Введение к работе
Актуальность работы. В условиях наметившегося роста железнодорожных перевозок, в том числе, и пригородных, осуществляемыми электропоездами, особое значение приобретает наиболее полное использование параметров элементов и узлов электрооборудования электропоездов, заложенных при их расчете и проектировании. При этом наиболее сложным электрооборудованием характеризуются электропоезда, эксплуатирующиеся на электрифицированных линиях переменного тока. Даже при применении на них тяговых двигателей пульсирующего тока обязательными элементами силового электрооборудования является тяговый трансформатор и выпрямитель. Параметры этих узлов, как правило, носят случайный характер, что приводит к также случайному отклонению от номинальных значений характеристик и параметров тяговых электроприводов, в состав которых входят эти узлы.
Вероятностный анализ узлов тяговых электроприводов позволяет значительно расширить наши знания о характеристиках и показателях таких приводов и более обоснованно подходить к реализации максимальных (или наиболее рациональных) характеристик тяговых приводов электропоездов, составлению графиков их движения, определению тяговых характеристик и энергетических показателей электропоездов.
Поэтому тема диссертационной работы, в которой выполнен теоретико-вероятностный анализ элементов и узлов силового электрооборудования электропоезда ЭД9Э, представляется актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование случайных параметров элементов, комплектующих статические преобразователи электропоездов, и влияния отклонений этих параметров и возмущающих воздействий, имеющихся в системе тягового электроснабжения переменного тока, на выходные характеристики и показатели электропоездов.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- уточнить статистические модели элементов тягового выпрямителя;
провести вероятностный анализ коммутационных процессов, внешних и регулировочных характеристик выпрямителя;
провести вероятностный анализ коммутационных: процессов, внешних и регулировочных характеристик выпрямителя;
-провести вероятностный анализ энергетических показателей выпрямителя;
-оценить возможные отклонения тягово-энергетических показателей электропоезда от номинальных при разбросе параметров элементов преобразователя.
Методы исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования. Использованы основные законы и методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей, положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с применением современной измерительной техники с последующим использованием программ Exel, Mathcad для обработки экспериментальных данных. Для получения характеристик и тягово-энергетических показателей полупроводникового преобразователя) в настоящей работе используется аналитический метод расчета электромагнитных процессов в выпрямительно-инверторном преобразователе (ВИП).
Объектом исследования является тяговый выпрямитель типа ВИП-1000-У1 электропоезда типа ЭД9Э.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
уточнены вероятностные модели силовых тиристоров отечественного производства, которые входят в состав комплектующих выпрямителей электропоездов типа ЭД9Э;;
уточнены вероятностные модели тяговых трансформаторов моторных вагонов электропоездов;
проведён анализ процесса коммутации в тяговом выпрямителе с учётом случайных параметров входящих в контур коммутации элементов;
выполнен вероятностный расчёт внешних и регулировочных характеристик
тягового выпрямителя, а также его энергетических показателей.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована корректностью использования математических методов и подтверждена результатами обработки статистических данных по параметрам и характеристикам полупроводниковых приборов и тяговых трансформаторов, полученных на представительных выборках по результатам испытаний.
Практическая ценность работы В результате выполненных исследований установлено, что случайные разбросы параметров элементов, комплектующих тяговые выпрямители электропоездов, а также тяговой сети, оказывают незначительное влияние на внешнюю и регулировочную характеристики ЭПС. Поэтому расчёт скоростной характеристики электропоезда можно производить по номинальным параметрам элементов трансформаторно-выпрямительного агрегата.
Типовые тягово-энергетические показатели изменяются не более чем на 0,2%. Разбросы значений параметров элементов силовой цепи (тяговой сети, трансформатора, полупроводниковых приборов ВИЛ) практически не оказывают влияния: на время хода, среднюю техническую скорость, расход электроэнергии на разгон и рекуперативное торможение (возврат энергии).
В то же время, продолжительность коммутационного процесса в большей степени зависит от параметров элементов, входящих в контур коммутации, в частности, тягового трансформатора; Поэтому к допускам на параметры тягового трансформатора необходимо при изготовлении предъявлять повышенные требования.
Установлено, что уменьшение напряжения в контактной сети до 19 кВ при существующей системе регулирования напряжения на тяговых электродвигателях (ТЭД) электропоезда типа ЭД9Э не позволяет обеспечить получение на ТЭД номинального напряжения, и тем самым реализовать номинальную скорость движения электропоезда.
Положения, выносимые на защиту: - анализ состояния вопроса;
вероятностные модели силового полупроводникового прибора и тягового трансформатора;
анализ коммутационных процессов. Применение компьютерной программы MathCAD для определения продолжительности коммутации с учетом случайных значений параметров электрической цепи;
- вероятностный анализ внешних и регулировочных характеристик
выпрямителя;
вероятностный анализ коэффициента мощности и к. п. д. выпрямителя. Сравнительный анализ полученных результатов и номинальных энергетических показателей;
оценка отклонения скоростной характеристики электропоезда из-за разброса параметров элементов преобразователя и тяговой сети;
оценка влияния разброса параметров электрооборудования преобразовательной установки на типовые тягово-энергетические показатели ЭПС (время хода, среднюю техническую скорость, расход и возврат электроэнергии).
Апробация работы проходила на Всемирном электротехническом конгрессе «ВЭЛК-2005» (Иньков Ю. М„ Шур С. Я. Учёт разброса параметров элементов энергетической цепи электроподвижного состава переменного тока // Материалы Всемирного электротехнического конгресса «ВЭЛК 2005», 2005. С. 183.), научно-практической конференции МИИТ «Безопасность движения поездов» в 2010 г. (Шур С. Я. Влияние разброса параметров элементов силовой цепи и отклонения напряжения в контактной сети на стабильность характеристик электропоездов // Безопасность движения поездов. Труды Одиннадцатой научно-практической конференции. - М. :МИИТ, 2010. С. V37-V38) и научно-практической конференции «Неделя науки - 2011» (Шур С. Я. Определение угла коммутации выпрямителя электроподвижного состава с учётом активного сопротивления контура коммутации и разбросов параметров элементов силовой цепи преобразователя // Труды научно-практической конференции «Неделя науки - 2011. Наука МИИТа - транспорту».. Часть 1 - М. 1: МИИТ, 2011. С. Ш-68- Ш-69).
Публикации. По материалам диссертации имеется 6 публикаций, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК России.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемых источников (103 наименования). Работа содержит 109 страниц печатного текста, 8 таблиц, 29 рисунков.
