Устройство для моделирования электровоза переменного тока



Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока
Устройство для моделирования электровоза переменного тока

 


Владельцы патента RU 2605225:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) (RU)

Изобретение относится к моделированию промышленных процессов. Устройство для моделирования электровоза переменного тока, подключенного между контактной сетью и рельсом, содержит первый линейный резистор и параллельно ему включенную цепь с последовательно соединенными индуктивной катушкой и первым нелинейным резистором. В точке подключения модели электровоза к контактной сети через последовательно соединенные вторую катушку индуктивности и второй линейный резистор подключен источник переменного напряжения. Последовательно с первым нелинейным резистором включен второй нелинейный резистор, степень зависимости сопротивления которого от тока электровоза в два раза больше степени зависимости от тока электровоза сопротивления первого резистора. Технический результат изобретения заключается в повышении точности воспроизведения кривой тока электровоза. 3 ил.

 

Устройство относится к системе электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к модели электровоза переменного тока.

Известно устройство для моделирования электровоза переменного тока [1], подключенного между контактной сетью и рельсом, содержащее первый линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь с последовательным соединением первой индуктивной катушки и первого нелинейного резистора, сопротивление которого аппроксимируется при заданном токе электровоза следующей функцией

а напряжение функцией

где R1(i) - сопротивление первого по прототипу нелинейного резистора, зависящее от мгновенного значения тока i электровоза;

β=2,36·10-15 Ом/А6 - коэффициент аппроксимации.

Принимаем это устройство[1] в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:

- несоответствие в полной мере реальным значениям отношений амплитуд тока 3-й, 5-й и 7-й гармоник к амплитуде первой гармоники тока электровоза;

- отсутствие возможности регулирования значений гармонических составляющих кривых тока и напряжений.

Практика работы электрифицированных участков переменного тока показывает, что гармонический состав тока (и напряжения) на тяговых подстанциях и в тяговой сети зависит от генерируемых гармоник электроподвижного состава (ЭПС) - как электровозов с выпрямительными схемами, так и новых электровозов с асинхронными двигателями, от состава гармоник уравнительного тока, а также от резонансных явлений в системе тягового электроснабжения (СТЭ) и системе внешнего электроснабжения (СВЭ), возникающих в основном из-за резонансов на пятой гармонике [2]. В прототипе модель электровоза выполняла основную задачу - моделирование источника тока при значительном изменении напряжения в тяговой сети. Однако форма полученной кривой тока не в полной мере соответствует действительной кривой тока тяговой подстанции.

Необходима разработка модели электровоза, учитывающей характер тяговой нагрузки [3], форма кривой тока и гармонический состав которой наиболее приближены к реальным условиям с учетом вышеуказанного.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения кривой тока в математической модели электровоза.

Для реализации цели в схему одного электровоза последовательно с первым нелинейным резистором введен второй нелинейный резистор, сопротивление которого при заданном токе электровоза аппроксимируется следующей степенной функцией

где R2(i) - сопротивление второго нелинейного резистора, зависящее от мгновенного значения тока i;

α и γ - коэффициенты аппроксимации; и корректируется сопротивление первого нелинейного резистора

Напряжение на первом и втором нелинейных резисторах равно

и при заданном действующем значении тока I в модели электровоза действующее значение напряжения равно напряжению на реальном электровозе, причем для моделирования нескольких электровозов и увеличенной тяговой нагрузки увеличивается число параллельно включенных устройств моделирования одного электровоза и при номинальном режиме работы электровоза по току и напряжению коэффициенты аппроксимации равны α=2,49·10-10 и γ=10-5, а при изменении режима гармонических составляющих - коэффициенты подлежат корректировке.

Устройство для моделирования электровоза переменного тока напряжением представлено на рисунке 1, где:

1 - источник переменного напряжения u(t);

2 - индуктивная катушка L0, учитывающая реактивное сопротивление системы внешнего электроснабжения (СВЭ), силового трансформатора тяговой подстанции и контактной сети;

3 - резистор R0, учитывающий активное сопротивление системы внешнего электроснабжения (СВЭ), силового трансформатора тяговой подстанции и контактной сети;

4 - контактная сеть переменного тока системы тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ;

5 - рельс;

6 - индуктивная катушка L1, учитывающая реактивное сопротивление электроподвижного состава;

7 - первый нелинейный резистор R1(i);

8 - второй нелинейный резистор R2(i);

9 - линейный резистор R3;

10 - модель электровоза переменного тока.

При применении предлагаемого устройства решаются две задачи: во-первых, воспроизводится в заданном нагрузочном узле исходная кривая напряжения на токоприемнике (или на шинах тяговой подстанции), а во-вторых, тяговая нагрузка представляется источником тока, практически не зависящим от напряжения на токоприемнике. Расчеты показывают, что при изменении напряжения в тяговой сети от 24 до 29 кВ ток тяговой нагрузки изменяется не более, чем на 5%.

Для осуществления возможности корректировки значений гармоник кривой тока тяговой нагрузки, в устройство для моделирования электровоза переменного тока напряжением 25 кВ вводится второй нелинейный резистор R2(i) содержащий дополнительные коэффициенты аппроксимации а и у и корректируется сопротивление первого нелинейного резистора R1(i).

Рассмотрим последовательность расчета сопротивлений нелинейных резисторов и других элементов, реализующих в предлагаемой схеме характеристику электровоза.

Требуется подобрать подходящие эмпирические формулы вольт-амперных характеристик нелинейных резисторов. Зависимые переменные от тока - напряжение u(i) и сопротивления нелинейных резисторов R1(i) и R2(i) связаны по закону Ома:

На основании методов подбора эмпирических формул [4] предварительно приняты следующие степенные функции аппроксимации

где α, γ - коэффициенты аппроксимации,

n - показатель степени.

Тогда, подставляя (7) в (6), получим

Пробные расчеты показали, что целесообразно принять n=4 (поскольку функция тока нечетная, то и итоговая степень полинома должна быть нечетной).

Значения коэффициентов аппроксимации подобраны перебором возможных значений и составляют для необходимых отношений амплитуд тока 3, 5 и 7 гармоник к 1 гармонике тока:

α=2,49·10-10 Ом/А4;

γ=10-5 А-4.

По разработанной программе построены кривые тока и напряжения электровоза с использованием предлагаемой модели электровоза (рис. 1) и проверено соответствие математической модели электровоза поставленным требованиям:

1) при изменении напряжения в пределах +/-25% от исходного напряжения действующее значение тока практически не изменяется.

2) кривая тока с достаточной точностью соответствует реальным кривым тока (Приложение 2). Проверка двух полученных кривых тока электровоза по Приложению 1 и по Приложению 2 численным методом показала возможность применения предлагаемой эмпирической формулы.

Устройство применимо для математического и физического моделирования.

Эффективно применение указанного устройства моделирования совместно с другим оборудованием системы тягового электроснабжения, в частности для расчетов и исследования установок продольной и поперечной емкостной компенсации.

При этом гармонический состав тока в модели электровоза такой же, что и в реальном электровозе, что позволяет четко определять параметры настройки регулируемых фильтрокомпенсирующих установок и устройств для обеспечения электромагнитной совместимости преобразовательных электровозов с питающей сетью и другими нетяговыми потребителями электроэнергии при изменении количества электровозов на заданном участке контактной сети или фидерной зоне.

Источники информации

1. Патент на полезную модель №117691, Российская Федерация, МПК Ul G09B. Устройство для моделирования преобразовательного электровоза переменного тока / А.С. Серебряков, Л.А. Герман, Д.Е. Дулепов, Д.А. Семенов, по заявке №2011141153 от 10.10.2011 г. Опубл. 27.06.2012. Бюл. №18.

2. Ермоленко Д.В., Павлов И.В. Исследование волновых процессов в устройствах тягового электроснабжения // Сб. науч. тр. МИИТД990, №819. С. 93-100.

3. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983, 183 с.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Гос. издательство физико-математической литературы. - 1959, 608 с.

Приложение 1 (рис. 2)

Моделирование тока электровоза по прототипу

Расчет тяговой нагрузки, с применением модели электровоза переменного тока, методом численного интегрирования дифференциальных уравнений в интегрированном пакете Mathcad с определением процентного содержания гармонических составляющих в кривой тока электровоза.

Программа разложения на гармонические составляющие тока

Гармонический состав тока электровоза:

Процентное соотношение гармоник тока:

Как видно, гармонический состав тока отличается от принятого [3].

Приложение 2 (рис. 3)

Моделирование тока электровоза по рассматриваемому изобретению

Расчет тяговой нагрузки с применением устройства для моделирования электровоза переменного тока напряжением 25 кВ методом численного интегрирования дифференциальных уравнений в интегрированном пакете Mathcad с определением процентного содержания гармонических составляющих в кривой тока электровоза.

Программа разложения на гармонические составляющие тока

Разложение на гармонические составляющие:

Процентное соотношение гармоник тока:

что близко к соотношениям реальной тяговой нагрузки.

Устройство для моделирования электровоза переменного тока, подключенного между контактной сетью и рельсом, содержащее первый линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных первой катушки индуктивности и первого нелинейного резистора, сопротивление которого аппроксимируется при заданном токе электровоза следующей функцией
R1(i)=β·i6,
а напряжение функцией
UR1(i)=β·i7,
где R1(i) - сопротивление первого нелинейного резистора, зависящее от мгновенного значения тока i электровоза;
β=2,36·10-15 Ом/А6 - коэффициент аппроксимации, причем в точке подключения модели электровоза к контактной сети для уточнения гармонического состава кривой тока электровоза и напряжения в контактной сети через последовательно соединенные вторую катушку индуктивности и второй линейный резистор, с помощью которых учитываются реактивные и активные сопротивления линии электропередачи, трансформатора тяговой подстанции и участка контактной сети, подключен источник переменного напряжения,
отличающееся тем, что последовательно с первым нелинейным резистором введен второй нелинейный резистор, сопротивление которого при заданном токе электровоза аппроксимируется следующей степенной функцией
R2(i)=α·γ i8,
где R2(i) - сопротивление второго нелинейного резистора, зависящее от мгновенного значения тока i;
α и γ - коэффициенты аппроксимации, и корректируется сопротивление первого нелинейного резистора таким образом
R1(i)=α·i4,
что напряжение на первом и втором нелинейных резисторах становится равным
u(i)=(R1(i)+R2(i))·i=α·(i4+γ·i8)·i=α·(1+γ·i4)·i5,
и при заданном действующем значении тока I в модели электровоза действующее значение напряжения равно напряжению на реальном электровозе, причем для моделирования нескольких электровозов и увеличенной тяговой нагрузки увеличивается число параллельно включенных устройств моделирования одного электровоза, и при номинальном режиме работы электровоза по току и напряжению коэффициенты аппроксимации равны α=2,49·10-10 Ом/А4 и γ=10-5 А-4, а при изменении режима гармонических составляющих коэффициенты подлежат корректировке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам организации безопасного производства. Технический результат - повышение эффективности систем обеспечения безопасности производства и систем электронного обучения.

Изобретение относится к технологии чистки и предотвращения загрязнений резервуаров, более конкретно к способу исследования процесса очистки резервуаров от остатков нефтепродуктов, и может найти применение в нефтяной и связанных с ней отраслях промышленности.

Раскрыта распределенная система имитационного моделирования бурения, содержащая штуцерный манифольд (101), манифольд высокого давления (102), пульт (103) противовыбросовых превенторов, пульт (104) фонтанного штуцера, дистанционный пульт (105), пульт (106) бурильщика, пульт (107) инструктора и графическое проекционное устройство (108).

Изобретение относится к стендам для исследования процесса гидродинамической очистки внутренней поверхности резервуаров от нефтепродуктов. Средства для измерения параметров процесса очистки включают тензометрические и фотоэлектрический датчики, источник светодиодного или лазерного излучения, аппаратуру для усиления и обработки полезного сигнала.

Изобретение относится к стендам для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях. .

Изобретение относится к стендам для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях. .

Изобретение относится к стендам для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к учебным устройствам, и позволяет моделировать реальные условия выполнения работы по укладке коленчатого вала, необходимые для подготовки специалистов по ремонту и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к учебным устройствам и позволяет моделировать реальные условия выполнения регулировочных работ клапанного механизма, необходимых для подготовки специалистов по ремонту и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к наглядным пособиям для изучения электронного состояния поверхности металлов. Пластину из исследуемого металла приводят в контакт с ионной жидкостью, изменяют потенциал пластины относительно электрода сравнения, регистрируют первую и вторую производные поверхностного натяжения исследуемого металла по поверхностной плотности заряда.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для воспроизведения импульсного магнитного поля разрядов молнии при испытаниях технических систем на воздействие близких ударов молнии.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в возможности выявления физической структуры и поведения магнитного поля между магнитными полюсами, один из которых вращается относительно другого.

Изобретение относится к физике магнитного поля, создаваемого магнитными системами, полюсы которых взаимно перемещаются. Технический результат состоит в исследовании распределения угловых скоростей вращающегося магнитного поля в различных сечениях магнитного зазора при взаимном перемещении магнитных полюсов относительно друг друга.

Изобретение относится к области образования и наглядных учебных пособий, в частности, к наглядным пособиям для демонстрации принципа работы одиночного тросового молниеотвода.

Изобретение относится к стендам для лабораторных работ, применяемым при обучении студентов, изучающих дисциплину «Электротехнология». Автоматизированный тепловой пункт (устройство преобразования электрической энергии в тепловую), содержит параллельно соединенные между собой тэновый, электродный и вихревой подогреватели воды, отопительный прибор, бойлер со змеевиком, насос, термодатчики, щит управления, расходомер, систему трубопроводов, при этом в него введены электромагнитные клапаны, программируемый контроллер для управления и регулирования режимами нагрева, бойлер выполнен сообщающимся с атмосферой для осуществления процесса тепломассообмена, сборка всех элементов выполнена с использованием резьбовых соединений предусматривающее возможность введения в процесс новых элементов.

Изобретение относится к электродинамике и и может быть использовано для экспериментальной проверки эффекта возбуждения вихревого электрического поля при движении магнитного поля, создаваемого движением постоянного магнита.

Изобретение относится к учебным пособиям по физике. Стержень с грузом установлен с возможностью совершать колебательные движения в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к обучающим приспособлениям для демонстрации электромагнитных явлений. На одном конце плоского стержня закреплена катушка-моток, а на другом выполнено подвесное отверстие для подвеса стержня и магнит.

Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма. По периметру диэлектрического диска впрессованы металлические шарики, диаметр которых равен толщине диска.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Тяговая подстанция содержит тяговые трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой, распределительные устройства высшего, районного, тягового напряжения, устройство релейной защиты и противоаварийной автоматики (РЗА), устройство управления коммутационными аппаратами и каналы связи.
Наверх