Содержание к диссертации
Введение
1. Методы и средства обеспечивающие электромагнитную совместимость электроподвижного состава с рельсовыми цепями 10
1.1. Методы, обеспечивающие электромагнитную совместимость электроподвижного состава железнодорожного транспорта 10
1.1.1. Классификация мешающих влияний тягового тока на работу устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики 14
1.1.2. Способы подавления гармонических составляющих тягового тока на электроподвижном составе 17
1.1.3. Мероприятия по контролю гармонического состава тягового тока 22
1.2. Средства, обеспечивающие электромагнитную совместимость электроподвижного состава железнодорожного транспорта 25
1.3. Выводы 32
2. Разработка алгоритма анализа гармонического состава тягового тока 33
2.1. Методы анализа гармонического состава сигналов 34
2.2. Теоретический анализ основ построения и предпосылок применения вейвлет - методов 37
2.3. Аналитическое сравнение вейвлет - преобразования с преобразованием Фурье 45
2.4. Разработка алгоритма вычисления непрерывного
вейвлет - преобразования сигнала тягового тока 49
2.5. Выводы 65
3. Расчет входного сглаживающего фильтра автономного инвертора напряжения для электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями
3.1. Анализ помехоэмиссии составных частей тягового электропривода 66
3.1.1. Эмиссия помех от механической части тягового электропривода 67
3.1.2. Эмиссия помех от электрической части тягового электропривода 70
3.2. Сравнительный анализ входных сглаживающих фильтров электроподвижного состава и критерии определения их параметров 72
3.3. Разработка входного сглаживающего фильтра тягового электропривода пассажирского электровоза ЭП2 82
3.4. Выводы 94
4. Методика экспериментального определения параметров переходных процессов при работе асинхронного тягового электропривода 95
4.1. Испытательная станция асинхронного тягового электропривода 95
4.2. Результаты исследований случайных процессов в измерительной системе тягового электропривода 104
4.3. Результаты исследований уровня помехоэмиссии тягового электропривода в двигательном режиме 116
4.4. Выводы 125
Заключение 127
Список использованных источников 129
Приложения 141
- Методы, обеспечивающие электромагнитную совместимость электроподвижного состава железнодорожного транспорта
- Способы подавления гармонических составляющих тягового тока на электроподвижном составе
- Анализ помехоэмиссии составных частей тягового электропривода
- Испытательная станция асинхронного тягового электропривода
Введение к работе
Актуальность проблемы. Железнодорожный транспорт России является важнейшим звеном транспортной системы страны, на долю "которого приходится около 70 % внутреннего грузооборота страны и почти 60 % пассажирских перевозок. Более 80 % перевозочной работы при этом осуществляется подвижным составом на электрической тяге. При этом уровень транспортного обеспечения отраслей общественного хозяйства страны определяется качеством путевой структуры железных дорог и непосредственно подвижного состава. После резкого снижения объемов перевозок на железнодорожном транспорте в 90 - е годы, начиная с 1998 г. происходит их постоянный рост.
В условиях реформирования отрасли, осуществляемой в настоящее время ОАО «РЖД», одной из важнейших целевых инвестиционных программ является «Комплексная программа реорганизации и развития локомотивострое-ния...», включающая переход на производство электроподвижного состава (ЭПС) с бесколлекторным и, в частности, асинхронным тяговым приводом. Для регулирования скорости и силы тяги на ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями (АТД) применяются тяговые преобразователи частоты (ТПЧ), осуществляющие преобразование энергии в импульсном режиме. Наличие на ЭПС импульсных преобразователей, выполненных на управляемых полупроводниковых приборах, приводит к тому, что в силовых цепях наряду с полезными сигналами формируются и распространяются сигналы в широком частотном диапазоне, оказывающие мешающее влияние на другие технические устройства систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ).
Из теоретических и практических исследований следует, что устройства, обеспечивающие безопасность движения поездов: автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС); сигнализация, централизация и блокировка (СЦБ); рельсовые цепи, чаще всего подвергаются такому влиянию. Поэтому необходимо уделять внимание надежному функционированию систем передачи информации о состоянии (свободное или занятости) участков пути, так как ус-
тойчивая и безотказная работа устройств- данных систем является основой обеспечения безопасности движения; В первую очередь, для определения электромагнитной совместимости ЭПС с рельсовыми цепями необходимым условием является ограничение уровней электромагнитных: помех (ЭМЛ), создаваемых ЭИС, и разработка средств снижения мешающих воздействий* до уровней, допустимых для устойчивой работььустройств СЖАТ.
Так как для российских железных дорог в настоящее время также нет утвержденных государственных нормативов на допустимые уровни гармонических составляющих тягового тока ЭИС, то при решении вопросов обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) с устройствами СЖАТ следует руководствоваться нормативами, утвержденными в ОАО «РЖД»,,или нормами, указанными в технических заданиях на их разработку.
Цели и задачи научного исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов и средств, обеспечивающих снижение уровня электромагнитных помех при работе тягового преобразователя частоты ЭПС постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями.
В соответствии с поставленной целью требовалось решить следующие задачи.
Выявить механизмы возникновения помех в асинхронном тяговом электроприводе.
Разработать методику измерения параметров асинхронного тягового привода в сложной электромагнитной обстановке:
Разработать комплекс компьютерных программ, включающий алгоритмы анализа гармонического состава нестационарных сигналов и расчета амплитудных частотно - временных характеристик кондуктивных- помех, определяющих степень помехоэмиссии элементов тягового привода.
Разработать требования к определению параметров входного сглаживающего фильтра для обеспечения;им электромагнитной совместимости асинхронного тягового привода ЭПС с рельсовыми цепями.
Разработать схемное решение: входного сглаживающего фильтра ЭИС, позволяющего снизить уровень помехоэмиссии асинхронного тягового привода
до требуемых значений.
6. Разработать рекомендации по снижению мешающего влияния элементов тягового электропривода с автономным инвертором напряжения (АИН) на рельсовые цепи.
Методы исследования. В основу теоретических исследований положен математический аппарат, включающий использование аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений, элементы теории вероятностей и математической статистики, теорию вейвлет - преобразований и методы цифровой обработки сигналов. Расчеты и математические модели выполнены с использованием математических пакетов "MathCad" и "Matlab".
Экспериментальные исследования проводились на натурном стенде асинхронного тягового электропривода сибирского филиала всероссийского научно - исследовательского и конструкторско - технологического института (СФ ВНИКТИ).
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты теоретических исследований методов гармонического анализа нестационарных сигналов в рамках задачи разработки мероприятий, направленных на обеспечение ЭМС электровозов с рельсовыми цепями.
Алгоритм программы идентификации помех в сигнале тягового тока, предназначенный для оценки уровня помехоэмиссии асинхронным тяговым приводом.
Электрическая схема разработанного пассивного двухзвенного фильтра с резонансным контуром для ЭПС постоянного тока.
Результаты оценки уровня помехоэмиссии асинхронного тягового привода и эффективности внедрения разработанного фильтра.
Научная новизна диссертационной работы.
1. Выполнен комплексный анализ причин отказов в работе рельсовых цепей и обоснована необходимость разработки методов и средств, снижающих влияние гармоник тягового тока электровозов, способное привести к ложному контролю свободности рельсовых цепей при их фактической занятости.
2. Предложена методика идентификации кондуктивных помех, позволяю
щая оценить степень влияния асинхронного тягового привода на работу рель
совых цепей посредством применения техники непрерывного вейвлет-
анализа.
Разработано схемное решение сглаживающего фильтра, обеспечивающее более эффективное подавление гармонических составляющих тягового тока на несущих частотах рельсовых цепей по сравнению с фильтрами на эксплуатируемом электроподвижном составе.
Разработан комплекс мероприятий, позволяющий обеспечить ЭМС асинхронного тягового привода с рельсовыми цепями.
Практическая ценность результатов работы заключается в решении актуальной комплексной задачи разработки методов и средств, обеспечивающих условия ЭМС перспективного ЭПС с рельсовыми цепями. Разработанный программный комплекс вейвлет - анализа дискретных сигналов реализован в рамках научно - исследовательских работ по разработке асинхронного тягового электропривода для опытного образца пассажирского электровоза нового поколения. Использование разработанных рекомендаций по расчету параметров входного фильтра и метода расчета мешающего влияния тягового тока при проектировании и сертификации ЭПС сокращает сроки опытно -конструкторских работ, повышает точность расчетов и позволяет обеспечить высокий уровень безопасности грузопассажирских перевозок.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются для оценки электромагнитной совместимости вновь проектируемого тягового электропривода электроподвижного состава мощностью 7200 кВт типа ЭП2 с рельсовыми цепями. Предложенные методики и результаты экспериментов позволили значительно сократить время расчетов преобразовательного оборудования на стадии проектирования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: VT всероссийской научно-технической конференции «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, НГТУ, 2005); XII
8 международной научно-технической конференции «Транспортные системы Сибири» (г. Красноярск, КГТУ, 2005); XII всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, ТПУ, 2006), III научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии ЭЭЭ - 2007» (г. Новосибирск, НГТУ, 2007); заседаниях научно - технического совета СФ ФГУП ВНИКТИ 2005-2007 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в числе которых: 3 статьи, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 научная статья в сборнике научных трудов и 6 докладов на международных и всероссийских конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка библиографических источников из 137 наименований и 6 приложений. Общий объем диссертации 166 страниц, из них 140 основного текста, включая 63 рисунка и 15 таблиц.
Основной материал диссертации изложен в четырех главах.
Во введении отражена актуальность темы и направление научного исследования. Сформулированы цели, задачи работы и предполагаемые пути решения. Описаны методы исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной новизне, значимости и практической ценности результатов исследований, реализации и апробации работы.
В первой главе выполнен анализ организационных и технических мероприятий по снижению мешающих влияний перспективного ЭПС с импульсным регулированием на устройства СЖАТ. Выполнен обзор методов и средств измерения тягового тока электроподвижного состава в сложной электромагнитной обстановке с целью определения мешающего влияния тягового привода ЭПС. Приведен обзор, существующих средств обеспечивающих электромагнитную совместимость ЭПС с рельсовыми цепями. Сформулированы дальнейшие направления совершенствования методов оценки уровня помехоэмиссии электроподвижного состава.
Во второй главе приведены теоретические исследования методов гармонического анализа сигналов. Выявлены особенности использования данных методов при анализе нестационарных сигналов. Рассмотрены предпосылки применения метода вейвлет - преобразования для анализа переходных процессов в элементах электротранспортного комплекса. На примере вейвлет - анализа модельных сигналов показана эффективность разработанного алгоритма гармонического анализа нестационарных сигналов.
В третьей главе выполнен анализ источников электромагнитных помех в асинхронном тяговом электроприводе. Раскрыта особенность выбора параметров элементов входного фильтра по критерию обеспечения ЭМС привода с рельсовыми цепями, на основе чего разработана схема входного двухзвенного фильтра с резонансным контуром. Приведены результаты расчета предложенного фильтра и дана сравнительная характеристика с входными фильтрами эксплуатируемого в настоящее время ЭПС.
В четвертой главе рассмотрено практическое применение разработанного алгоритма вейвлет - анализа переходных процессов в отдельных элементах исследуемого тягового электропривода. Определен уровень и характер мешающего влияния тягового электропривода на рельсовые цепи в режиме тяги. Сделано заключение о необходимости использования разработанного двухзвенного фильтра с резонансным контуром.
Заключение содержит обобщенную оценку о научной и практической значимости результатов, полученных в ходе научных исследований направленных на обеспечение ЭМС перспективного ЭПС с рельсовыми цепями.
Методы, обеспечивающие электромагнитную совместимость электроподвижного состава железнодорожного транспорта
Электромагнитную совместимость применительно к электроподвижному составу можно определить, как способность его функционировать в реальных эксплуатационных условиях с нормированными качественными показателями и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим устройствам, как в нормальных, так и аварийных режимах работы.
В последние годы требования к электромагнитной совместимости значительно возросли из - за внедрения на ЭПС цифровых систем управления и статических преобразователей большой мощности. Дополнительные сложности обусловлены высокой плотностью компоновки оборудования на подвижном составе, где силовые устройства и системы управления находятся рядом. В этой связи на железных дорогах вводятся жесткие нормы, правила и технические требования к оборудованию.
Законом «О федеральном железнодорожном транспорте» введена обязательная сертификация технических средств [1, 2] и механизмов, поставляемых железнодорожному транспорту, на соответствие требованиям безопасности движения, охраны труда и экологической безопасности.
Необходимо отметить, что современная электрифицированная железная дорога является системой сложных электротехнических комплексов (ЭТК) с многократным преобразованием энергии. В силовых цепях электрооборудования ЭТК при работе различных полупроводниковых преобразователей формируются и распространяются сигналы помех, спектр которых занимает диапазон от долей герца до сотен мегагерц. Электрической помехой считается [7] любое нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которое оказывает мешающее или опасное воздействие на качество функционирования технических средств железнодорожного транспорта. Так, большие нагрузки в системе электроснабжения, тяговые и тормозные токи с тактовым регулированием, а также емкостные токи, ответвляющиеся от цепей преобразователей в системы заземления, ведут к образованию магнитных полей в рельсах и подкузовной зоне подвижного состава. Эти поля могут в значительной мере осложнять нормальное функционирование устройств систем железнодорожной автоматики и телемеханики, работающих на индуктивном принципе.
Например, крутизна фронтов импульсов [3] напряжения в тяговых преобразователях, работающих на запираемых тиристорах, составляет 0,5 - 1 кВ/лікс, а на биполярных транзисторах с изолированным затвором - от 3 до 10 кВ/мкс. Крутизна фронтов импульсов тока составляет, соответственно, 3 - 300 и 30 -бООА/мкс. В непосредственной близости от статических преобразователей и подключенных к ним тяговых двигателей, трансформаторов, тормозных резисторов и силовых кабелей должны надежно работать устройства систем сигнализации, централизации и блокировки, рабочий уровень сигналов которых, в зависимости от частоты, достигает от нескольких миллиампер до единиц ампер.
Для того, чтобы обеспечивался надежный прием информации в системах локомотивной радиосвязи (рис. 1.1), уровень помех на антеннах локомотивов не должен превышать 0,3 мкВ. Максимальное расстояние между антеннами и компонентами силовой схемы с коммутирующими устройствами на тяговом подвижном составе не превышает 3 - 5 м\ в некоторых случаях расстояние может быть менее 1 м. Этим объясняются экстремально жесткие требования к по-мехоизлучению силового оборудования в некоторых частотных диапазонах. Нередко эти требования значительно выше, чем в нормах ряда отраслей промышленности и непосредственно в европейском железнодорожном стандарте EN 50121-3-1 [3].
На сегодняшний день в области электрической тяги по масштабу применения бесспорным лидером является электропривод постоянного тока. Создан и эксплуатируется огромный парк железнодорожного и городского электроподвижного состава с двигателями постоянного тока. Распространенность данного типа двигателя обусловлена, в первую очередь, простотой регулирования его скорости. Однако у него есть и существенные недостатки, и самым большим из них является ненадежность коллекторно-щеточного узла. Этот недостаток отсутствует у двигателей переменного тока, однако, внедрение тягового электропривода с применением таких двигателей стало возможным лишь с бурным развитием полупроводниковой техники.
Применение в полупроводниковых преобразователях полностью управляемых GTO тиристоров и ЮВТ транзисторов, не нуждающихся в принудительной конденсаторной коммутации, обеспечило возможность реализовать статический тяговый преобразователь, который обеспечивает надежную работу систем тягового электропривода ЭПС. Указанные полупроводниковые приборы, по сравнению со своими предшественниками, обладают такими качествами, как простота схем управления, хорошая защитная способность, высокая частота переключений, достигаемая при относительно низких коммутационных потерях.
Анализ структур построения асинхронного тягового электропривода, применяемого на ЭПС в России и за рубежом, [4] показал приоритетность применения в новых разработках асинхронного двигателя с короткозамкнутым рото-
Способы подавления гармонических составляющих тягового тока на электроподвижном составе
Основными техническими способами снижения электромагнитных помех на ЭПС [13] при условии сохранения высоких энергетических.и ограниченных массогабаритных показателях преобразовательного оборудования являются: увеличение максимальной частоты регулирования импульсных преобразовате лей; выбор оптимальных схемных решений входных фильтров.
Анализ применяемых в настоящее время структурных схем ЭПС постоянного тока на российских и зарубежных железных дорогах показал, что наиболее часто применяется ЭПС, оснащенный АТД с непосредственным подключением АИН к контактной сети через фильтр. Электромагнитные помехи в РЦ и окружающую среду генерируются полупроводниковыми преобразователями ЭПС в силу импульсного характера потребления энергии.
Автономные инверторы напряжения при условии непрерывности токов относятся к тому классу преобразовательных устройств, у которых состояние вентилей однозначно определяется алгоритмом их управления. Несмотря на то, для АИН применяется множество методов и способов импульсной модуляции, отметим, что выходные токи и напряжения во всех случаях представляются в виде суммы гармонических составляющих с частотами, кратными частоте основной гармоники и комбинационными частотами. При этом высокочастотные составляющие спектра входного тока подавляются различного рода фильтрующими устройствами [22, 13, 14].
На ЭПС постоянного тока с импульсным регулированием нашли применение, а также предлагаются следующие типы фильтров [16]: однозвенный Г -образный (рис. 1.3, а); двухзвенный (рис. 1.3, б); с резонансными контурами (рис. 1.3, в) и компенсационный (рис. 1.3, г). Для уменьшения габаритов и массы входного фильтра на ЭПС с импульсным регулированием коллективом кафедры электрического транспорта МЭИ был предложен метод активной компенсации. В качестве примера рассматривается активный фильтр с последовательной компенсацией (рис. 1.3, д). Результатом исследований явилась разработка входного фильтра электропоезда ЭР200 и модернизированы реакторы с гиперболической амплитудно - частотной характеристикой в фильтре секции электропоезда ЭР2В.
Основным критерием при выборе параметров фильтров при заданной величине пульсаций входного тока являются массогабаритные показатели. В свою очередь снижение массы и габаритов фильтров требует увеличение часто ты регулирования тяговых преобразователей, что вызывает увеличение потерь мощности.
В частности, параметры пассивного фильтра определяются из условия, что его резонансная частота fpe3 должна быть меньше критической частоты рельсовых цепей fKpum и определяется по формуле: (1.1) где Ьф - индуктивность дросселя входного фильтра, Гн; Сф- емкость конденсаторов входного фильтра, Ф.
Минимизация массогабаритных показателей пассивного фильтра достигается варьированием параметров Ьф и Сф. Исследования показали [15], что минимум массы пассивного фильтра достигается при соотношении На кафедре «Электрическая тяга» МИИТ для внедрения в асинхронном тяговом электроприводе был разработан вариант гибридного (активно - пассивного) фильтра на основе однозвенного Г - образного. При этом считается, что наиболее рациональным активным фильтром является управляемый током источник напряжения (ИНУТ), который подключается последовательно с конденсатором пассивного фильтра, являющегося его нагрузкой [15]. Вариант схемы тягового электропривода с применением гибридного фильтра приведен на рис. 1.4.
В соответствии с рассмотренной схемой были проведены математические расчеты [15], которые показывают, что при увеличении резонансной частоты суммарные массогабаритные и стоимостные показатели такого фильтра снижаются. Затухание амплитуд тока и напряжения в нормируемом диапазоне частот увеличивается в сотни раз, а их значение не превышает порогового. Однако стабильность и безотказность такого фильтра зависит от надежной работы схемы управления.
Еще одним способом подавления ЭМП посредством применения фильтрующих устройств может служить установка на ЭПС двухзвенного сетевого фильтра [2, 17], первое звено которого представляет RLC - контур, второе LC -контур. Для сглаживания резонансных пиков амплитудно - частотной характеристики фильтра в первом звене установлено демпфирующее сопротивление {рис. 1.5). Такая концепция фильтрации помех предложена немецкой компанией Siemens на испанском трехвагонном электропоезде UT/S 447, тяговый электропривод которого реализован с применением HV-GTO - тиристоров [3].
Анализ помехоэмиссии составных частей тягового электропривода
Работоспособность тягового преобразователя в значительной степени зависит от входного фильтра, который предназначен для компенсации реактивной энергии в режимах, когда ток направлен от двигателя к источнику питания, для сглаживания пульсаций тока и напряжения в тяговой сети. Так как импульсный преобразователь проектируется на базе силовых IGBT - модулей, не нуждающихся в принудительной конденсаторной коммутации, его большая доля массы приходится на входной сглаживающий фильтр. Поэтому вопросам расчета параметров фильтра должно уделяться особое внимание.
Методики расчета входных фильтров, опубликованные в различных литературных источниках, дают существенную разницу [101] в результатах. Низкая достоверность результатов расчета приводит к необоснованному увеличению массогабаритных и стоимостных показателей сглаживающих фильтров. Применение же фильтров с заниженными параметрами приводит к ухудшению условий работы преобразователя и тяговой сети.
Рассматривая причины помехоэмиссии тяговым электроприводом в целом, и учитывая специфику эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта, необходимо отметить двойственную природу возникновения помех. Во-первых, возникновение помех может быть результатом электрических и электромагнитных процессов, как в силовой цепи электропривода, так и в цепях управления; во-вторых, - как результат воздействия механической части электропривода. В соответствии с этим, возникает необходимость определения источников помех в асинхронном тяговом электроприводе. Структурная схема источников помех показана нарис. 3.1.
Для адекватного объяснения причин появления помех в рельсовых цепях устройств железнодорожной автоматики в первую очередь необходим анализ предрасположенности к помехоэмиссии всех составных частей исследуемого электропривода. В качестве исследуемого электропривода далее рассматривается физическая модель асинхронного тягового электропривода пассажирского электровоза ЭП2. Согласно ранее определенной структуре возможных источников ЭМП, рассмотрим в отдельности узлы и элементы как механической, так электрической частей асинхронного электропривода.
В связи с тем, что процесс работы тягового электропривода непременно сопровождается явлением пульсаций электромагнитного момента тягового двигателя, целесообразно подробно рассмотреть влияние всех составных частей механической части привода электроподвижного состава (рис. 3.2). Пульсации момента тягового двигателя могут быть результатом следующих факторов: несоосность сочленения оси тягового двигателя (поз. 1) с ведущей шестерней редуктора (поз. 2) или несоосность сочленения оси колесной пары (поз. 3) с ведомой шестерней редуктора (поз. 4); несоосность сочленения оси тягового двигателя с датчиком частоты вращения (ДЧВ) (поз. 5). Приводит к пульсациям скольжения тягового двигателя.
Результаты исследований [102] режимов работы тягового электропривода показали наличие повышенных пульсаций момента в зоне малых частот, что вызывает опасные механические напряжения в узлах ходовой части, в стержнях обмотки ротора, короткозамыкающих кольцах АТД и в узлах механического привода. Такие пульсации при определенных скоростях вызывают механический резонанс, который в свою очередь приводит к появлению маятникового момента.
Рассматривая влияние вышеописанных факторов, необходимо отметить, что практически все они устранимы ещё на стадии сборки механической части электропривода. Следовательно, можно предположить, что корректная сборка узлов электропривода в отношении механических возмущений и напряжений не окажет существенного влияния на гармонический состав тягового тока. Однако следует обратить внимание на явление оборотных пульсаций момента АТД от колесной пары, пульсирующая частота вращения которой может при сутствовать в спектре тягового тока. В этой связи, определим возможность по-мехоэмиссии колесной пары при частотах вращения 25 и 50 Гц.
Испытательная станция асинхронного тягового электропривода
Для экспериментальной проверки теоретических положений, приведенных в разд. 2 и 3 настоящей работы, были проведены исследования электромагнитных процессов в асинхронном тяговом электроприводе, смонтированном на базе испытательной станции Сибирского филиала ВНИКТИ. Испытательная станция [107] предназначена для проведения научных исследований, испытаний и наладке тяговых электроприводов, тяговых преобразователей и преобразователей собственных нужд для электровозов постоянного тока. Электрооборудование испытательной станции позволяет проводить испытания тяговых электроприводов, отработку программного обеспечения систем управления электроприводами. На испытательной станции смонтирован натурный стенд тягового электропривода для одной колесной пары электровоза, с одним асинхронным тяговым двигателем мощностью 1200 кВт {табл. 4.1).
Электрооборудование станции позволяет обеспечить следующие режимы работ испытуемого асинхронного тягового электропривода: направление вращения «Вперед», «Назад»; режим тяги при работе от контактной сети постоянного тока; электрическое торможение с отдачей энергии на тормозные резисторы; регулирование скорости вращения вала нагрузочной машины «Вперед», «Назад» с заданным током якоря в режимах тяги и торможения; работу нагрузочной машины в режиме рекуперативного торможения с отдачей электроэнергии в питающую сеть; работу нагрузочной машины в режиме торможения на балластные резисторы; работу асинхронного тягового двигателя в заторможенном режиме.
Принцип действия станции, устройство и режимы работы поясняются с помощью функциональной схемы {рис. 4.2). Функциональная схема станции условно состоит из двух частей. Одна часть обеспечивает работу испытуемого комплекса асинхронного тягового электропривода (К-ТЭП), другая часть обеспечивает работу нагрузочного комплекса (НК).
Питание К-ТЭП может осуществляется от вводаї или от ввода 2.
На ввод 1 подается постоянное напряжение контактной сети 3,0 кВ, и далее через разъединитель QS1 шкафа высоковольтного разъединителя (ШВР) поступает в шкаф высоковольтной аппаратуры (ШВА).
На ввод 2 подается переменное напряжение 10,0 кВ промышленной частоты 50 Гц, и далее через автоматический выключатель QF1 высоковольтной ячейки (ВТ1) поступает на сторону высокого напряжения трансформатора ТІ. Это напряжение после преобразования и выпрямления в шкафу высоковольтного выпрямителя (ШВВ) используется для питания ТПЧ напряжением 3,0 кВ, не связанного с контактной сетью локомотивного депо.
Выбор напряжения питания К - ТЭП - «контактная сеть» или «имитационная сеть», осуществляется с помощью установки двухпозиционного переключателя QS1 шкафа ШВА в соответствующее положение. В ШВА расположен быстродействующий автоматический выключатель QF1 и контактор заряда фильтровых конденсаторов КМ1 с добавочным резистором.
Подача напряжения со шкафа ШВА на ТПЧ осуществляется через входной дроссель, расположенный в шкафу высоковольтного дросселя (ШВД). ТПЧ формирует трехфазное регулируемое по частоте и величине напряжение, которое подается на асинхронный тяговый двигатель (АТД).
Для обеспечения в исследуемом тяговом электроприводе режима электрического торможения к ТПЧ подключены тормозные резисторы. Обдув тормозных резисторов осуществляется центробежными вентиляторами (В-БТР).
Обдув тягового двигателя обеспечивается вентилятором В-ТД. Система жидкостного охлаждения тягового преобразователя частоты реализована конструктивно в самом преобразователе и условно показана на функциональной схеме как "В-ТПЧ".
Питание НК осуществляется от ввода 3. На ввод 3 подается переменное напряжение 10,0 кВ промышленной частоты 50 Гц, и далее через автоматический выключатель QF1 высоковольтной ячейки (ВТ2) поступает на сторону высокого напряжения трансформатора Т2.
Напряжение 0,4 кВ от трансформатора Т2 и ввода 4 подается на шкаф распределительный (ШР).
С шкафа ШР напряжение 0,4 кВ с помощью коммутирующей аппаратуры подается: - на тиристорный преобразователь возбуждения нагрузочной машины (ТПВ). ТПВ обеспечивает регулируемым выпрямленным током питание об мотки возбуждения (ОВ) нагрузочной машины (НМ); - на тиристорный преобразователь якоря нагрузочной машины (ТПЯ). ко торый обеспечивает регулируемым выпрямленным напряжением якорную цепь нагрузочной машины НМ. Якорная цепь НМ в зависимости от режима работы может быть подключена с помощью силовой перемычки либо на блок нагрузочного резистора (БНР), либо на выход тиристорного преобразователя ТПЯ. Охлаждение блока нагрузочного резистора обеспечивается центробежным вентилятором (В-БНР), с забором и выбросом нагретого воздуха вне помещения станции.
Принудительное воздушное охлаждение тиристорного преобразователя ТПЯ осуществляется при помощи центробежного вентилятора (В-ТПЯ). Обдув нагрузочной машины обеспечивается вентилятором В-НМ.
Передачу вращающего момента с вала асинхронного тягового двигателя на вал нагрузочной машины осуществляет механическая передача, которая представлена на рис. 4.3.
