Устройство для моделирования электровоза переменного тока

Устройство относится к моделированию системы электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к модели электровоза переменного тока. Технический результат - повышение точности воспроизведения кривой тока электровоза в модели системы тягового электроснабжения. Устройство для моделирования электровоза переменного тока содержит источник питания и последовательно соединенные модели линии электропередачи, трансформатора тяговой подстанции и контактной сети с первой индуктивной катушкой и первым резистором, а также модель электровоза, содержащую второй линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных второй индуктивной катушки и третьего нелинейного резистора. Для достижения технического результата параллельно электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных индуктивной катушки и нелинейного резистора введена электрическая цепь с последовательным соединением индуктивной катушки и линейного резистора. 1 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], содержащее источник питания и последовательно соединенные модели линии электропередачи, трансформатора тяговой подстанции и контактной сети с первой индуктивной катушкой и первым резистором и модель электровоза, содержащую второй линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных второй индуктивной катушки и третьего нелинейного резистора.

По существу, в [1] было создано устройство для моделирования вольтамперной характеристики электровоза, обеспечивающее стабилизацию тока при изменении напряжения на токоприемнике электровоза в пределах от 24 до 29 кВ.

Необходимость создания модели электровоза диктуется требованиями расчета системы тягового электроснабжения с учетом гармонических составляющих тока и напряжения, где модель электровоза является составной частью модели системы тягового электроснабжения

Принимаем модель электровоза переменного тока в [1] в качестве прототипа изобретения.

Недостатками прототипа являются:

- несоответствие в полной мере формы кривой тока и гармонических составляющих по прототипу реальным значениям отношений амплитуд тока 3-ей, 5-ой, 7-ой и других гармоник к амплитуде первой гармоники тока электровоза;

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

Указанные недостатки покажем на конкретном примере модели электровоза, приведенной в Приложении 1, где получены гармонические составляющие 3,5 и 7 гармоник 14,398%, 3,473%, 1,4215%. В то же время, например, в соответствии с Правилами [2] аналогичный гармонический состав для тягового режима электровозов на двухпутном участке составляет: 17%, 8,2% и 3%. Как видно, различие гармонических составов существенное. Действительно, различны формы кривой тока электровозов: см. форму кривой тока в Приложении 1 и форму кривой тока в [3, рис. 2.2] [4, рис. 1.1], построенного для электровоза с выпрямительной установкой. Более того, как показали исследования [3, рис. 2.6], статистическое обобщение спектра тока определило, что амплитуда гармоник имеет одномодальное распределение вероятностей, близкое к нормальному.

И наконец, практика работы электрифицированных участков железных дорог переменного тока показывает, что гармонический состав тока (и напряжения) на тяговых подстанциях (питающих линиях) и в тяговой сети зависит [7]:

- от генерируемых гармоник электроподвижного состава (ЭПС), как электровозов с выпрямительными установкам, так и новых электровозов с асинхронными двигателями;

- от режима работы ЭПС (работа на магистральных участках и на крупных железнодорожных станциях);

- от состава гармоник уравнительного тока;

а также:

- от резонансных явлений в системе внешнего электроснабжения (СВЭ), возникающих в основном из-за резонансов на пятой и на седьмой гармониках [5];

- от резонансных явлений в системе тягового электроснабжения (СТЭ) [6].

Таким образом, при формировании модели электровоза следует учитывать реальную форму кривой тока в заданной точке контактной сети, то есть необходимо предварительно измерить (осциллографировать) реальную форму кривой тока и далее сформировать модель тяговой нагрузки. В случае проектных расчетов для новых участков можно предложить ориентироваться на подобные действующие электрифицированные участки железной дороги

С учетом вышеизложенного предлагается следующая последовательность расчета системы электроснабжении при наличии гармонических составляющих:

1. измеряется спектр тока в заданной точке системы тягового электроснабжения (например, на питающей линии тяговой подстанции или на посту секционирования);

2. формируется по измеренному спектру тока модель электровоза;

3. формируется модель системы тягового электроснабжения с моделью электровоза;

4. производится расчет системы электроснабжения с определением напряжения на токоприемнике электровоза в заданных точках и токов секций фильтрокомпенсирующей установки.

В прототипе модель электровоза выполняла основную задачу - моделирование практически неизменного тока при значительном изменении напряжения в тяговой сети. Однако, форма полученной кривой тока, как указано, отличается от действительной кривой тока тяговой подстанции. Поэтому и возникла необходимость разработки модели электровоза, учитывающей конкретный 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 модели электровоза.

Для реализации поставленной цели параллельно второму линейному резистору подключена электрическая цепь последовательного соединения третьей индуктивной катушки и четвертого линейного резистора.

Поясним указанное предложение:

1. Введенная третья индуктивная катушка сдвигает максимальное мгновенное значение тока вправо. Другими словами, появляется возможность изменять максимальные мгновенные значения тока с помощью третьей катушки со сдвигом вправо, и тем самым совместно с регулированием коэффициента аппроксимации второго нелинейного резистора корректировать форму тока для соответствия заданной форме кривой тока.

2. В предлагаемой модели электровоза, которая соответствует заданной форме кривой тока, генерируется весь спектр гармонических составляющих в модели тягового электроснабжения. Это дает возможность в предлагаемой модели тягового электроснабжения исследовать, в частности, распределение гармонических составляющих по всем элементам сети в установившихся режимах, а также переходные процессы при коммутации фильтрокомпенсирующей установки.

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

1 - источник питания с напряжением u(t);

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

3 - первый 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 27,5 кВ;

5 - рельс;

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

7 - третий нелинейный резистор R1(i);

8 - второй нелинейный резистор R2;

9 - третья индуктивная катушка L2, учитывающая реактивное сопротивление электроподвижного состава;

10 - четвертый линейный резистор R3;

11 - модель ЭПС.

При применении предлагаемого устройства решаются две задачи: во-первых, воспроизводится в заданном нагрузочном узле системы тягового электроснабжения исходная кривая напряжения на токоприемнике (или на шинах тяговой подстанции), а во-вторых, тяговая нагрузка представляется как потребитель постоянного по величине тока, практически не зависящего от напряжения на токоприемнике электровоза, а зависящего только от силы тяги электровоза на заданном участке.

По разработанной авторами математической программе для системы тягового электроснабжения с предлагаемой моделью электровоза (рис. 1) построены кривые тока и напряжения электровоза и проверено, что кривая тока с достаточной точностью соответствует реальным кривым тока (Приложение 2). Для сравнения в Приложении 1 построена форма кривой тока электровоза для прототипа, выполненная на основании [8] с использованием эмпирических формул.

Предлагаемое устройство применимо как для математического, так и физического моделирования.

Эффективно применение указанного устройства моделирования совместно с другим оборудованием системы тягового электроснабжения, в частности, для расчетов и исследования процессов в системе с установками продольной и поперечной емкостной компенсации, а также с фильтрокомпенсирующими установками.

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 электровозов с питающей сетью и другими нетяговыми потребителями электроэнергии при изменении количества электровозов на заданном участке контактной сети или фидерной зоне.

Источники информации

1. Полезная модель №117691 по заявке №2011141153 от 10.10.2011 г. Устройство для моделирования электровоза переменного тока (Серебряков А.С., Герман Л.А., Дулепов Д.Е.). Опубликовано 27.06.12.

2. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. М.: Транспорт, 1989.

3. Тамазов А.И. Несимметрия токов и напряжений, вызываемая однофазными тяговыми нагрузками. М.: Транспорт, 1965.

4. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тяговоо электроснабжения железных дорог. М.: ФГБОУ «УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте», 2015 316 с.

5. Ермоленко Д.В., Павлов И.В. Исследование волновых процессов в устройствах тягового электроснабжения // Сб. науч. тр. МИИТ, 1990, №819. С. 93-100.

6. Тимофеев А.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. М.: Энергия, 1972.

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

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

Устройство для моделирования электровоза переменного тока, содержащее источник питания и последовательно соединенные модели линии электропередачи, трансформатора тяговой подстанции и контактной сети с первой индуктивной катушкой и первым резистором и модель электровоза, содержащую второй линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных второй индуктивной катушки и третьего нелинейного резистора, отличающееся тем, что параллельно второму линейному резистору подключена электрическая цепь последовательного соединения третьей катушки индуктивности и четвертого линейного резистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит измеритель разности фаз, планшет, на котором установлена неподвижная катушка индуктивности, подключенная к генератору переменного тока, и подвижная катушка индуктивности, подключенная к измерителю ЭДС.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит измеритель разности фаз, планшет, на котором установлена неподвижная катушка индуктивности, подключенная к генератору переменного тока, и подвижная катушка индуктивности, подключенная к измерителю ЭДС.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит: первый зонд; потенциометр, соединенный двумя концевыми контактами с источником постоянного тока; прямоугольный планшет; съемный проводник круглого сечения; два прямоугольных электрода; вольтметр с большим входным сопротивлением, первый ввод которого соединен с верхним концом первого зонда, а второй ввод - с минусовой клеммой источника постоянного тока; неподвижную линейку, закрепленную на левой стороне прямоугольного планшета и которая выполняет роль оси ординат системы координат прямоугольного планшета; направляющий шток, установленный на правой стороне прямоугольного планшета, параллельно неподвижной линейке; движок, установленный подвижно на направляющем штоке; подвижная линейка, выполняющая роль оси абсцисс системы координат прямоугольного планшета, один конец которой жестко закреплен на движке, а второй конец ее лежит на неподвижной линейке; ползунок, перемещающийся по подвижной линейке, снабженный риской для отсчета положения первого зонда на подвижной линейке и вертикальным отверстием для нижнего конца первого зонда; первое съемное лекало из диэлектрика, насаженное на съемный проводник круглого сечения, на котором изображены внутреннее и наружное кольца с разметкой и отверстиями.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит: первый зонд; потенциометр, соединенный двумя концевыми контактами с источником постоянного тока; прямоугольный планшет; съемный проводник круглого сечения; два прямоугольных электрода; вольтметр с большим входным сопротивлением, первый ввод которого соединен с верхним концом первого зонда, а второй ввод - с минусовой клеммой источника постоянного тока; неподвижную линейку, закрепленную на левой стороне прямоугольного планшета и которая выполняет роль оси ординат системы координат прямоугольного планшета; направляющий шток, установленный на правой стороне прямоугольного планшета, параллельно неподвижной линейке; движок, установленный подвижно на направляющем штоке; подвижная линейка, выполняющая роль оси абсцисс системы координат прямоугольного планшета, один конец которой жестко закреплен на движке, а второй конец ее лежит на неподвижной линейке; ползунок, перемещающийся по подвижной линейке, снабженный риской для отсчета положения первого зонда на подвижной линейке и вертикальным отверстием для нижнего конца первого зонда; первое съемное лекало из диэлектрика, насаженное на съемный проводник круглого сечения, на котором изображены внутреннее и наружное кольца с разметкой и отверстиями.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при исследовании закономерности возникновения вихревого электрического поля относительно траектории движения постоянного магнита, а также в измерительной технике и приборостроении в качестве датчика.

Предлагаемое изобретение относится к области обучающих устройств и может быть использовано для получения практических навыков работы с пассивными и активными аналоговыми, цифровыми, цифроаналоговыми и аналого-цифровыми электронными компонентами.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по физике. На прямоугольном планшете уложен лист электропроводящей бумаги (ЭПБ), снабженный прямоугольной системой координат в виде взаимно перпендикулярных линеек.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. На прямоугольном планшете уложены два прямоугольных листа и два фигурных листа электропроводящей бумаги (ЭПБ) с прямолинейной границей между двумя областями с различными удельными электрическими сопротивлениями.

Изобретение относится к лекционным демонстрационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении раздела электричества в курсе общей физики. Способ лекционной демонстрации дифференциальной формы закона Джоуля включает пропускание тока через однородный проводник, площадь сечения которого изменяется по его длине, и регистрацию наибольшего нагревания проводника в месте его наименьшего сечения.

Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма. По периметру диэлектрического диска впрессованы полые металлические цилиндрики, отверстие их обращено наружу.

Изобретение относится к области моделирования электроэнергетических систем. Технический результат - воспроизведение единого непрерывного спектра квазиустановившихся и переходных процессов в оборудовании и электроэнергетической системе и формирование решений-рекомендаций для диспетчера по эффективному и оптимальному управлению их состоянием при разных режимах работы.

Изобретение относится к области моделирования объектов энергетических систем. Технический результат заключается в обеспечении воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования вставки постоянного тока и ее конструктивных элементов, а также управление, в том числе функциональное, их параметрами.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение точности выбора системой токоведущих элементов электрооборудования за счет учета зависимости сопротивления токоведущих элементов от температуры и, следовательно, за счет более точного моделирования процесса изменения температуры.

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов. Технический результат заключается в повышении точности имитации разбаланса измерительного моста за счет использования в качестве источника образцового напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя с подключением источника питания измерительного моста к его входу опорного напряжения и обеспечении имитации частотных сигналов за счет введения в схему имитатора усилителя и сумматора, которые образуют дополнительный безынерционный канал изменения выходного сигнала измерительного моста.

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем и может быть использовано для воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в объединенном регуляторе потока мощности в специализированных многопроцессорных программно-технических системах гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем.

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем. Техническим результатом является обеспечение всережимного моделирования в реальном времени и на неограниченном интервале процессов, протекающих в статическом синхронном компенсаторе.

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов. .

Изобретение относится к моделированию трансформатора. .

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем и может быть использовано для воспроизведения в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в трехфазной линии электропередачи с распределенными параметрами в специализированных многопроцессорных программно-технических системах гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем.

Изобретение относится к области моделирования объектов электрических систем и может быть использовано для воспроизведения реального непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в трехфазной линии электропередачи с сосредоточенными параметрами в специализированных многопроцессорных программно-технических системах гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем.

Изобретение относится к моделированию процессов в системе тягового электроснабжения. Способ имитационного моделирования в реальном времени совместной работы электроэнергетических систем, систем тягового электроснабжения и электровозов заключается в следующем. Совместно используют четыре взаимодействующие подсистемы в виде персонального компьютера, вычислительной платформы реального времени, микроконтроллера управления объектом, системы отображения и модульно-измерительной системы обработки сигналов. Используют группы единиц электрического транспорта в количестве более двух, при этом каждая единица электрического транспорта представлена отдельным программно-аппаратным блоком. Технический результат изобретения заключается в повышении точности представления единицы электрического транспорта, перемещающейся по реальному профилю и обрабатывания всех алгоритмов управления процессами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство относится к моделированию системы электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к модели электровоза переменного тока. Технический результат - повышение точности воспроизведения кривой тока электровоза в модели системы тягового электроснабжения. Устройство для моделирования электровоза переменного тока содержит источник питания и последовательно соединенные модели линии электропередачи, трансформатора тяговой подстанции и контактной сети с первой индуктивной катушкой и первым резистором, а также модель электровоза, содержащую второй линейный резистор и включенную параллельно ему электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных второй индуктивной катушки и третьего нелинейного резистора. Для достижения технического результата параллельно электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных индуктивной катушки и нелинейного резистора введена электрическая цепь с последовательным соединением индуктивной катушки и линейного резистора. 1 ил.

Наверх