Содержание к диссертации
Введение
Анализ работ по уменьшению пульсаций вы прямленного тока и постановка задачи исследования 10
1 Анализ устройств по уменьшению пульсаций выпрямленного тока 10
2 Влияние коэффициента пульсаций на энергетические показатели электровоза 19
3 Постановка задачи исследования 36
Математические модели системы участка электрофицированной железной дороги с электровозами, оборудованными устройствами для снижения пульсаций выпрямленного тока 38
1 Модель контактной сети 38
2 Математическая модель электровоза с магнитосвязан-ными реакторами 44
2.1 Математическая модель тягового двигателя с учетом влияния вихревых токов 46
2.2 Математическая модель устройства 5 - модуляции 50
2.3 Математическая модель автономного инвертора напряжения 53
2.4 Математическая модель магнитосвязанных реакторов 59
2.5 Математическая модель аналогового фильтра 62
Методика исследования работы устройствапо уменьшению пульсаций выпрямленного тока 67
3.1 Выбор методики исследования и описание пакета Or- 67 CAD
3.2 Проверка адекватности математических моделей контактной сети и электровоза 79
3.2.1 Проверка адекватности модели ТЭД 79
3.2.2 Проверка адекватности модели «тяговая сеть -электровоз» 83
3.3 Моделирование работы аналогового фильтра 84
3.4 Методика обработки результатов моделирования 88
4 Разработка предложений по уменьшению пульсаций выпрямленного тока 91
4.1 Разработка предложений по структуре системы управления компенсатором переменной составляющей выпрямленного тока 92
4.2 Исследование процессов в электрической цепи штатной схемы электровоза и при магнитном связывании сглаживающих реакторов 97
4.3 Исследование процессов в электрической цепи при включении компенсатора переменной составляющей в цепи выпрямленного тока 101
4.4 Физическое моделирование работы устройства магнитосвязанных сглаживающих реакторов и компенсатора переменной составляющей выпрямленного тока 105
4.4.1 Физическое моделирование работы устройства магнитно-связанных сглаживающих реакторов 105
4.4.2 Физическое моделирование работы устройства магни-тосвязанных сглаживающих реакторов и включения устройства компенсации переменной составляющей выпрямленного тока 108
Оценка сходимости результатов математического и физического моделирования 110
Технико-экономическая оценка эффективности от внедрения на электровозах устройства компенсации пульсаций выпрямленного тока 113
Расчет экономии эксплуатационных расходов от использования электровозов с устройством компенсации пульсаций выпрямленного тока 114
Расчет интегрального экономического эффекта и срокаокупаемости затрат 117
Выводы 120
Библиографический список 121
Приложения 1. Справка о внедрении. 132
- Влияние коэффициента пульсаций на энергетические показатели электровоза
- Математическая модель тягового двигателя с учетом влияния вихревых токов
- Исследование процессов в электрической цепи штатной схемы электровоза и при магнитном связывании сглаживающих реакторов
- Расчет экономии эксплуатационных расходов от использования электровозов с устройством компенсации пульсаций выпрямленного тока
Введение к работе
Принятая в ОАО «РЖД» программа «Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года» [52] предусматривает совершенствование тягово-энергетических характеристик локомотивов и улучшение показателей их использования. Эти решения продиктованы спецификой локомотивного хозяйства, которым только на тягу поездов расходуется 83 % электроэнергии от ее общего потребления железнодорожным транспортом. Повышение энергетической эффективности тягового подвижного состава становится одним из приоритетных направлений стратегии железнодорожного транспорта. В соответствии с программой предусматривается экономия электроэнергии до 3 % за счет улучшения ее качества и снижение до 2% энергоресурсов за счет увеличения скорости движения поездов.
Вопросам теории и практики улучшения энергетики электроподвижного состава переменного тока были посвящены работы, выполненные: Тихменевым Б. Н., Ротановым Н. А., Савоськиным А. Н., Ку-чумовым В. А., Феоктистовым В. П., Покровским С. В., Розановым Ю. К., Наумовым Б. М., Лозановским А. Л., Копаневым А. С, Мамошиным Р. Р., Иньковым Ю. М., Литовченко В. В., Власьев-ским С. В., Кулиничем Ю. М. и др. авторами.
В настоящее время для сглаживания пульсаций выпрямленного тока на подвижном составе используют сглаживающие реакторы. Индуктивность сглаживающего реактора и связанные с ней массо-габаритные показатели находятся в зависимости с внутренними размерами кузова подвижного состава. Следствием ограничения индуктивности сглаживающего реактора остаются значительные пульсации выпрямленного тока, которые достигают 25 -г 30 % [2, 6]. Кро-
ме сглаживающего реактора для уменьшения пульсаций магнитного потока в тяговом двигателе на электровозах переменного тока применяют шунтирующие резисторы, которые включают параллельно обмотке возбуждения двигателя. Однако включение шунтирующего резистора не обеспечивает значительного уменьшения пульсаций, которые остаются высокими, вызывая остаточные пульсации магнитного потока.
В работе [2] установлено, что пульсации выпрямленного тока влияют на энергетические показатели электровоза: коэффициент мощности и потребляемый ток. При уменьшении пульсаций выпрямленного тока до полного сглаживания увеличивается коэффициент мощности на 1,5 % и уменьшается потребляемый ток электровоза на 2 -г 4 % [2]. В месте с тем уменьшение потребляемого тока вызывает уменьшение потерь напряжения в активных сопротивлениях цепи, за счет чего достигается увеличение напряжения на токоприемнике электровоза на 5 % [1, 2]. В свою очередь увеличение напряжения на токоприемнике оказывает влияние на скорость электровоза, которая в свою очередь увеличивается.
Цель данной работы заключается в повышении энергетических показателей электровозов однофазно-постоянного тока за счет уменьшения пульсаций выпрямленного тока.
Схемотехнической основой для достижения поставленной в диссертации целей послужило появление в середине 70-х годов полностью управляемых силовых приборов: GTO и GCT-тиристоров, а также IGBT-транзисторов [68, 73]. Появление IGBT-транзисторов позволило создавать компенсаторы, которые устанавливают в цепь переменного тока для улучшения качества электрической энергии силовых потребителей. В работах [36, 71] проанализированы схемы включения активных фильтров и способы управления их ключевыми
элементами, приведены структурные схемы управления. В работах Литовченко В. В., Зиновьева Г. С, Розанова Ю. К., Солодунова А. М. и др. [67, 69, 70, 72] производится подробный анализ работы четы-рехквадрантного преобразователя применяемых как входное устройство асинхронного привода. Однако в этих работах не рассмотрено применение этих преобразователей для компенсации пульсаций выпрямленного тока тяговых электродвигателей.
В отличии от названных работ в диссертации рассмотрен способ установки компенсатора в цепь выпрямленного тока, что накладывает определенные требования на его систему управления.
Диссертационная работа посвящена решению важной народнохозяйственной проблемы повышения энергетических показателей электровоза путем снижения пульсаций в цепи выпрямленного тока. Применение магнитосвязанных сглаживающих реакторов и включение компенсатора переменной составляющей выпрямленного тока позволяет увеличить коэффициент мощности и уменьшает потребляемый ток.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- разработан способ повышения энергетических показателей элек
тровоза путем магнитного связывания сглаживающих реакторов;
-предложен способ повышения энергетических показателей элек
тровоза за счет установки компенсатора переменной составляющей
выпрямленного тока;
-разработана математическая модель системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз» с устройством по уменьшению пульсаций в цепи выпрямленного тока;
- разработана система управления компенсатором переменной со
ставляющей выпрямленного тока.
Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в том, что:
применение магнитосвязанных сглаживающих реакторов позволило уменьшить пульсации выпрямленного тока с 24,49% до 11,8% т. е. более чем в два раза;
при включении магнитосвязанных сглаживающих реакторов с компенсатором переменной составляющей выпрямленного тока достигнуто уменьшение пульсаций выпрямленного тока до 0,023 %; -применение магнитосвязанных сглаживающих реакторов с компенсатором переменной составляющей выпрямленного тока повышает коэффициента мощности электровоза на 1,2 % и уменьшает потребляемый ток на 2,91 %;
разработанное устройство магнитосвязанных сглаживающих реакторов внедрено в депо Смоляниново (см. приложение 1);
рассчитана экономическая эффективность от внедрения компенсатора переменной составляющей выпрямленного тока на электровозе.
Апробация работы:
на региональной научно-практической конференции представителей производства, ученых транспортных вузов и инженерных работников «Надежность и эффективность систем и устройств электроснабжения», Хабаровск, ДВГУПС, 19-20 декабря 2005 года;
на восьмом краевом конкурсе-конференции молодых ученых и аспирантов (Секция технических наук), Хабаровск, 17 января 2006 года;
на 44-й всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Современные технологии-железнодорожному
транспорту и промышленности», Хабаровск, ДВГУПС, 25-26 января % 2006 года;
на региональной научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования», Хабаровск, ДВГУПС ,18-19 апреля 2006 года;
на девятом краевом конкурсе-конференции молодых ученых и аспирантов (Секция технических наук), Хабаровск, 17 января 2007 года;
на заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ДВГУПС (2006-2007 гг.);
* - на научных семинарах Института тяги и подвижного состава
ДВГУПС (2007 г.);
- научно-техническом, расширенном заседании кафедры «Элек
троподвижной состав», Иркутск, ИрГУПС (2007 г.).
Публикации. По теме диссертации имеется 11 публикаций, из которых 9 научных статей и тезисы докладов на научной конференции и получено два патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 87 наименова
ний и одного приложения. Содержит 132 страницы основного текста,
- 3 таблицы и 56 рисунков.
*
Влияние коэффициента пульсаций на энергетические показатели электровоза
В результате расчетов в [16] установлено, что разбиение участка контактной сети с длиной Г-образного элемента zk = 400M вполне удовлетворяет точности расчетов процессов в моделируемой сети. На основании этого были получены значения параметров L/.,-, и г/_/, схемы замещения (рис. 2.3) [16]: L7_7 = 2,48-10"4 Гн, 1/.2 = 4,4-10 5Гн, П.! = 5,307-10 2Ом, г 1.2=0,4669Ом, С0= 29 нФ/км, r0- Mg0 = 6 Мом/км.
Расчеты показали [16, 25], что при использовании схемы замещения контактной сети согласно рис.2.4 с указанными параметрами элементов, переходные процессы в большей степени соответствуют реальным, при незначительной погрешности. Таким образом, можно сделать вывод о том, что выбранная Г - образная модель с длиной элемента Ах = 400 м адекватна реально моделируемому участку контактной сети, состоящему из множества Г - образных моделей в зависимости от длины линии.
Математическая модель электровоза с магнитосвязанными реакторами выполнена для магистральных электровозов с плавным регулированием напряжения ВЛ80Р (рис. 2.5, а) и со ступенчатым регулированием напряжения ВЛ80С,Т (рис. 2.5, б). Схема (рис. 2.5, а) включает в себя [8, 84] тяговый трансформатор Тр, имеющий две секционированные вторичные обмотки, подключенные к соответствующим ВИП1-ВИП2. С помощью ВИП1 и ВИП2 (рис. 2.5, а) осуществляется плавное 4-х зонное регулирование напряжение на тяговых электродвигателях. Для схемы, представленной на рис 2.5, б вторичная обмотка трансформатора имеет соответственно регулируемые и нерегулируемые обмотки. Путем встречного или согласного включения этих обмоток осуществляется ступенчатое регулирование напряжения на тяговом электродвигателе.
К каждому ВИП и ВУ подключена группа из двух параллельно включенных тяговых двигателей Я1-Я4, для уменьшения пульсаций тока которых используются сглаживающий реактор СР. В обоих случаях для уменьшения пульсаций магнитного потока параллельно обмотке возбуждения (ОВ) включен шунтирующий резистор (RM) принцип действия рассмотрен в первой главе. Для реализации идеи магнитосвязаннымых сглаживающих реакторов предполагается изменить схему включения сглаживающих реакторов в соответствии с рис. 2.5. Для реализации идеи магнитосвязанных сглаживающих реакторов предполагается разделить обмотку сглаживающего реактора.
Ток, протекающий в одном блоке выпрямителя, замыкается через две полуобмотки различных сглаживающих реакторов СР1 и СР2. При магнитном связывании сглаживающих реакторов в каждой из его обмоток наводится э.д.с. взаимоиндукции, которая складываясь с э.д.с. самоиндукции обмотки уменьшает интенсивность изменения выпрямленного тока и, соответственно, величину его пульсаций.
При моделировании процессов в системе «подстанция-контактная сеть-электровоза» в качестве нагрузки преобразователя электровоза рассматривается коллекторный тяговый электродвигатель. В тяговом режиме обмотка возбуждения (ОВ) двигателя включена последовательно в цепь якоря (Я). С учетом большой величины постоянной времени движения поезда, в переходном процессе не рассматриваются изменение скорости вращения двигателя. Согласно [14, 40] продольную составляющую реакции якоря, а также влияние потока дополнительных полюсов на э.д.с. двигателя не учитывают ввиду их незначительной величины. В то же время, в двигателе с компенсационной обмоткой для полноты отражения в модели электромагнитных процессов необходимо учитывать действие вихревых токов, проявляющих себя в переходных режимах работы [16].
Математическая модель тягового двигателя с учетом влияния вихревых токов
При работе компенсатора переменной составляющей выпрямленного тока требуется автономный инвертор напряжения (АИН) представленный на рис. 2.10 [45, 46, 47]. Отличительной особенностью этого типа инверторов является наличие во входной цепи конденсатора Q большой емкости, обеспечивающей режим работы Ed как источника напряжения. В качестве ключевых элементов VS1-VS4 используются полностью управляемые полупроводниковые приборы: IGBT-транзисторы, которые зашунтированы обратными диодами VD1-VD4. Транзисторы VS1-VS4 и диоды VD1-VD4 образуют мостовые схемы, включенные встречно со стороны выводов постоянного напряжения. В одну диагональ мостов включено сопротивление нагрузки Lcp и гср цепь имеет в данном случае активно-индуктивный характер, принцип работы преобразователя предполагает включение индуктивности Ьа в цепь сопротивления нагрузки, другая диагональ мостов соединена с источником напряжения 2.
При включении смежных элементов (например, VD1, VS2) образуется контур тока, замыкающийся через обратный вентиль VD1 и транзистор VS2. При этом источник Ed отключен от преобразователя закрытыми транзисторами VS3, VS4, поэтому напряжение на зажимах переменного тока Ed, а также ток 1и равны нулю. Входной ток преобразователя ін ограничен индуктивностью Ьа, при Ed = 0 он определяется выражением:
Управление инвертором напряжения осуществляется путем поочередного включения (выключения) диагональных транзисторов моста. На интервале О-Т/2 через включенные VS1, VS4 к нагрузке Ln-rrn-Lcp прикладывается напряжение источника Ed и через нее начинает протекать ток нагрузки i„. Положительные направления ин и /„ показаны на рис. 2.10 сплошными стрелками. На интервале 112-Т выключаются VS1, VS4, и нагрузка уже через включенные транзисторы VS2, VS3 подключается к источнику Ed, при этом полярность напряжения ин меняет знак (показана пунктиром на рис. 2.11). В момент / = Т вновь подаются сигналы управления на открытие транзисторов VS1, VS3, после чего процессы в схеме инвертора повторяются. Таким образом, при поочередном переключении транзисторов VS1-VS4 осуществляется формирование напряжения нагрузки, имеющего переменную прямоугольную форму. Амплитуда напряжения ин определяется величиной напряжения входного источника Е&.
В конце первого интервала работы инвертора 0 - Т/2 ток нагрузки возрастает от нуля до величины 10 (рис. 2.11, в) и имеет направление, отмеченное сплошной стрелкой (рис. 2.10).
В момент / = Т/2 подаются сигналы управления на открытие очередной пары транзисторов VS2, VS3, но ток нагрузки ін через них протекать не может, поскольку он является обратным для этих транзисторов. Поэтому ток ін замыкается через обратные диоды VD2, VD3 и входную цепь инвертора за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки. Поскольку в момент времени / = Т/2 полярность напряжения нагрузки меняет знак, величина тока нагрузки на интервале Т/2 - уменьшается от 10 до нуля. После закрытия диодов VD2, VD3 при t = І2 ток ін начинают проводить транзисторы VS2, VS3, изменяя его направление в цепи нагрузки на противоположное. Аналогичные процессы происходят на последующих интервалах работы инвертора, т. е. в течение одного полупериода его работы ток нагрузки /„ поочередно замыкается через транзисторы и обратные диоды.
Отрицательные ординаты кривой тока нагрузки соответствуют протеканию прямого тока через обратные диоды, кривая тока которых показана в положительной области на рис. 2.11, д. На рис. 2.11, в сплошной линией показана кривая тока нагрузки ін в установившемся режиме работы. Из анализа электромагнитных процессов можно сделать вывод о том, что для выполнения условия непрерывности протекания тока необходимо обеспечить на определенных интервалах работы инвертора протекание обратного тока через цепь транзисторов VS1-VS4, что достигается путем параллельного подключения к ним обратных диодов VD1-VD4.
На рис. 2.11, г, д показаны диаграммы токов транзисторов VS1, VS4 и включенных параллельно им обратных диодов VD1, VD4. Из этого следует, что в начале полупериода ток нагрузки протекает через диоды VD1, VD4, а в конце - через транзисторы VS1, VS4. При этом совпадение по знаку величин и„ и і„ на интервалах проводимости транзисторов соответствует запасанию энергии в цепи нагрузки. Противоположные по знаку напряжение и„ и ток нагрузки замыкающийся через цепь обратных диодов, свидетельствуют о возвращении энергии из цепи нагрузки во входную цепь инвертора.
Исследование процессов в электрической цепи штатной схемы электровоза и при магнитном связывании сглаживающих реакторов
Решение систем дифференциальных уравнений, полученных в главе 2 при описании электромагнитных процессов в системе «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз», выполнялось численными методами с применением ЭВМ [39]. Для моделирования этих процессов использовался пакет прикладных программ для моделирования электрических схем OrCAD.
Пакет прикладных программ OrCAD, созданный корпорацией OrCAD в 1997 году, позволяет выполнять сквозное проектирование информационной и силовой аппаратуры. Ядром программы OrCAD является программа PSpice, которая является основой других систем автоматического проектирования: Micro-Cap, DesignLab, Р-Cad, ACCEL EDA и другие [32, 48, 81, 82].
Функциональные возможности пакета позволяют редактировать параметры библиотечных элементов для их дальнейшего использования при моделировании как слаботочных, так и силовых цепей. Результаты моделирования выводятся на монитор компьютера в виде графиков напряжений и токов. При моделировании электромагнитных процессов к любому из сигналов проектируемой схемы можно применить гармонический анализ, а также оптимизировать параметры отдельных элементов по одному из выбранных критериев.
Программа OrCAD Capture предназначена для создания проекта, часть которого может быть задана в виде принципиальной электрической схемы, а другая часть может быть описана на языке высокого уровня VHDL. Кроме того, из оболочки OrCAD Capture запускает ся модуль OrCAD Express для синтеза и моделирования программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), а также программы моделирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств PSpice и параметрической оптимизации PSpice Optimizer. С их помощью можно рассчитать переходные процессы при действии различных входных сигналов, их спектры, режимы по постоянному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шумов и другие характеристики нелинейных и линеаризованных аналоговых устройств. При создании проекта каждого типа загружаются соответствующие библиотеки компонентов, при этом для всех специализированных проектов возможна передача информации в программу OrCAD Layout для создания печатных плат. На рис. 3.1 показана взаимосвязь модулей OrCAD Capture с другими программами системы OrCAD. При создании принципиальных электрических схем проекта необходимая информация может быть получена во встроенной базе данных, которая поставляется вместе с системой и пополняется пользователями [32]. OrCAD входят следующие программные модули: OrCAD Capture - графический редактор схем; OrCAD Capture CIS (Component Information System) -графический редактор схем с возможностями доступа к базам данных через Интернет; OrCAD Express - моделирование цифровых устройств (включает в себя встроенный редактор схем OrCAD Capture) и интерфейс с программами проектирования типа PLD, CPLD и FPGA с возможностью использования языка программирования высокого уровня VHDL; OrCAD Express CIS - программа Express, дополненная возможностями доступа к базам данных через Интернет; OrCAD Express Enterprise Edition - набор инструментов, поставляемых дополнительно к OrCAD Express для включения в базу данных схемы устройства сведений о применяемых корпусах компонентов, что обеспечивает полноту информации о проекте, которая затем используется для разработки печатных плат и выпуска технической документации; OrCAD Layout - разработка печатных плат; OrCAD Layout Plus - программа OrCAD Layout, дополненная бессеточным автотрассировщиком SmartRoute, использующим методы оптимизации нейронных сетей (ранее в составе OrCAD использовался трассировщик MaxRoute фирмы Massteck); OrCAD Layout Engineer s Edition - программа просмотра печатных плат, созданных с помощью Layout или Layout Plus, средство общей расстановки компонентов на плате и прокладки наиболее критических цепей, выполняемых инженером-схемотехником перед выдачей задания на проектирование печатной платы конструктору (аналог программы ACCEL Relay); OrCAD GerbTool - программа создания и доработки управляющих файлов для фотоплоттеров; Visual CADD - графический редактор фирмы Numera Software (упрощенный аналог AutoCAD). Система OrCAD 9.0 объединяет все перечисленные выше модули с программой моделирования PSpice под управлением одной интегрированной оболочки. Особенностью модуля OrCAD Capture то, что он является единственным инструментом создания принципиальных схем проектов разных типов таких как: OrCAD Capture CIS - доступ к базам данных через Интернет с помощью службы ICA (Internet Component Assistant), зарегистрированные пользователи получают доступ к каталогу, содержащему более 200 тыс. компонентов; OrCAD PSpice и OrCAD PSpice A/D - программы моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств интегрируются с программой Capture. Новый интерфейс программы PSpice имеет окно Probe для просмотра графиков результатов моделирования; параметры всех директив моделирования, значения глобальных параметров, список подключенных библиотек математических моделей и другие параметры заносятся в отдельный текстовый профайл [32].
Расчет экономии эксплуатационных расходов от использования электровозов с устройством компенсации пульсаций выпрямленного тока
Принимая во внимание зависимость іов = ія+дп - іш, соответствующую работе двигателя с полным полем, выходной величиной вычитателя 6 является ток обмотки возбуждения іов состоящий, в свою очередь, из тока намагничивания іи и вихревых токов івх. Эти составляющие тока реализуются с помощью правой части схемы в соответствии с третей и седьмой формулами системы уравнений (2.16). В процессе решения уравнений на выходе интегратора 22 получается сигнал, соответствующий магнитному потоку Ф, после его умножения усилителями 17, 18 на постоянную ТЭД {Се) и постоянную скорость V полученный сигнал ЭДС двигателя Се\Ф поступает на вход вычитателя 2 для моделирования тока якоря. Аналогично величина йФ/dt с выхода умножителя 9 после преобразования усилителем 12 используется для вычисления производной dy/oe/dt потокосцепления.
Для проверки адекватности этой модели был выполнен расчет затухания магнитного потока тягового двигателя Ф(7) при его отключении от источника питания и сравнение этой зависимости с экспериментальными данными этого же процесса. В качестве опытных данных принята кривая затухания магнитного потока двигателя НБ -418К6 [15]. На рис. 3.12 для сравнения приведены экспериментальная кривая (а) и результаты расчета затухания магнитного потока (кривая б), показанные в относительных единицах Ф/Фо, где Фо -начальное значение магнитного потока в момент отключения двигателя. Этот режим характеризуется правильностью учета параметров в схеме и в первую очередь вихревых токов, и является тестовым при моделировании переходных процессов в тяговом двигателе постоянного тока [15]. при его отключении от источника питания: а) эксперимент; б) расчет. Из рис. 3.12 видно, что расчетная кривая б довольно близко расположена от экспериментальной кривой а. При этом максимальная относительная ошибка составляет не более 15 %, что вполне приемлемо для целей моделирования. Таким образом, разработанная модель адекватна тяговому двигателю НБ-418К6 и поэтому может быть использована для анализа происходящих в нем электромагнитных процессов [16].
Для проверки полной адекватности системы «контактная сеть -электровоз» был проведен сравнительный анализ выпрямленного напряжения и выпрямленного тока электровоза, которые были рассчитаны на математической модели с экспериментальными данными, представленными в [15].
Сравнительный анализ адекватности модели произведен для электровоза ВЛ65 на высшей (четвертой) зоне регулирования напряжения в режиме тяги с углами регулирования напряжения оРег - атн = 9 эл.град. и аРег = амин = 45 эл.град. При следующих условиях: напряжение в контактной сети Uc = 25 кВ и тока якоря тягового двигателя 4 = 880 А. На рис. 3.13 приведены диаграммы сравнительного анализа экспериментальных Ue3(cot) и IH3(cot), а также расчетных Uep(cot) и 1яр(ш) осциллограмм. Из осциллограмм представленных на рис. 3.13 видно, что кривые напряжений искажены послекоммутационными колебаниями и ре зультаты моделирования выпрямленного напряжения практически адекватны экспериментальным данным. В свою очередь диаграммы выпрямленных токов (рис. 3.13) также имеют хорошую сходимость с результатами экспериментальных данных. Переменная составляю щая выпрямленного тока представляет собой синусоиду, которая также имеет незначительные искажения вследствие коммутацион ных процессов, что вполне отражает математическая модель. Таким образом, смоделированная модель электровоза и кон- тактной сети наиболее полно отражает электромагнитные процессы, происходящие в цепи электровоза. Используя эту модель, можно анализировать работу различных устройств, применяемых в системе «контактная сеть - электровоз» не прибегая к реальным испытаниям, которые связаны с затратой материальных ресурсов. При выделении постоянной составляющей выпрямленного тока используется модель аналогового фильтра Баттерворта. Моделирование работы аналогового фильтра, порядка от п = 3 до П = 7, осуществляется с помощью каскадного соединения звеньев (рис. 2.13) второго (рис. 2.14) и первого (рис. 2.15) порядка. Для расчета аналогового фильтра г?-го порядка (пункт 2.7) выбираются постоянные коэффициенты Ь и С представлены в таблице 3.1. что частота среза фильтра равна /с=10Гц. Значение емкости Сг для звеньев второго порядка и емкости С/ для звеньев первого порядка принято и равно 1 мкФ и значение сопротивление Я/ для всех звеньев первого порядка также постоянно и равно 15,9 кОм, остальные значения сопротивлений и емкостей для моделирования фильтра А7-го порядка приведены в таблице 3.2.
