Введение к работе
Железнодорожный транспорт был и остается главной связующей основой экономики России. Железные дороги являются одним из основных звеньев технологического процесса, обеспечивающего устойчивое функционирование народного хозяйства и жизнеобеспечения населения. Ими выполняется около 55 % общего грузооборота и 33 % пассажирских леревозо:: в стране. В структуре электропотребления электрифицированных железных дорог основную часть - 77,7 % составляет расход на тягу поездов. В условиях снижения объема грузо-и пассажироперевозок, роста цен на энергоносители и возросшей конкуренции со стороны других видов транспорта перед железными дорогами в качестве приоритетной стоит задача снижения эксплуатационных расходов.
Один из основных путей решеніія поставленной задачи - экономия топливно-энергетических ресурсов путем повышения энергетических показателен эксплуатирующегося подвижного состава за счет их модернизации. В то же время перспективный электроподвижной состав должен отвечать современным требованиям не только по тяговым, но и по энергетическим характеристикам.
В настоящее время почти половину эксплуатируемых магистральных электровозов составляют электровозы переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями. В утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации федеральной целевой программе приоритет отдан электроподвижнолгу составу (ЭПС) с тяговым приводом переменного тока и бесколлекторными тяговыми двигателями.
Основными энергетическими показателями электроподвижного состава переменного тока являются коэффициент полезного действия и коэффициент мощности на токоприемнике. Коэффициент мощности характеризует потери при передаче энергии от фазового сдвига меж-
ду основными гармониками тока и напряжения и искажений формы тягового тока. Низкий коэффициент мощности ведет к недоиспользованию мощности источников электроснабжения, загрузку потоками реактивной энергии линий электропередач, увеличение потерь напряжения и общее снижение энергетических показателей системы электроснабжения.
Вопросами повышения коэффициента мощности ЭПС переменного тока и системы электрической тяги в целом в разное время занимались доктора технических наук А.В.Каменев, В.АЛСучумов, Р.Р.Мамошин, Б.А.Метелкнн, Б.Н.Тихменев, В.Д.Тулупов, Л.А.Герман, кандидаты технических наук Б.М.Бородулин, А.Л.Лозановский, И.В.Павлов, Н.Н.Широченко. В их работах показана важность этой проблемы для ЭПС переменного тока.
Один из путей повышения коэффициента мощности ЭПС переменного тока - это применение емкостных компенсаторов реактивной мощности, установленных на входе преобразователей ЭПС. Целью работы является комплексное теоретическое и экспериментальное исследование путей повышения эффективности работы бортовых устройств компенсации реактивной мощности ЭПС перемен-ноготока:
анализ процессов в системе электрической тяги переменного тока при подключении различных типов компенсаторов реактивной мощности (КРМ);
разработка методики определения оптимальных параметров КРМ для любого типа ЭПС переменного тока с тиристорными преобразователями и зонко-фазовым регулированием.
определение путей повышения эффективности работы КРМ;
испытания компенсаторов в условиях эксплуатации и на опытном ЭПС.
?
Методы исследования. Проведение теоретического анализа физических процессов и их математическое описание. Исследование полученных математических моделей с применением ПЗВМ и программ, разработанных на языке программирования Turbopascal. Экспериментальные исследования на опытном ЭПС в эксплуатации и на макетных образцах на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.
Научная новизна. Произведено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных процессов в системе электрической тяги переменного тока при подключении бортового КРМ с различными схемами. Получены и.решены в общем виде системы уравнений, описывающие указанные процессы для компенсатора, состоящего из одного звена при произвольном его размеаіе-нии в системе электрической тяпі. Получены и решены в общем виде аналогичные системы уравнений для компенсатора, состоящего из двух звеньев н подключенного на вход преобразователя ЭПС. Разработана методика определения и установлены оптимальные параметры КРМ.
Практическая ценность. Применение бортовых компенсаторов реактивной мощности позволяет поднять средний уровень коэффициента мощности ЭПС переменного тока до 0,91 и выше. Это дает возможность использовать преобразователь с двум зонами регулирования, что по массо-габаритным показателям необходимо для бесколлекторного тягового привода на основе инверторов тока. Оборудование электровозов компенсаторами позволяет существенно упростить стационарные устройства КРМ, а в ряде случаев и отказаться от их применения. При компенсации реактивной мощности непосредственно на ЭПС снижается загрузка реактивными токами тяговой сети и бортового оборудования, сокращаются потери энергии в тяговой сети, составляющие 1,5 - 2% и улучшаются характеристики самого ЭПС.
Внедрение. Результаты исследований использованы при разработке технических требований к пассажирскому электровозу ЭП200 и электропоезду. ЭНЗ. Опытный образец указанного электровоза изготовлен и проходит наладочные испытания. Электропоезд ЭНЗ в настоящее время изготавливается на НЭВЗе. Разработаны и переданы промышленности технические предложения по модернизации КРМ на электровозе ВЛ85-155.
Апробация работы. Основные результаты работы докладыва
лись и одобрены: на международной конференции "Состояние и пер
спективы развития локомотивостроения", Новочеркасск, ВЭлНИИ,
1994 г.; на научно-технической конференции с международным уча
стием "Электротехнические системы транспортных средств и их ро
ботизированных производств", Суздаль, 1995 г.; на научно-
техническом совете отделения Электрификации ВНИИЖТ в декабре
1993 г. и в мае 1998 г. '
Публикации. Материалы диссертации и результаты работы отражены в четырех печатных трудах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 41 наименование и четырех приложений. Работа содержит 101 страницу текста, 52 рисунка, 16 таблиц.
