Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с исследованием влияния формы тока поезда на ограничения пропускной способности контактной сети и потери энергии в элементах систем электроснабжения. На рис.1 приведены качественные зависимости тока, протекающего в контактной сети при различных вариантах использования НЭ, при движении транспортного средства по схеме «тяга – выбег – торможение».


Рис.1. Формы тока поезда при установке НЭ в СТЭ (а) и НЭ на ЭПС (б)
Кривая 1 на рис.1 соответствует току, потребляемому в режиме тяги, кривая 2 – режиму рекуперативного торможения (ток рекуперации представлен в положительной полуплоскости, т.к. для определения эффективного тока его направление не имеет значения). Кривая 1` - ток, потребляемый из сети при работе НЭ на ЭПС в буферном режиме. При установке НЭ на ЭПС эффективное значение тока, потребляемого поездом из сети, снижается, т.к. отсутствует рекуперативный ток, а также за счёт потребления части тягового тока от накопителя. Количественно снижение квадрата эффективного тока оценивается выражением:

. (1)

Имея на борту транспортного средства дополнительный источник энергии в виде накопительного устройства, появляется возможность формировать нужную форму тока поезда за счёт обеспечения параллельной работы накопителя и тяговой сети. На рис.2 представлен вид кривой тока поезда при работе НЭ в режиме поддержания значения тока на заданном уровне.

Кривые 1 соответствуют варианту размещения НЭ в СТЭ, кривая 2 построена для режима выравнивания тока поезда. Особенностью данного режима является то, что накопитель энергии заряжается не только в режиме регенеративного торможения, но и в режиме выбега за счёт потребления тока из контактной сети.



Рис.2. Форма тока поезда при работе НЭ в режиме спрямления формы тока

При этом форма тока поезда приближается к прямоугольной. Значение тока ограничения рассчитывается по выражению:
, (2)

где U_H – напряжение на клеммах генератора в начале процесса электрического торможения

---

На рис.3 представлены результаты расчётов эффективного тока поезда при изменении длины перегона для различных режимов работы накопителя энергии: ИСУ – НЭ расположен в СЭС, БНЭ – буферный режим работы НЭ на ЭПС, СГН – НЭ, работающий в режиме спрямления тока поезда.

Расчёты показали, что в режиме спрямления тока достигается почти двукратное снижение эффективного тока поезда, потребляемого из сети, по сравнению с вариантом размещения накопителя энергии в СЭС. При этом достигается снижение потерь энергии в контактной сети в 2,2 – 4 раза.

Тягово-энергетические расчёты показали, что энергия торможения транспортного средства практически не зависит от длины перегона, а энергия, необходимая накопителю для обеспечения спрямления тока поезда существенно растёт с увеличением длины перегона. Это является недостатком, т.к. при эксплуатации будет иметь место недоиспользование, либо нехватка ёмкости накопителя энергии, тем самым не будут достигаться расчётные показатели эффективности.


Рис.3. Расчёт значений эффективного тока поезда при различных

режимах работы накопителя энергии



Рис.4. Кривая тока поезда при работе накопителя энергии

в режиме ограничения тока поезда
Поэтому в работе предложен альтернативный вариант: режим ограничения максимального тока поезда. В отличие от режима спрямления тока поезда (рис. 4, кривая 2), в режиме ограничения (рис. 4, кривая 3) НЭ заряжается только при регенеративном торможении, т.е. в режиме выбега ток из сети не потребляется.

В этом режиме работы за счёт НЭ компенсируется часть тягового тока, пропорциональная площади S1, обеспечивая тем самым снижение значения максимального тока поезда. Ток ограничения может быть рассчитан по выражению (3). Преимуществом этого режима является меньшая требуемая ёмкость накопителя в связи с тем, что он рассчитывается только на аккумулирование энергии торможения.

, (3)

где t_НЭк и t_НЭн – соответственно время окончания и начала работы НЭ.

Согласно методике, разработанной на кафедре «Электротехнические комплексы» НГТУ, проведён расчёт ограничения пропускной способности контактной сети по условиям максимального тока.

---

Расчет пропускной способности проводился для четырех вариантов: НЭ в системе электроснабжения (ИСУ), НЭ на ЭПС, работающий в буферном режиме (БНЭ), и НЭ на ЭПС для ограничения тока, потребляемого из сети (ОГР). Результаты расчёта приведены на рис. 5.


Рис.5. Изменение пропускной способности секции контактной сети
Расчёт показал, что при использовании НЭ в режиме ограничения максимального тока поезда появляется возможность практически двукратного увеличения межподстанционных зон (с 1,2 до 2,1 км для системы с односторонним питанием) при сохранении интервалов движения ЭПС. Это даёт возможность сократить число тяговых подстанций, необходимых для обслуживания электротранспортного комплекса.

В третьей главе работы разработан алгоритм регулирования тока возбуждения тяговой электрической машины в режиме торможения, что позволяет существенно снизить массогабаритные показатели НЭ. На сегодняшний день максимальное напряжение одного конденсатора двойного электрического слоя ограничено значением 2-2,5 В, а рабочее напряжение накопителя должно быть не меньше напряжения, вырабатываемого в режиме электрического торможения, которое для современных тяговых двигателей троллейбуса находится в диапазоне 820-900 В. Это приводит к необходимости последовательного соединения большого количества конденсаторов и, как следствие, большой массе и стоимости всего накопителя.

На рис.6,а представлены зависимости величины напряжения, вырабатываемого электрической машиной в режиме торможения, от скорости. Кривая 1(П.П) соответствует полному потоку возбуждения, а кривая 2(О.П) - ослабленному. На рис.6,б представлена зависимость степени ослабления поля возбуждения от скорости в режиме торможения, обеспечивающая снижение максимального напряжения до уровня 720 В.

Минимальное значение коэффициента ослабления магнитного поля определяется по выражению:

, (4)

где U_ТР - требуемое значение напряжения на зажимах генератора.


Рис.6. Зависимость напряжения в режиме торможения (

---

а) и коэффициента ослабления поля (б) от скорости
При регулировании возбуждения неизбежно снижается тормозная сила. Однако, как показали расчёты, предложенный закон регулирования возбуждения не приводит к нарушению требований ПТЭ, ограничивающих тормозной путь троллейбуса при использовании электрического торможения.

Ёмкость накопительного устройства определяется диапазоном рабочих напряжений накопителя. Без учёта потерь энергии при заряде:

, (5)

где U_КОН – конечное напряжение емкостного НЭ, которое равно напряжению, вырабатываемому в режиме торможения, U_НАЧ – начальное напряжение НЭА_ТОР – запасаемая энергия торможения ЭПС.

Проведённые расчёты показали, что незначительное повышение ёмкости накопителя энергии, вследствие уменьшения диапазона рабочих напряжений, компенсируется меньшим количеством последовательно включённых конденсаторов. Что приводит к снижению общей массы накопительного блока на 15%.

Для исследования электромагнитных процессов, проходящих в энергоэффективном тяговом приводе с накопителем энергии, работающим в режиме ограничения максимального тока поезда, разработана модель, схема которой представлена на рис. 7,а. На рис. 7,а звено “Traction Drive” представляет собой модель тягового двигателя с обратной связью по моменту сопротивления, а результаты моделирования приведены на рис. 7,в.




б)

Рис. 7. Структурная модель тягового привода с накопителем энергии (а) и результаты структурного моделирования (б)

Видно, что на протяжении всего процесса пуска ток в ТЭД остаётся постоянным, при этом ток, потребляемый поездом из сети, ограничен значением 160 А.

В четвёртой главе разработана имитационная модель в среде MatLAB Simulink. Модель позволяет исследовать электромагнитные процессы при работе тягового привода с накопителем энергии в буферном режиме и в режиме ограничения максимального тока поезда. Реализация модели представлена на

---

рис.8. Для исследования буферного режима в показанной модели регулятор K_reg постоянно находится в проводящем состоянии.

В основе имитационной модели тягового привода лежит встроенная в Simulink имитационная модель машины постоянного тока. Для моделирования основного удельного сопротивления движению задаётся момент сопротивления (М_С), пропорциональный квадрату скорости машины:

, (6)

где - радиус колеса ЭПС, - передаточное число тягового редуктора, М_ЭПС – физическая масса подвижного состава. Результаты моделирования буферного режима работы НЭ представлены на рис. 9. Показано, что ток из тяговой сети начинает потребляться по мере разряда накопителя энергии. При этом на начальной стадии пуска питание тягового двигателя осуществляется только от накопителя энергии. Ток ТЭД на протяжении всего процесса пуска остаётся постоянным.

Для моделирования работы НЭ в режиме ограничения максимального тока поезда используется та же модель. Основной задачей системы управления в данном случае является ограничение максимального тока, потребляемого из сети, поэтому разряд накопителя энергии является контролируемым. Подключение накопителя осуществляется регулятором K_reg по сигналу блока реле1, который контролирует величину тока, потребляемого из сети.

Результаты моделирования представлены на рис. 10. Видно, что во всём процессе пуска ток в двигателе остаётся постоянным. При этом значение тока, потребляемого из сети, ограничено величиной 160 А.

Эффективный ток поезда рассчитывается по выражению:

. (7)

Проведённая обработка данных показала, что при работе тягового привода в буферном режиме (БНЭ) значение эффективного тока поезда снижается на 10-12% относительно значения, соответствующего варианту размещения НЭ в СТЭ. При работе в режиме ограничения максимального тока снижение значения эффективного тока поезда составляет 22-25%. Полученные результаты имитационного моделирования в среде MatLAB Simulink совпадают с результатами расчётов, проведённых во второй главе диссертационной работы.

---

Смотрите также файлы

• Физика 3.doc

• Маркетинговый план и особенности его разработки в турагентствах.pdf

• Заключение Список использованных источников.pdf

• Гражданское судопроизводство.docx

• Итоговый контроль по дисциплине Человек и его права в контексте современной реальности.docx