магнитный поток Ф практически постоянен вследствие насыщения магнитной системы и влияния вихревых токов в остове двигателя.


Выводы:

  1. Скорость и сила тяги ЭПС с двигателями пульсирующего тока определяются средними значениями выпрямленного напряжения и тока.
  2. Переменная составляющая пульсирующего напряжения уравновешивается в основном ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности цепи за счет пульсации тока.
  3. Частота пульсации выпрямленного тока в 2 раза больше частоты питающей сети переменного тока.
  4. Амплитуда пульсирующей составляющей тока определяется величиной и формой выпрямленного напряжения и индуктивным сопротивлением цепи выпрямленного тока.

Влияние пульсаций выпрямленного тока на работу тяговых электродвигателей

Дополнительные потери в обмотках. Пульсация выпрямленного тока вызывает увеличение действующего значения тока по отношению к среднему. При коэффициенте пульсации тока кп1 = 0,25 дополнительные потери в обмотке якоря ТЭД составляют около 0,1 % от номинальной мощности двигателя. Потери в обмотках главных полюсов обычно еще меньше.

Дополнительные магнитные потери. Потери за счет пульсации до полнительных полюсов и потока реакции якоря и составляет 0,8 % от номинальной мощности ТЭД. Общие потери от пульсации тока и потока составляют около 0,9 % от номинальной мощности двигателя. На первый взгляд это мало. Если считать КПД ТЭД порядка 0,92, то это означает, что при питании пульсирующим током КПД двигателя будет 0,911, при этом потери в двигателе увеличиваются с 8 до 8,9 %, т.е. на 10 %. Для двигателей с высоким использованием по теплу это может привести к недопустимому повышению температуры обмоток.

Трансформаторная ЭДС в коммутируемой секции якоря за счет пульсации потока главных полюсов. В коллекторных двигателях однофазного тока эта ЭДС определяет качество коммутации. В двигателях пульсирующего тока влияние этой ЭДС несущественно, так как пульсация потока главных полюсов незначительна.

Несовпадение по фазе реактивной и коммутирующей ЭДС вследствие сдвига по фазе между пульсациями тока якоря и пульсацией потока дополнительных полюсов. Это является основной причиной снижения качества коммутации двигателей пульсирующего тока по сравнению с двигателями постоянного тока.

Близкие публикации: