Содержание к диссертации
Введение
1. Отечественный и зарубежный подвижной состав с асинхронным тяговым электроприводом 7
1.1 Электроподвижной состав с АТД и автономными инверторами напряжения 7
1.2 Электроподвижной состав с АТД на основе автономных инверторов тока 23
1.3 Сравнительный анализ технических характеристик современного ЭПС с АТД 40
1.4 Нормативы по ЭМС некоторых зарубежных стран 46
2. Тяговый привод электропоезда эт2а и его влияние на рельсовые цепи 50
2.1 Режимы работы силового электрооборудования 50
2.2 Структурная схема привода 61
2.3 Результаты испытаний электропоезда ЭТ2А 67
2.4 Методика проведения измерений спектрального состава потребляемого тока 70
2.5 Результаты гармонического анализа спектрального состава тока, потребляемого тяговым приводом 72 стр.
3. Исследование электромагнитной совместимости тягового привода электропоезда постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями и технических средств железнодорожного транспорта 84
3.1 Проблема электромагнитного влияния тягового тока на работу рельсовых цепей и устройства железнодорожной автоматики 84
3.2 Методика оценки электромагнитного влияния тяговых преобразователей ЭПС на смежные устройства 87
3.3 Математическая модель ЭПС постоянного тока с ИПиАИТ 89
4. Обеспечение электромагнитной совместимости электропоезда эт2а с рельсовыми цепями 118
4.1 Разработка и реализация вычислительной программы 118
4.2 Определение амплитуд гармонических составляющих тока сглаживающего реактора 122
4.3 Определение частотного состава спектра входного тока
4.4 Способы устранения мешающего влияния тягового привода на линии СЦБ и связи 131
Заключение 136
Приложение 1 137
Список литературы
- Электроподвижной состав с АТД на основе автономных инверторов тока
- Структурная схема привода
- Методика оценки электромагнитного влияния тяговых преобразователей ЭПС на смежные устройства
- Определение частотного состава спектра входного тока
Введение к работе
Актуальность проблемы
Одним из важнейших направлений развития локомотивного хозяйства является переход на электроподвижной состав (ЭПС) с бесколлекторным, и в частности, асинхронным тяговым приводом. Для регулирования скорости и силы тяги на ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями применяются устройства, осуществляющие преобразование электрической энергии в импульсном режиме. Наличие таких преобразователей, выполненных, как правило, на управляемых приборах, приводят к тому, что в силовых цепях ЭПС наряду с полезными сигналами формируются и распространяются мешающие сигналы широкого частотного диапазона, оказывающие вредное влияние на другие технические средства железнодорожного транспорта (ТСЖТ). Проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС), т.е. способности электротехнического оборудования (прибора, аппарата, устройства) работать удовлетворительно в электромагнитной среде, не создавая недопустимого влияния на окружающую среду, а также на другое техническое оборудование, является актуальной. Проблемам электромагнитной совместимости в системе электрической тяги посвящены работы отечественных ученых Бадера М.П., Ермоленко Д.В., Киржнера Д.Л.. Ку-чумова В.А., Литовченко В.В., Тихменева Б.Н., Широченко Н.Н. и др.
Устройства, обеспечивающие безопасность движения поездов: автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), сигнализация, централизация и блокировка (СЦБ) - системы железнодорожной автоматики и телемеханики, наиболее чувствительны к такому влиянию. Поэтому для определения совместимости ЭПС с рельсовыми цепями необходимым условием является определение уровней возмущений, создаваемых ЭПС, и разработка средств для снижения мешающих воздействий до уровней допустимых значений работы ТСЖТ.
Целью настоящей работы является исследование причин возникновения электромагнитных помех при работе преобразовательных устройств ЭПС постоянного тока с АТД, разработка мероприятий и средств ослабления электромагнитных помех.
Достижение поставленной цели реализуется решением следующих задач:
- выявление механизма возникновения гармонических составляющих с опасными и вредными частотами при работе преобразовательных устройств ЭПС на основе импульсного прерывателя и автономного инвертора тока;
- разработка способа измерения гармонических составляющих сетевого тока и экспериментальное подтверждение разработанной математической модели;
- разработка математической модели, отображающей процессы преобразования электрической энергии в тяговом электроприводе и позволяющей проводить численные эксперименты при различных параметрах помехоподавляю-щих устройств;
- разработка рекомендаций по снижению мешающего влияния преобразовательных устройств ЭПС с импульсным прерывателем и автономным инвертором тока на смежные технические средства железнодорожного транспорта.
Методика исследований: в основу теоретических исследований был положен операторный метод решения дифференциальных уравнений, описывающих процессы преобразования электрической энергии в тяговом электроприводе. На основе полученных частных решений с использованием спектрального метода, основанного на преобразовании Фурье, составлен алгоритм расчета амплитуд гармонических составляющих токов и напряжений на элементах привода. Алгоритм реализован в виде расчетной программы, выполненной в среде MathLab v.6.5.
Для подтверждения достоверности полученных результатов разработана методика измерения спектрального состава тока, потребляемого электропоездом постоянного тока с асинхронным тяговым приводом (АТП). В качестве программы, позволяющей производить спектральный анализ исследуемых величин методом быстрого преобразования Фурье, предложено использовать программный продукт фирмы Sound Technology Inc Spectra Lab v.4 с проведением калибровки рабочего окна программы измерения. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментами на опытном электропоезде ЭТ2А и положительными результатами испытаний на электромагнитную совместимость с устройствами СЦБ электропоезда на экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- теоретически обоснованы выявленные низкочастотные спектральные составляющие потребляемого электропоездом тока и определены их амплитудные значения;
- разработана математическая модель асинхронного тягового привода на основе импульсных прерывателей и автономного инвертора тока для определения гармонического состава токов и напряжений на его элементах;
- даны рекомендации по снижению влияния на рельсовые цепи асинхронного тягового привода.
Практическая ценность работы:
- разработана методика измерений спектрального состава токов и напряжений на элементах преобразовательных устройств электропоезда ЭТ2А, позволяющая выявлять опасные и мешающие гармонические составляющие;
- предложен способ, позволяющий устранить в спектре потребляемого тока появление составляющих в опасных частотных диапазонах.
Реализация и внедрение результатов работы: результаты теоретических исследований использованы при проведении экспериментальных исследований электромагнитной совместимости тягового привода опытного электропоезда с устройствами АЛС и СЦБ. Получено положительное заключение по электромагнитной совместимости электропоезда ЭТ2А с устройствами АЛС и СЦБ при проведении испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТ. На основе разработанных мероприятий доказана возможность обеспечения ЭМС полносоставного электропоезда ЭТ2А. Разработана методика определения гармонических составляющих потребляемого электропоездом тока, позволяющая оценивать ЭМС вновь проектируемого подвижного состава, что снижает расходы на проведение испытаний. Апробация работы: диссертационная работа обсуждалась на заседаниях кафедры "Электрическая тяга" в 2001; 2002; 2003; 2004 гг. Основные результаты работы прошли апробацию на научно-практических конференциях и симпозиумах: Международный симпозиум "Элтранс 2001" - Санкт-Петербург: ПГУПС, 2001; IV Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава». Новочеркасск. 2003, Международной конференции «Развитие транспортного машиностроения в России» «Желдормашиностроение России - 2004». Московская область, г. Щербинка. 2004; научно-практической конференции "75 лет электрификации железных дорог России", Санкт-Петербург, 23 сентября 2004 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 148 стр. состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (101 наименование) и приложения (3 стр.). В работе 7 таблиц и 73 рисунка.
Электроподвижной состав с АТД на основе автономных инверторов тока
Развитием локомотивов серии 120 является двухсистемный электровоз S252 (25 кВ, 50 Гц и 3 кВ), изготовленный для Испанских железных дорог (рис. 1.5). Входные прерыватели, выполненные на запираемых тиристорах 45 класса, при питании от контактной сети переменного тока, образуют три 4Q-S преобразователя, работающих на тактовой частоте 500 Гц. При питании от контактной сети постоянного тока они образуют входной прерыватель, работающий на частоте 300 Гц. Электровоз развивает мощность 5600 кВт при скоростях от 70 до 220 км/ч. Максимальная мощность реостатного торможения составляет 3300 кВт, а рекуперативного - 5600 кВт. В промежуточном звене поддерживается постоянное напряжение 2,5...2,8 кВ [1.10].
Применение последовательного соединения преобразователей вместо последовательного включения полупроводниковых приборов позволило отказаться от дорогостоящей "трехточечной" схемы и обеспечило индивидуальное регулирование асинхронных тяговых двигателей.
Схема силовых цепей электропоезда серии 447 Испанских государственных железных дорог с преобразовательными установками номинальной мощностью 2400 кВт в тяге и 3900 кВт при электрическом торможении показана на рис. 1.6. Преобразовательная установка, получающая питание от контактной сети постоянного напряжения 3 кВ, выполнена по модульному принципу с испарительным охлаждением вентилей. Фазный модуль идентичен и взаимозаменяем с модулем испанского электровоза S252. При изготовлении этого электропоезда выполнено важное требование совместимости нового ЭПС с асинхронными двигателями и ЭПС серии 446 с коллекторными двигателями. » 25 кВ, 50 Гц ЗкВ
Схема силовых цепей электропоезда серии 447 В 1985 году ВЭлНИИ спроектировал, а НЭВЗ изготовил опытный двена-дцатиосный электровоз ВЛ86Ф с асинхронными тяговыми двигателями. Работы велись в кооперации с финской фирмой Kymmene-Stromberg, разработавшей и изготовившей силовые статические преобразователи и систему регулирования [1.11,1.28].
Схема силовых цепей электровоза (рис. 1.7) содержит преобразователи 4QS и автономные инверторы напряжения. Мощность часового режима электровоза составляет 11400 кВт, а продолжительного - 10800 кВт. Конструкционная скорость равна ПО км/ч. Для обеспечения необходимой электрической прочности в качестве главных тиристоров применены по три последовательно соединенных тиристора ТБ-253 двенадцатого класса со временем выключения 40 мкс, а в качестве вспомогательных - тиристоры ТБ-253 четырнадцатого класса со временем выключения 50 мкс. Тиристоры подвергнуты специальному отбору по ряду дополнительных параметров, в частности, по остаточному заряду восстановления и коэффициенту формы обратного тока. В качестве обратных диодов использованы диоды ДЧ-143, также соединенные по три последовательно и подвергнутые специальному отбору. В трех автономных инверторах напряжения применен метод широтно-импульсной модуляции. Мощность двух мостов выпрямителя 4Q-S недостаточна для питания двух тяговых двигателей, а параллельное соединение полупроводниковых приборов в плечах одного моста потребовало бы применения делителей токов и еще более ужесточило бы требования к параметрам приборов. Поэтому для регулирования напряжения тяговых двигателей используются по два выпрямителя, соединенных параллельно. Каждый АТД имеет свой инвертор, а промежуточное звено постоянного напряжения 1670 В является общим. Конструктивно преобразователь для питания двух тяговых двигателей одной тележки выполнен в одном блоке со своей системой масляного охлаждения. Полупроводниковые приборы преобразователя скомпонованы в силовые модули по 6 приборов в модуле. После наладки и опытного пробега 5000 км электровоз ВЛ86Ф подвергся всесторонним испытаниям на экспериментальном кольце ВНИИЖТ и прошел опытную эксплуатацию на железных дорогах.
Схема силовых цепей одной тележки электровоза ВЛ86Ф Результатом совхместной деятельности ОАО "Демиховский машиностроительный завод" и фирмы Hitachi является разработка и изготовление шестивагон-ного электропоезда ЭД-6 [1.12; 1.13]. Силовая схема электропоезда ЭД-6 приведена на рис. 1.8. Управление тяговыми двигателями осуществляют два автономных инвертора напряжения с системой управления (СУ) фирмы Hitachi. Инверторы выполнены на основе IGBT-модулей по трехточечной схеме и через LC-фильтр подключены к контактной сети. Инверторы осуществляют регулирование подводимого к АТД напряжения и частоты методом широтно-импульсной модуляции. При разгоне электропоезда до номинальной скорости регулирование напряжения осуществляется двумя основными и двумя переходными методами ШИМ. Переходом в одноимпульсный режим заканчивается регулирование напряжения, и дальнейшее увеличение скорости происходит путем увеличения частоты подводимого к АТД напряжения, чем обеспечивается режим постоянной мощности тяговых двигателей. В режиме рекуперативного торможения регулирование происходит в обратном порядке. При скорости движения электропоезда 7-10 км/ч происходит замещение рекуперативного торможения электропневматическим.
К одному инвертору подключаются по два параллельно соединенных тяговых двигателя разных тележек (к первому АИН - АТД1 и АТДЗ, ко второму АИН - АТД2 и АТД4). Этим улучшаются противобоксовочные свойства моторного вагона. К недостаткам следует отнести увеличенное по сравнению с двухточечной схемой с промежуточным звеном постоянного напряжения количество силовых модулей.
Структурная схема привода
В случае питания от контактной сети переменного тока роль источника постоянного напряжения выполняет выпрямитель (Uvvl), обеспечивающий на входе импульсного прерывателя постоянное напряжение 1,5 кВ. Выпрямитель выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных однофазных мостов для обеспечения тягового и рекуперативного режимов работы и подключен ко вторичной обмотке трансформатора ТІ мощностью 1700 кВА. Масса трансформатора- 2410 кг. Особенностями схемы являются: - последовательное соединение инверторов тока ЛІТІ, АІТ2 с целью снижения напряжения на коммутирующих конденсаторах; - введение в схему импульсного прерывателя "нониусного" тиристора VSn, обеспечивающего фазоимпульсное регулирование напряжения на выходе прерывателя и расширяющего диапазон регулирования напряжения; использование тормозного тиристора VSt, позволяющего осуществлять бесконтакторный переход из режима тяги в режим торможения.
Применение "нониусного" тиристора позволило поднять частоту работы импульсного прерывателя до 600 Гц без ухудшения регулировочных свойств преобразователя [1.22].
На моторном вагоне электропоезда установлено 4 тяговых двигателя мощностью 375 кВт каждый при частоте вращения 1460 об/мин. Максимальная частота вращения - 3355 об/мин. Масса двигателя 1380 кг, что на 460 кг меньше, чем аналогичного двигателя постоянного тока.
Двигатели каждой тележки соединены последовательно через инверторы и подключены через реакторы 5 мГн к импульсному прерывателю..Питание двигателей второй тележки осуществляется аналогично. Входной индуктивно-емкостной фильтр LtCf установлен один на вагон и используется при работе от контактной сети постоянного 1,5 кВ и переменного 25 кВ напряжения. Индуктивность входного реактора 9,5 мГн. Для снижения пульсации момента при низких скоростях используется широтно-импульсная модуляция тока с переменной кратностью от 36 при V=0 км/ч до 12 при V= 12,5 км/ч. Конструктивно все оборудование выполнено в виде блоков и скомпоновано по функциональному признаку. В последнее время запираемые тиристоры стали применяться и в электрооборудовании электроподвижного состава, выполненного на основе автономных инверторов тока. Из-за быстрого выключения запираемого тиристора, без использования пассивных элементов можно существенно снизить массу, объем, потери и стоимость прерывателей.
В качестве примера использования двухоперационного тиристора на рис. 1.14 показана схема сшювых цепей электропоезда Венского метро, в которой импульсный прерыватель выполнен полностью на запираемых тиристорах. Кроме того, ключ регулятора тормозного резистора Rt также выполнен на запираемом тиристоре VSt. Импульсный прерыватель рассчитан на максимальный ток 1120А и длительный 720 А. Частота коммутаций прерывателя составляет 250 Гц. Автономный инвертор тока AIT имеет на выходе максимальное напряжение 700 В и ток 875 А при изменении частоты тока статора в диапазоне 0,2...200 Гц. Максимальная мощность четырех асинхронных тяговых двигателей ATD1-ATD4, подключенных к одному инвертору, составляет 570 кВт. Типовая мощность инвертора равна 760 кВА [1.23]. Основным достоинством приведенной схемы является возможность быстрого перехода в режим электродинамического торможения, что очень важно для городского электрического транспорта. Указанный переход обеспечивается снятием управляющих импульсов с тиристоров VS1, VS2. Тяговый ток при этом замыкается через диоды VD2, VD1.
Среди отечественных разработок подвижного состава однофазного напряжения промышленной частоты с АТД следует отметить электропоезд ЭНЗ, выпущенный Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) [1.24, 1.25, 1.26]. Комплекс работ по созданию электропривода был выполнен Всероссийским научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом электровозостроения (ВЭлНИИ) совместно с Новосибирским научно-исследовательским институтом электропривода (НИИЭП), Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) и Московским государственным университетом путей сообщения (МГУПС). 750 В
Схема силовых цепей электропоезда венского метро Силовая схема моторного вагона электропоезда ЭНЗ приведена на рис. 1.15. Тяговый электропривод включает в себя две силовые преобразовательные установки, питающие тяговые двигатели каждой тележки. Преобразовательная установка одной тележки состоит из выпрямительно-инверторного преобразователя ВИШ (ВИП2) и инвертора тока с отсекающими диодами АИТ1 (АИТ2). Входные и выходные преобразователи силовой схемы выполнены на базе отечественных тиристоров и диодов и содержат узлы принудительной коммутации. Каждая преобразовательная установка имеет свою собственную функционально независимую систему автоматического регулирования. Защита электрооборудования от токов короткого замыкания и отключение при неисправностях осуществляется главным выключателем QF1. Для снижения уровня радиопомех, создаваемых при работе электрооборудования, во входную цепь включены дроссель Li и фильтр Z1. Преобразовательная установка одной тележки питается от собственной вторичной обмотки тягового трансформатора ТІ. В цепь между выпрямителем и инвертором включены сглаживающий реактор L3 и быстродействующие выключатели QF3. Схема электропривода обеспечивает разгон электропоезда с переходом из одной зоны регулирования ВИП в другую при плавном изменении силы тяги и рекуперативного торможения.
Одним из недостатков электропоезда является естественное охлаждение силовых полупроводниковых приборов, токовая нагрузка которых в режиме работы с максимальным моментом максимальна, а скорость набегающего воздуха недостаточна для эффективного охлаждения приборов. Это являлось основной причиной выхода из строя приборов. После доработки системы вентиляции электропоезд будет представлен на экспериментальное кольцо ВНИ-ИЖТ.
Методика оценки электромагнитного влияния тяговых преобразователей ЭПС на смежные устройства
Из выражения (2.2) видно, что с точностью до скольжения при данных параметрах тяговой передачи величина частоты вращения тока статора (частота коммутации тиристоров АИТ) численно равна поступательной скорости движения поезда, т.е. 1Гц частоты тока статора соответствует 1км/ч скорости движения поезда.
Частоту вращения ротора измеряет датчик скорости, установленный на валу ротора АТД. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Конструктивно, датчик скорости представляет собой металлический цилиндр, закрепленный в кронштейне со стороны вентилятора двигателя. На вал двигателя насажено зубчатое колесо с числом зубьев N=144. Зазор между датчиком и зубчатым колесом регулируется и составляет 1,5...2 мм. На каждом тяговом электродвигателе установлено по одному датчику частоты вращения ротора. Сигналы от датчиков частоты всех тяговых двигателей поступают на устройство сравнения. Устройство сравнения выбирает минимальное значение сигнала частоты вращения роторов АТД в тяге (максимальное в режиме торможения). Полученное значение частоты вращения ротора тягового двигателя поступает на умножитель сигналов. Данный блок осуществляет умножение сигналов, один из которых пропорционален частоте вращения ротора fR, а второй - заданному в функции скорости и положения рукоятки контроллера машиниста магнитному потоку ФЗАД- На выходе преобразователя формируется сигнал, пропорциональный значению заданной э.д.с. ЕЗАД. ЭТОТ сигнал проходит через блок ограничителя, который ограничивает сигнал ЕЗАД ПО верхнему уровню. Для формирования рассогласования 5Е сигнал Е3АДОГР вычитается из измеренного значения э.д.с. ЕФАКт- Значение э.д.с. двигателей измеряется косвенным методом по выпрямленному значению линейного напряжения обмотки двигателя. Выпрямленный сигнал преобразуется АЦП и подается на сумматор, а также на логический ключ, который в зависимости от значения э.д.с. двигателей осуществляет замыкание обратной связи по измеренному значению э.д.с. В начале пуска, когда значение э.д.с. еще достаточно мало, регулирование осуществляется с постоянным значением абсолютного скольжения fs, которое задается в функции положения рукоятки контроллера машиниста. После сумматора, осуществляющего вычитание из измеренного значения э.д.с. величины заданной э.д.с, образуется сигнал рассогласования 5Е. Полученный сигнал рассогласования 5Е поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора, который преобразует данный сигнал в величину частоты абсолютного скольжения fs. Для реализации постоянства момента на валах тяговых двигателей необходимо поддерживать абсолютное скольжение на постоянном уровне. Значение измеренной э.д.с. при этом увеличивается. По достижению измеренной величины э.д.с. уровня 1200 В абсолютное скольжение увеличивается, чем обеспечивается при постоянстве э.д.с. двигателя режим постоянной мощности.
Таким образом, данный контур позволяет регулировать величину тока статора, обеспечивая при движении электропоезда реализацию двух режимов -режима постоянства момента на валах АТД и режима постоянства мощности АТД. 2.3. Результаты испытаний электропоезда ЭТ2А
После наладки и предварительных испытаний на путях Октябрьской железной дороги, в течение которых электропоезд прошел более 150 000 км, в 2002 г были проведены приемочные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ. В процессе испытаний были получены основные технические характеристики электропоезда, приведенные в таблице 2.2. Эти данные получены на расчетном перегоне 3 км при средней технической скорости движения 69,5 км/ч. Замеры показателей, снятых на четырехвагонном электропоезде (2 моторных, 2 головных), пересчитаны как для основной составности (10 вагонов, из них 5 моторные), так и для альтернативной составности, предложенной специалистами ВНИИЖТ (10 вагонов, из них 4 моторные).
Основными показателями, выгодно отличающими ЭТ2А от других серийных и опытных электропоездов, являются ускорение при разгоне и общий удельный расход электроэнергии. Экономия электроэнергии достигается, в основном, за счет меньшего ее потребления в режиме тяги благодаря интенсивному разгону.
Разгонные и тормозные характеристики электропоезда основной составности приведены на рис.2.8, зависимости к.п.д. тягового электропривода от скорости - на рис.2.9, а на рис.2.10 - зависимости распределения мощности тягового привода на тяговые двигатели.
Среди замечаний, выявленных в ходе испытаний, следует отметить следующие: сверхнормативный перегрев сглаживающих реакторов АИТ в расчетном режиме движения; отсутствие селективности работы быстродействующего выключателя фирмы Sesheron, установленного на электропоезде; недостаточная эффективность противобоксовочной системы поезда; превышение гармоническими составляющими сетевого тока допустимых значений.
Превышения гармоническими составляющими с частотами 25 и 50 Гц наблюдались как в режиме тяги, так и режиме рекуперативного торможения. Кроме того, наблюдались превышения составляющей с частотой 25 Гц нормируемого уровня при подключении - отключении привода.
Определение частотного состава спектра входного тока
Полностью устранить электромагнитные влияния электрических железных дорог на смежные линии практически нельзя. Существует ряд способов снижения влияний, применение которых требует определенных материальных и денежных затрат [4.1-4.5]. Стремление уменьшить индуктированные напряжения до нуля привело бы к непомерному росту затрат на устройства защиты от влияний. Но в этом нет необходимости. В пределах установленных норм можно допускать влияния, которые не нарушают существенно нормальную работу смежной линии и не являются опасными для людей, обслуживающих включенные в линию устройства, а также для -» аппаратуры. При этом надо стремиться к тому, чтобы снижение влияний до допускаемых величин различными защитными мероприятиями достигалось с наименьшими затратами денежных средств и материалов.
Защитные меры могут применяться как в источнике влияний -электрической железной дороге, так и в подверженных влиянию смежных линиях. Защитные меры, применяемые в источнике влияний, называют активными, поскольку они уменьшают влияние на все смежные линии. Защитные меры, применяемые в смежной линии, могут защищать только данную линию, и поэтому их следует отнести к числу пассивных.
Активными защитными мерами являются: применение на дорогах переменного тока отсасывающих трансформаторов и демпфирующих устройств для гашения резонансных колебаний, а на электрических железных дорогах постоянного тока - многопульсовых преобразователей с достаточно высоким качеством выпрямленного напряжения; установка сглаживающих фильтров (СФ) на тяговых подстанциях для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения. Кроме того, магнитные влияния частично снижаются при двухстороннем питании тяговой сети, и по этой причине оно более целесообразно, чем одностороннее. Поскольку величина допустимого по условиям безопасности наведенного напряжения в линии связи может быть увеличена при сокращении времени его воздействия, необходимо повышать быстродействие релейной защиты, отключающей тяговую сеть при коротких замыканиях.
К пассивным защитным мерам относятся основные - относ смежной линии от влияющей и каблирование смежной линии. Кроме того, применяется ряд дополнительных специальных защитных мероприятий: в линиях связи -скрещивание проводов, симметрирование кабелей, повышение уровня передачи, компенсирующие устройства, запирающие и дренажные катушки, разделительные трансформаторы, разрядники [4.6 - 4.9]; в рельсовых цепях автоблокировки - резонансные контуры и фильтры [4.10]; в низковольтных электрических сетях - заземление нейтрали питающего трансформатора, Ф заземляющие активные или емкостные сопротивления, разделение линии на более короткие участки с увеличением числа пунктов питания и присоединением их в середине длины сближения [4.6 - 4.9]. Следует отметить, что основные пассивные защитные меры (относ смежной линии от влияющей и каблирование смежной линии) требуют больших капитальных затрат. Так, каблирование линий связи значительно дороже сглаживающих фильтров и применяется в основном при системе , переменного тока в тяговой сети, поскольку последний вызывает не только мешающие, но и опасные влияния на линии связи. Более целесообразно применение на тяговых подстанциях преобразователей с высоким качеством выпрямленного напряжения и сглаживающих фильтров.
На электроподвижном составе уменьшить влияние тяговых преобразователей на рельсовые цепи можно, уменьшив резонансную частоту фильтра, тем самым все гармонические составляющие с частотами выше резонансной частоты будут уменьшены в соответствии с выражением (4.7). Однако уменьшение резонансной частоты входного фильтра связано с увеличением массогабаритных показателей фильтра и в условиях подвагонного расположения оборудования не всегда достижимо. Поэтому вторым способом является исключение возникновения комбинационных гармоник рассмотрен выше и позволяет наметить пути устранения нежелательных частотных диапазонов из спектра потребляемого из спектров тока гармоник с "запрещенными" частотами. Механизм тока.
Как было показано (рис.3.11, 3.12), при изменении частоты ИП графики комбинационных частот сдвигаются пропорционально изменению частоты ИП. Это позволяет устранить из частотного состава спектра тока сглаживающего реактора опасные частотные диапазоны путем перехода на другую частоту работы ИП. На рис.4.10 представлены опасные частотные диапазоны 25 Гц (синий цвет) и 50 Гц (красный цвет), рассчитанные для нескольких фиксированных значений частоты работы ИП. Ширина красных и синих зон соответствует нахождению соответствующей комбинационной частоты "внутри" опасного диапазона (на рис.3.12 - красная зона). Черной сплошной линией показаны моменты изменения частоты работы ИП. При построении графика рис.4.10 было учтено, что работа ИП предпочтительнее с минимальными частотами вследствие минимизации потерь энергии на элементах ИП; - действием комбинационной гармоники с индексами т=±2; п=0 и т=±1; п=0 пренебрегаем вследствие того, что ИП в этом частотном диапазоне работает с коэффициентом заполнения, близким к 0 и указанные гармоники передадутся во входной ток с амплитудой, прямо пропорциональной коэффициенту заполнения.
