автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Регулируемый компенсатор реактивной мощности для электровозов однофазно-постоянного тока

ДОНСКОЙ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РЕГУЛИРУЕМЫЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ОДНОФАЗНО-ПОСТОЯННОГО ТОКА

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена на кафедре «Электрическая тяга» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Литовченко Виктор Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ротанов Николай Алексеевич (РГОТУПС);

кандидат технических наук Лещев Александр Иванович (ЗАО "Трансмашхолдинг").

Ведущая организация -

Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)

Защита диссертации состоится

2007г. в 14 часов на

заседании диссертационного совета Д 218.005.02 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г.Москва, ул. Образцова, 15, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан« О » (А^^Ч 2007г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

с.п.

Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Железнодорожный транспорт России ежегодно потребляет около 6% всей вырабатываемой в стране электроэнергии, из которых на тягу поездов расходуется свыше 36 млрд.кВтч. Одной из приоритетных задач «Энергетической стратегии железнодорожного транспорта на период до 2010 года» является «снижение энергоемкости перевозочного процесса и удельных затрат энергопотребления на тягу поездов».

В настоящее время в России свыше 22 тыс. км железных дорог электрифицировано на переменном токе. Почти половину эксплуатируемого парка электровозов составляют электровозы переменного тока, оборудованные полупроводниковыми преобразователями для питания коллекторных тяговых двигателей, из которых около 15% - оборудованы преобразователями с зонно-фазовым регулированием. Эти электровозы имеют ряд преимуществ перед диодными (серий ВЛ60К, ВЛ80С и др.), важнейшими из которых являются плавное регулирование выпрямленного напряжения и возможность возврата электроэнергии в систему электроснабжения при рекуперативном торможении.

Общим недостатком всех электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями является низкий коэффициент мощности, который свидетельствует о повышенном потреблении реактивной мощности и искажении формы питающего тока. Следствием этого является дополнительная нагрузка тяговой сети и электрооборудования электровоза реактивным током и увеличенный расход электроэнергии на тягу поездов.

Улучшение энергетических показателей системы тягового электроснабжения переменного тока достигается при помощи стационарных устройств компенсации реактивной мощности (КРМ), которые, как правило, устанавливают на тяговых подстанциях. При этом снижается реактивная мощность в системе внешнего энергоснабжения, а внутренняя реактивная мощность и связанный с этим дополнительный расход электроэнергии в тяговой сети сохраняются. Кроме того, дополнительная токовая нагрузка увеличивает потери напряжения в контактной сети и приводит к

з

снижению напряжения на токоприемнике и тяговых двигателях электровоза. В режиме рекуперативного торможения из-за значительного увеличения реактивной мощности увеличиваются дополнительные потери в системе энергоснабжения, что снижает эффективность рекуперации электровозов переменного тока.

Одним из способов повышения коэффициента мощности на токоприемнике электровоза является применение бортовых устройств КРМ с размещением их непосредственно на подвижном составе. Работы по созданию бортовых КРМ выполнялись ВЭлНИИ и ВНИИЖТ с начала 80-х годов. Были изготовлены и испытаны макетные образцы КРМ на электровозах ВЛ85-023, ВЛ85-155 и ЭП200. Испытания показали, что применение бортовых устройств КРМ является эффективным средством повышения коэффициента мощности электровозов в режимах тяги и рекуперативного торможения. Вместе с тем было установлено, что использование нерегулируемого компенсатора реактивной мощности приводит к увеличению коэффициента мощности при номинальной нагрузке и его снижению при малых нагрузках. Это связано с тем, что при изменении режима работы электровоза изменяется величина реактивной мощности электровоза. При постоянной же мощности устройства КРМ это приводит к недокомпенсации, либо к перекомпенсации реактивной мощности электровоза.

Актуальность данной диссертации определяется тем, что она посвящена обеспечению высоких значений коэффициента мощности электровоза во всех режимах его работы и во всем диапазоне изменения напряжения контактной сети с помощью регулируемого устройства компенсации реактивной мощности.

Целью настоящей работы является исследование и разработка регулируемого компенсатора реактивной мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями для повышения их энергетических показателей, а также разработка алгоритма управления таким компенсатором, позволяющего максимально эффективно использовать установленную мощность компенсатора во всем диапазоне изменения нагрузки электровоза и напряжения контактной сети.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

выполнен анализ существующих способов и средств компенсации реактивной мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями;

проведены теоретические исследования электромагнитных процессов с использованием математической модели системы «контактная сеть - электровоз», которая позволяет определить энергетические показатели электровозов во всем диапазоне изменения нагрузок и напряжения в контактной сети;

выполнено имитационное математическое моделирования электромагнитных процессов в компенсированном выпрямительно-инверторном преобразователе электровоза и определены электрические нагрузки элементов регулируемого компенсатора реактивной мощности;

разработан алгоритм управления регулируемым компенсатором реактивной мощности, обеспечивающий безударное подключение компенсатора к различным выводам вторичной обмотки тягового трансформатора.

Методы исследования. Для решения задач использованы следующие методы исследования:

- математическое моделирование электромагнитных процессов в силовых цепях электровоза и устройствах управления путем численного интегрирования системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих процессы в электрических и магнитных цепях, а также аналоговых и дискретных элементах устройств управления на основе применения программного комплекса «Элтран-ПК»;

- спектральный анализ токов и напряжений на элементах схемы с целью определения показателей качества электроэнергии;

- экспериментальные исследования регулируемого компенсатора реактивной мощности при проведении испытаний на электровозе ВЛ80ТК на экспериментальном кольце ВНИИЖТ (ст. Щербинка).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые разработана математическая модель системы: «контактная сеть - тяговый трансформатор электровоза - выпрямительно-инверторный преобразователь с регулируемым компенсатором реактивной мощности - сглаживающий реактор - коллекторные тяговые электродвигатели - устройства автоматического управ-

ления преобразователем и компенсатором».

2. Предложена математическая модель тягового трансформатора электровоза, учитывающая при описании электромагнитных процессов реальную конструкцию трансформатора.

3. Впервые произведено сравнение результатов теоретических исследований, полученных с помощью математического моделирования на ЭВМ, с результатами экспериментов на натурном образце электровоза переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и регулируемым компенсатором реактивной мощности во всем диапазоне изменения эксплуатационных нагрузок и напряжения в контактной сети.

4. Выполнен анализ коэффициента мощности электровозов переменного тока с зонно-фазовым способом регулирования напряжения на коллекторных тяговых двигателях во всем диапазоне изменения эксплуатационных нагрузок и напряжения в контактной сети при использовании регулируемого компенсатора реактивной мощности и без него.

Практическая ценность работы состоит в предложении использования регулируемого компенсатора реактивной мощности на электровозах переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и разработке методики расчета устройств компенсации реактивной мощности на эксплуатируемых и вновь строящихся электровозах.

Достоверность полученных результатов основывается на результатах имитационного моделирования электромагнитных процессов в системе «контактная сеть - электровоз», точность которых подтверждена результатами экспериментальных исследований на электровозе во время испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТ.

Реализация результатов работы:

1. Согласно предложенной в диссертационной работе методике определены параметры и разработаны технические требования к основным элементам компенсатора реактивной мощности: реактору, конденсатору и тиристорному ключу.

2. Согласно разработанным техническим требованиям изготовлен опытный образец регулируемого компенсатора реактивной мощности для электровозов серии ВЛ80ТК.

3. Предложенный алгоритм управления регулируемым компенсатором реактивной мощности апробирован на опытном образце компенсатора, установленном на электровозе серии ВЛ80ТК.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и обсуждались: на IV-ей международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава", 2000 г, Новочеркасск; на научно-технической конференции "Наука-Транспорту-2005", 2005 г., Москва, а так же на научных семинарах кафедры «Электрическая тяга» МИИТа в 2001-2006 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 84 наименований и содержит 153 страницы основного текста, 4 таблицы и 71 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации, формулированию цели работы и постановке задачи исследования.

Первая глава посвящена аналитическому обзору современных способов и технических средств повышения энергетических показателей электрической тяги на переменном токе.

Теоретической базой для настоящего исследования явились труды таких отечественных ученых, как Б.Н. Тихменев, Л.М. Трахтман, В.Д. Тулупов, В.А. Кучу-мов, В.Б. Похель, Л.А. Мугинштейн, Ю.М. Иньков, H.A. Ротанов, В.П. Феоктистов, Р.Р Мамошин., А.Н.Савоськин, В.М. Антюхин, А.Л. Лозановский, Н.Н.Широченко, Н.С.Назаров, Б.И.Хомяков, Ю.А.Басов, C.B. Власьевский, Ю.М. Кулинич, Р.И. Мирошниченко, А.ИЛещев и другие. Эти исследования послужили научной основой для постановки задач данной диссертационной работы.

В результате анализа потребляемого электровозом тока из контактной сети в нем выделены три составляющие: активная, реактивная и ток искажения, с которы-

ми связаны составляющие полной мощности и коэффициент мощности. Наибольшее влияние на коэффициент мощности электровозов однофазно-постоянного тока оказывает косинус угла сдвига фаз между напряжением и током, который в условиях эксплуатации снижается до 0,7-0,8 и указывает на большую величину реактивной составляющей тока, достигающей значений 80-100% от активной составляющей. Реактивная составляющая тока, пропорциональная реактивной мощности, приводит к увеличению полного тока электровоза и, как следствие, к увеличению потерь электроэнергии в линии электропередачи (контактной сети) и электрооборудовании системы электроснабжения и электровоза

Анализ опубликованных работ показал, что для повышения энергетических показателей электрической тяги на переменном токе применяются устройства компенсации реактивной мощности, как в системе тягового электроснабжения, так и непосредственно на электроподвижном составе.

Работы по применению устройств компенсации реактивной мощности непосредственно на подвижном составе активно проводились в 80-х годах во ВНИИЖТе, ВЭлНИИ, МЭИ, под руководством Б.Н.Тихменева, А.В.Каменева, В.А.Кучумова, В.Д.Тулупова, и показали, что КРМ является эффективным средством повышения коэффициента мощности электровозов и электропоездов.

Выполненный анализ способов и средств повышения энергетических показателей электровозов однофазно-постоянного тока позволил определить цель работы и сформулировать задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке математической модели «тяговая сеть -электровоз» с регулируемым компенсатором реактивной мощности.

Исходя из задачи комплексного исследования энергетических показателей электровоза, при разработке математической модели необходимо было учесть факторы, оказывающие влияние на электромагнитные процессы в силовых цепях электровоза с регулируемым компенсатором реактивной мощности. К таким факторам следует отнести:

- питание электровоза от контактной сети с реальными параметрами, что проявляется в искажении формы кривой напряжения на токоприемнике и влиянии параметров контактной сети на коммутационные процессы в выпрямителе;

- наличие многообмоточного тягового трансформатора с реальной конфигурацией магнитной цепи и расположением обмоток на стержнях;

- применение на электровозах однофазно-постоянного тока четырехзонного выпрямителя;

- наличие в цепи выпрямленного тока сглаживающего реактора и параллельно включенных тяговых двигателей.

Для устройств преобразовательной техники возникает необходимость использовать более сложную теоретическую модель, которая позволяет отобразить как непрерывные, так и дискретные свойства, присущие преобразователям.

Наиболее рациональным решением, позволяющим учесть многочисленные требования к математическому моделированию процессов в силовых электрических цепях электровоза переменного тока с компенсатором реактивной мощности, представляется применение отечественной моделирующей системы «Элтран ПК».

Исходя из задач исследования, математическая модель системы «тяговая сеть - электровоз» представлена моделями тяговой подстанции, контактной сети, тягового трансформатора электровоза, выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП), сглаживающего реактора, тяговых двигателей, компенсатора реактивной мощности (КРМ) и блоков управления ВИП и КРМ.

Схема замещения контактной сети имеет вид двух Т-образных четырехполюсников, соединенных каскадно, элементы которых определяют индуктивность, активное сопротивление, емкость и поперечную проводимость контактной сети, а также учитывают изменение параметров контактной сети, вызванное поверхностным эффектом.

Тяговая подстанция представлена в виде источника переменного синусоидального напряжения, активного сопротивления и индуктивности, приведенных к напряжению контактной сети.

Модель трансформатора представлена в виде подмоделей электрической и магнитной цепей.

Для электрической подмодели трансформатора уравнения имеют вид:

¿М+МИЧ4 (1)

где |К|

и, о

О 1*г

о о

- коэффициенты матрицы активных сопротивлений трансформатора.

¡Ч'|=}Ч,) Ч'2 ...Ч'п|т,|]) = |]1 ¡2 ...1п|т,|и| = |и,и2...ил|т- транспонированные матрицы пото-косцеплений, токов и напряжений обмоток.

Для подмодели магнитной цепи трансформатора магнитопровод разбивается на отдельные области (трубки) вдоль направления магнитного потока с допущением, что в пределах этих трубок поток постоянный. Такими участками магнитопро-вода являются: стержни А (узлы 0 и 2) и X (узлы 3 и 0), верхнее и нижнее ярмо (участки между узлами 2-1 и 1-3), а также трубки потоков рассеяния между верхним и нижним ярмом (узлы 1-0) (рисунок 1).

Рисунок 1. Модель магнитной системы тягового трансформатора электровоза Обмотки разбиты на элементарные и представлены в виде токовых слоев, расположенных на соответствующих стержнях А и X. Трубки магнитных потоков рассеяния, обусловленные воздушными каналами между обмотками, представлены участками магнитной цепи между соответствующими узлами. Каждому участку магнитной цепи ставится в соответствие ветвь с магнитным сопротивлением . Связь между потоком Ф, и падением магнитного напряжения ^ для каждого участка записывается в виде:

V0-- (2)

Каждая элементарная обмотка имеет число витков Ш,, и ее потокосцепление и магнитодвижущая сила Г,, определяются выражениями:

где - магнитные потоки трубок, охваченных обмоткой ^}, Вб.

Результаты расчета электромагнитных процессов в трансформаторе при таком подходе показали хорошее их совпадение с экспериментальными данными.

При моделировании выпрямительно-инверторного преобразователя полупроводниковые приборы-тиристоры рассматриваются как идеальные ключи, состояние которых описывается логической функцией Буб, принимающей значение «1» при замкнутом и «О» при разомкнутом ключе.

Модель блока управления выпрямительно-инверторным преобразователем (БУВИП) представляет конечный автомат, который по входным сигналам (напряжения управления, напряжения на первичной и вторичной обмотках тягового трансформатора) формирует сигналы на включение тиристоров. Алгоритм работы модели соответствует работе БУВИП 133 электровоза ВЛ80Р. В блоке автоматического управления ВИП (БАУВИП) моделируется часть функций, которые необходимы для решения поставленных задач: задатчика интенсивности изменения тока выпрямителя, регулятора тока выпрямителя, регулятора угла опережения в режиме рекуперативного торможения. При разработке модели системы управления ВИП использованы аналоговые функциональные элементы, логические элементы и компараторы.

Применительно к исследуемым процессам тяговые двигатели моделируются в виде электрической цепи, содержащей эквивалентный источник ЭДС, активное сопротивление и индуктивность.

В модель системы "контактная сеть - электровоз" введена модель регулируемого компенсатора реактивной мощности, состоящая из конденсаторов, реактора, тиристорного ключа и двух контакторов, а также модель блока управления компенсатором реактивной мощности (БУКРМ).

Модель блока задания режима

У/31..Л/Б8

4 и21

I и 22

I и23

. Гй

.еп/ст

и.

и.

ф

\ "К 1у| и« Эу! 8д,

<хн>о

Модель БУВИП

Модель \ измерительно-

/гз

А

V

вычислительного комплекса

ттг

и1 и2,

УгР(Х,)

и

упр

Модель БАУВИП

т Гт

Еа 'с 'ч

Рисунок 2. Блок-схема имитационной математической модели системы

«контактная сеть - электровоз»

Полученные в процессе расчета массивы данных соответствуют мгновенным значениям токов и напряжений на элементах электрической цепи в фиксированные моменты времени, по которым могут быть определены различные показатели и характеристики анализируемых процессов. Для обработки массивов данных мгновенных значений переменных и сокращения затрат машинного времени разработана модель информационно-измерительной системы, которая фактически соответствует используемым в настоящее время измерительно-вычислительных комплексах при проведении различного рода испытаний на реальных объектах.

Укрупненная функциональная схема разработанной модели приведена на рисунке 2.

В третьей главе с использованием разработанной модели выполнены расчеты электромагнитных процессов в системе: «контактная сеть - электровоз» и определены энергетические показатели электровозов с зонно-фазовым регулированием в эксплуатационных условиях.

В диссертации приведены результаты расчета энергетических характеристик электровозов с зонно-фазовым регулированием напряжения в различных эксплуатационных условиях. На рисунке 3 показаны зависимости активной реактивной (¿¡(иа) и полной мощностей, а также коэффициента мощности от среднего значения выпрямленного напряжения и,,.

Анализ приведенных характеристик показывает, что среднее значение коэффициента мощности электровоза во всем диапазоне регулирования напряжения составляет \ = 0,8. Даже при работе на четвертой зоне регулирования при углах регулирования аг= 0, коэффициент мощности не превышает 0,85.

Реактивная мощность изменяется с ростом напряжения и достигает наибольшего значения на четвертой зоне регулирования около 1000 квар на один ВИП. Характер изменения реактивной мощности «ступенчатый» и при переходе с одной зоны регулирования на другую сопровождается приращением Д 2=250 квар.

В режиме рекуперативного торможения (рисунок 4) коэффициент мощности электровоза снижается до 0,6-0,7, а реактивная мощность увеличивается до 1250 квар.

51,кВА, Р1,кВт. 01.квэр

Ш,В

Рисунок 3. Зависимости Р,(иа), Qt{UJ, 8,(1/и в режиме тяги при токе выпрямителя 1800А

31.КВА; Р1,кВт;

01,кмр А

Рисунок 4. Зависимости Рх(и4), {?,({/,), 8,(11) и Х(1} ^ в режиме рекуперативного торможения при токе выпрямителя 1800А При скоростях движения около 30-40 км/ч, чему соответствует напряжение и400-700 В, реактивная мощность становится равной активной и даже большей, чем активная.

Аналогичные расчеты, выполненные при значениях токов тяговых двигателей меньше номинальных, показывают, что хотя абсолютное значение реактивной мощности снижается, коэффициент мощности электровоза остается весьма низким,

около X = 0,8 в режиме тяги и X = 0,5-0,7 в режиме рекуперативного торможения.

Используя разработанную модель в работе выполнен также расчет энергетических показателей электровоза с КРМ мощностью 500 квар и его подключении на 3Л напряжения вторичной обмотки трансформатора. Результаты расчета показали, что коэффициент мощности в номинальном режиме увеличился до 0,95. При снижении тока тяговых двигателей, коэффициент мощности уменьшается, особенно при работе на первой и второй зонах регулирования. Расчетные зависимости (рисунок 5) при работе электровоза с выпрямленным током 1200А показывают уменьшение коэффициента мощности в первой зоне регулирования до Х=0,7, что свидетельствует о перекомпенсации (реактивная мощность электровоза С?<0).

Для устранения явления перекомпенсации, которое может наблюдаться и при повышении напряжения на токоприемнике, бортовые компенсаторы реактивной мощности желательно выполнять регулируемыми.

81,кВА;Р1,кВт;01,квар Л

и<1,В

Рисунок 5. Зависимости б(I/и ЦП^ электровоза с КРМ

мощностью 500 квар

Четвертая глава посвящена разработке регулируемого компенсатора реактивной мощности электровоза переменного тока.

В работе показано, что при изменении напряжения на токоприемнике от минимального 19 кВ до максимального 29 кВ, реактивная мощность конденсаторной

батареи изменяется более, чем в 2 раза. Для эффективного использования устройства компенсации реактивной мощности, напряжение на конденсаторной батарее необходимо изменять как при изменении режима работы электровоза, так и при изменении напряжения питающей сети.

Секции вторичной обмотки тягового трансформатора, например, ОДЦЭ-5000/25А имеют напряжения холостого хода 630 В, 308 В и 308 В. Подключая КРМ к различным отпайкам трансформатора можно изменять реактивную мощность ступенями Q1: 1 : 0,5625 : 0,25 : 0,0625. Такой способ ступенчатого регулирования реактивной мощности предлагается использовать в бортовых компенсаторах, устанавливаемых на электровозе.

С учетом выполненных расчетов для электровозов переменного тока с тяговыми двигателями номинальной мощностью 800 кВт и питании двух двигателей от одного ВИП, мощность компенсирующего устройства рекомендуется принимать равной =(200-460) квар на один ВИП. В этом случае коэффициент мощности электровоза во всем диапазоне эксплуатационных нагрузок будет Х=0,9 и выше.

Обычно компенсатор реактивной мощности выполняют в виде последовательно соединенных конденсатора С/а>м и реактора 1КРМ. В работе выполнен анализ частотных характеристик системы «контактная сеть - электровоз с КРМ» и получено выражение для определения резонансной частоты /.С-цепи компенсатора реактивной мощности, исключающее возможность возникновения резонансных явлений в системе «контактная сеть - электровоз»:

/"=7аТЩтЩ[Гц]' (4)

где 51, дС - возможные в условиях изготовления и эксплуатации отклонения емкости и индуктивности от номинальных значений.

Например, при допустимых отклонений <5£%=10% и ¿¡С°/<г= 10% резонансная частота составит/^ 136 Гц.

Вариант схемы включения КРМ, позволяющий регулировать величину реактивной мощности путем подключения его к различным отпайкам вторичной обмотки тягового трансформатора, приведен на рисунке 6.

В диссертации предложен алгоритм управления компенсатором, согласно которому по напряжению и, и току ¡1 электровоза определяется величина реактивной мощности.

Рисунок 6. Схема подключения регулируемого КРМ

Контакторами К1.1 ... К2.2 компенсатор подсоединяется к тем выводам вторичной обмотки тягового трансформатора, которые обеспечивают минимизацию реактивной мощности электровоза. Включение и выключение компенсатора производится тиристорным ключом (тиристоры VS1 и VS2). Для безударного включения КРМ сигналы на тиристоры следует подавать в момент времени, когда напряжение на тиристорном ключе достигает нулевого значения.

В предложенном в диссертации алгоритме управления КРМ замыкание и размыкание контакторов К1.1... К2.2 производится без тока, что значительно увеличивает срок их службы.

В диссертации рассмотрен метод определения параметров элементов КРМ исходя из режима холостого хода, т.е. такого режима, когда к тяговой обмотке трансформатора подключен только компенсатор реактивной мощности. Результаты такого расчета служат для предварительной оценки токов и напряжений на элементах КРМ.

При учете работы преобразовательной установки ток и напряжение на реакторе имеет значительные искажения (рисунок 7). Ток реактора содержит большую со-

ставляющую с частотой 150 Гц, которая по амплитуде практически равна основной гармонике. При действующем значении основной гармоники 253 А действующее значение полного тока оставляет 316 А, что более чем в 1,5 раза превышает то же значение, полученное в режиме холостого тока.

№

1!

¿25= ==:

---- i - 4 —г

: i= — f—

1 | i II

i 11 I i I

1 II ! 1 | , 1: 1 1

300 «С «0 800 1КЮ 1300 1400 1600 1800 2000 СНх

1000 1300 1«Ю 1600 1800 2000 CH«

Рисунок 7. Ток (а) и напряжение (б) реактора КРМ и их спектры Напряжение на реакторе имеет коммутационные выбросы, достигающие 10001100 В. При относительно небольшой амплитуде основной гармоники напряжение 215 В, амплитуда 3-ей гармоники достигает 475 В, что требует при создании реактора увеличить объем железа сердечника.

Анализ уточненных значений напряжений и токов конденсатора КРМ показал, что по сравнению с режимом холостого тока их действующие значения увеличились на 7,3 % и 27,3 % соответственно.

Учитывая сложную форму кривой тока через тиристорный ключ, в работе предложен способ определения мощности потерь в тиристоре по величине энергии потерь за один период питающего напряжения. Анализ переходных процессов включения и выключения КРМ позволил также определить наибольшее повторяющееся напряжения на тиристорах 3200 В, что на 13% превышает напряжение, полученное при расчете в режиме холостого хода.

Для оценки влияния регулируемого компенсатора реактивной мощности на энергетические показатели электровоза выполнен расчет интегральных характеристик: активной, реактивной и полной мощностей, а также коэффициента мощности

при пуске электровоза с постоянным выпрямленным током, при относительно небольшой мощности КРМ около 250 квар на один ВИП.

Результаты анализа показали, что среднее значение коэффициента мощности электровоза переменного тока во всем диапазоне регулирования напряжения при выпрямленном токе 1800 А составляет Х^0,9. При выпрямленном токе 1200 А эффект применения КРМ становится более существенным. Коэффициент мощности превышает величину 0,9, а в некоторых режимах достигает значений 0,95-0,97.

Эффективность применения КРМ может быть увеличена, если использовать дополнительно второй модуль, подключение которого осуществляется аналогичным образом. В этом случае суммарная реактивная мощность достигает приблизительно 500 квар, что обеспечит увеличение коэффициента мощности до 0,92-0,95 во всем диапазоне регулирования напряжения даже при токах 1800 А. Целесообразное количество модулей КРМ, подключаемых к одному ВИП, может быть определено только по результатам конструкторских проработок, связанных с размещением оборудования на электровозе.

В диссертации приведены также результаты сравнительного анализа влияния КРМ на форму токов и напряжений на различных элементах силовой цепи и электровоза в целом. Так, сравнение формы кривых выпрямленного напряжения показывает, что угол регулирования Ор для компенсированного выпрямителя несколько больше, чем для выпрямителя без КРМ. Это указывает на некоторое увеличение напряжения на токоприемнике, а также уменьшение углов коммутации, что, в свою очередь, ведет к увеличению коэффициента мощности. Отсутствие влияния КРМ на выходные ток и напряжение выпрямителя еще раз подтверждает, что КРМ оказывает влияние на входные ток и напряжение, снижая токовую нагрузку системы энергоснабжения и улучшая качество потребляемой энергии.

Анализ расчетных зависимостей токов и напряжений электровоза для случая подключения КРМ подтвердил следующие закономерности:

- повысилось напряжение на токоприемнике (амплитуда основной гармоники возросла на -300 В), что указывает на уменьшение потери напряжения в контактной сети;

- уменьшились амплитуды 3-ей и 5-ой гармоник напряжения соответственно до 2,78 % и 3,48 %;

- уменьшилась амплитуда основной гармоники тока более чем на 13 %, при одновременном снижении 3-ей и 5-ой гармоник до 16 % и 12,5 % соответственно;

- уменьшилось действующее значение тока электровоза почти на 17 % с 83,36 А до 71,3 А, что эквивалентно 30-ти процентному снижению мощности потерь в контактной сети;

- ток, потребляемый электровозом, по форме ближе к синусоидальной, в сравнении с таким же током электровоза без КРМ. Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока уменьшился с 31 % до 25%.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований электромагнитных процессов в силовых цепях электровоза переменного тока с компенсатором реактивной мощности и их сравнение с результатами, полученными с помощью имитационного математического моделирования.

Экспериментальные исследования проводились автором диссертации на электровозе BJI80TK №1338 во время приемочных испытаний электровоза на экспериментальном кольце ВНИИЖТ (ст. Щербинка) под руководством к.т.н. Н.Н.Широ-ченко.

Одна секция электровоза была оборудована регулируемым компенсатором реактивной мощности совместной разработки ЗАО «ОЦВ» и ОАО «ВЭлНИИ». Компенсатор выполнен по модульному принципу. Каждый модуль состоит из батареи конденсаторов мощностью 250 квар. Для проведения измерений электровоз был оборудован измерительной системой, позволяющей фиксировать мгновенные значения токов и напряжений на различных элементах силовой цепи; они использовались для определения средних и действующих значений токов и напряжений, расчета энергетических показателей работы электровоза, а так же спектрального анализа экспериментальных значений контролируемых величин.

Сопоставление результатов расчета для модели и экспериментальных данных проводилось как по мгновенным значениям контролируемых величин, так и путем сравнения интегральных показателей для практически одинаковых режимов работы.

сек 1,еек

Рисунок 8. Экспериментальные (а) и расчетные (б) значения напряжений и токов на

реакторе

Сравнение расчетных и экспериментальных данных токов и напряжений на различных элементах силовой цепи электровоза показывает их хорошее совпадение. Разница между амплитудными значениями токов и напряжений, полученных расчетным и экспериментальным путем, не превышает 10 %, а для некоторых переменных существенно меньших значений. Например, по форме кривые тока и напряжения реактора КРМ (рисунок 8) практически совпадают, а амплитудные значения различаются на 7 и 9 % соответственно.

0 200 400 800 800 1000 1200

Ш, В

Рисунок 9. Экспериментальные и расчетные зависимости коэффициента мощности электровоза без КРМ и с КРМ.

Хорошее совпадение показывают и интегральные характеристики, полученные расчетным путем и в ходе экспериментальных исследований. На рисунке 9 приведены расчетные и экспериментальные зависимости коэффициента мощности электровоза без КРМ и с КРМ при работе в режиме тяги с выпрямленным током 1200А.

Результаты экспериментальных исследований показали, что разработанная математическая модель адекватно отражает электромагнитные процессы в силовых цепях электровоза с компенсированным ВИП и может быть рекомендована для применения в исследовательских и проектных работах.

Основные результаты и выводы

1. Эксплуатируемые в Российской Федерации электровозы переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями имеют низкие значения коэффициента мощности, которые в режиме тяги с номинальным током не превышают 0,84-0,85, а в режиме электрического рекуперативного торможения снижаются до 0,6-0,7. Практически каждый кВт-ч активной энергии, потребляемой электровозами серии ВЛ80, сопровождается одним квар-ч реактивной энергии.

2. Повышенное значение реактивной мощности дополнительно нагружает тяговую сеть и электрооборудование электровозов реактивным током, увеличивает в 1,5-2 раза мощность потерь в контактной сети, снижает напряжение на токоприемнике из-за роста потерь напряжения в системе тягового электроснабжения в 2,5-3,0 раза и увеличивает на 1,5-2 % расход электроэнергии натягу поездов.

3. Для повышения коэффициента мощности электровозов предлагается применение регулируемого компенсатора реактивной мощности, размещаемого непосредственно на электровозе. Регулирование величины реактивной мощности следует осуществлять ступенчато путем подключения компенсатора к соответствующим выводам вторичной обмотки тягового трансформатора в зависимости от режима работы электровоза и величины напряжения на токоприемнике.

4. Для проведения теоретических исследований процессов в системе «контактная сеть - электровоз» разработана математическая модель, учитывающая физические явления в контактной сети, тяговом трансформаторе, компенсированном

выпрямительно-инверторном преобразователе, сглаживающем реакторе, тяговых электродвигателях, а также алгоритмы функционирования устройств автоматического управления преобразователем и регулируемым компенсатором реактивной мощности. Имитационная математическая модель для определения мгновенных значений токов и напряжений элементов электрических цепей реализована на ЭВМ в программном комплексе «Элтран-ПК», позволяющем описать взаимосвязанные электрические, магнитные явления и процессы в преобразовательной установке.

5. Верификация математической модели системы «контактная сеть - электровоз» произведена для всех эксплуатационных режимов работы электровоза с использованием экспериментальных данных мгновенных значений токов и напряжений, полученных при участии автора диссертации в процессе испытаний электровоза серии ВЛ80ТК на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Расхождение между данными, полученными с помощью имитационного математического моделирования и экспериментальными данными не превышает 10 %.

6. Результаты расчетов, подтвержденные данными испытаний, показали, что для увеличения коэффициента мощности электровоза серии ВЛ80 до ХЩ9 и выше во всем диапазоне рабочих нагрузок, реактивная мощность регулируемого компенсатора реактивной мощности должна быть не менее 250 квар на один выпря-мительно-инверторный преобразователь.

7. Применение регулируемого компенсатора реактивной мощности позволяет:

- снизить на 40-50 % реактивную мощность электровоза;

- уменьшить на 15 % токовую нагрузку электрооборудования тягового электроснабжения и снизить на 30 % мощность потерь в контактной сета;

- уменьшить потери напряжения в системе тягового электроснабжения и на 57 % повысить напряжение на тяговых двигателях и пропорционально повысить производительность электровоза;

- сократить на 0,8-1 % расход электроэнергии натягу поездов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Донской Д.А., Литовченко В.В. Регулируемый компенсатор реактивной мощности для электровозов переменного тока. Тезисы докладов IV международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава". Новочеркасск, 2000. С.63-64.

2. Донской Д.А. Повышение энергетических показателей электровозов переменного тока. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-транспорту-2005 "М. :МИИТ,2005. С. 15-16.

3. Донской Д.А. Выбор параметров компенсатора реактивной мощности. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-транспорту-2005"М.:МИИТ,2005. С. 16-17.

4. Математическое моделирование электромагнитных процессов в силовых цепях электровозов переменного тока. Донской Д.А., Фролов С.А., Евграфов А.Г., Литовченко В.В. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-транспорту-2005"М.:МИИТ,2005. С.38-39.

5. Донской Д.А. Повышение эффективности электрической тяги на переменном токе. Электроника и электрооборудование транспорта. №5,2006. С.19-21.

Донской Дмитрий Александрович

РЕГУЛИРУЕМЫЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ОДНОФАЗНО-ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Подписано в печать ^.02.0?, Заказ

Усл. печ. л. 1,5

Формат бумаги 60x90 1/16 Тираж 80 экз.

127994, Москва, ул.Образцова, 15. Типография МИИТа

Введение.

1 Энергетическая эффективность электрической тяги переменного тока.

1.1 Потребление электроэнергии железными дорогами на постоянном и переменном токе.

1.2 Способы повышения энергетических показателей электрической тяги переменного тока.

1.2.1 Улучшение энергетических показателей стационарных устройств компенсации реактивной мощности.

1.2.2 Улучшение энергетических показателей на ЭПС переменного тока.

1.3 Постановка задачи и метод исследования.

2 Математическая модель системы тяговая сеть - электровоз.

2.1 Математическое моделирование и построение математических моделей.

2.2 Применение системы моделирования Элтран для анализа процессов в силовых электрических цепях электровоза переменного тока.

2.3 Математическая модель системы «тяговая сеть - электровоз».

2.4 Модель тягового электроснабжения.

2.5 Модель тягового трансформатора.

2.6 Модель выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП).

2.7 Модель блока управления выпрямительно-инверторным преобразователем БУВИП.

2.8 Модель блока автоматического управления ВИП (БАУВИП).

2.9 Модель нагрузки.

2.10 Модель блока задания режимов.

2.11 Модель информационно-измерительной системы.

2.12 Полная математическая модель системы "тяговая сеть-электровоз".

3 Определение энергетических показателей электровозов с зонно-фазовым регулированием в эксплуатационных условиях.

3.1 Методика определения энергетических показателей электровозов.

3.2. Оценка энергетических показателей электровоза без компенсатора реактивной мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения.

3.3 Оценка энергетических показателей электровозов с компенсатором реактивной мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения.

4 Разработка регулируемого компенсатора реактивной мощности электровоза переменного тока.

4.1 Выбор параметров и схемы подключения регулируемого компенсатора реактивной мощности.

4.2 Электрические нагрузки элементов регулируемого компенсатора реактивной мощности.

4.3. Характеристики электровоза переменного тока с регулируемым компенсатором реактивной мощности.

5 Сравнение результатов теоретического и экспериментального анализа электромагнитных процессов в силовых цепях электровоза переменного тока с регулируемым компенсатором реактивной мощности.

5.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

5.2 Сравнение результатов анализа электромагнитных процессов в силовых цепях электровоза с регулируемым компенсатором реактивной мощности, полученных с помощью моделирования и в экспериментах с натурным образцом.

5.3 Экспериментальное сравнение энергетических показателей электровозов переменного тока с регулируемым компенсатором реактивной мощности и без компенсатора.

Железнодорожный транспорт России ежегодно потребляет около 5% вырабатываемой в стране электроэнергии, из которых на тягу поездов расходуется свыше 30 млрд.кВтч. Одной из приоритетных задач «Энергетической стратегии ОАО «Российские железные дороги» на период до 2010 и на перспективу до 2020 года» является «снижение энергоемкости перевозочного процесса и удельных затрат энергопотребления на тягу поездов».

Одним из путей решения этой задачи является экономия топливо-энергетических ресурсов путем повышения энергетических показателей эксплуатируемого электрического подвижного состава (ЭПС).

В настоящее время с России свыше 22 тыс. км железных дорог электрифицировано на переменном токе. Почти половину эксплуатируемого парка электровозов составляют электровозы переменного тока, оборудованные полупроводниковыми преобразователями для питания тяговых двигателей, из которых около 15% - оборудованы преобразователями с зонно-фазовым регулированием: грузовые BJI80P, BJI85 и 27С5К, пассажирские BJT65 и ЭП1. Эти электровозы имеют ряд преимуществ перед диодными (BJI60K, BJI80C и др.), важнейшие из которых - плавное регулирование выпрямленного напряжения и возможность возврата электроэнергии в систему электроснабжения при рекуперативном торможении.

Основной проблемой всех электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями являются низкие энергетические показатели, один из которых - коэффициент мощности. Низкие значения коэффициента мощности свидетельствуют о повышенном потреблении реактивной мощности и искажении формы питающего тока. Следствием этого является дополнительная нагрузка тяговой сети и электрооборудования электровоза реактивным током и увеличенный расход электроэнергии на тягу поездов.

Улучшение энергетических показателей системы тягового электроснабжения переменного тока достигается при помощи стационарных устройств компенсации реактивной мощности (КРМ), которые, как правило, устанавливают на тяговых подстанциях. При этом снижается потребление реактивной мощности из системы внешнего энергоснабжения, а внутреннее потребление реактивной мощности и связанный с этим дополнительный расход электроэнергии в тяговой сети сохраняются. Кроме того, дополнительная токовая нагрузка увеличивает падение напряжения в контактной сети и приводит к снижению напряжения на токоприемнике и тяговых двигателях электровоза.

В режиме рекуперативного торможения из-за значительного увеличения потребления реактивной мощности увеличиваются дополнительные потери в системе энергоснабжения, что снижает эффективность рекуперации электровозов переменного тока.

Актуальность работы. Одним из способов повышения коэффициента мощности на токоприемнике электровоза, снижения расхода электроэнергии на тягу поездов является применение бортовых устройств КРМ, с размещением их непосредственно на подвижном составе. Работы по созданию бортовых КРМ выполнялись ВЭлНИИ и ВНИИЖТ с начала 80-х годов. Были изготовлены и испытаны макетные образцы КРМ на электровозах BJI85-023, BJI85-155 и ЭП200. Испытания показали, что применение бортовых устройств КРМ является эффективным средством повышения коэффициента мощности электровозов в режимах тяги и рекуперативного торможения. Вместе с тем было установлено, что использование нерегулируемого компенсатора реактивной мощности приводит к увеличению коэффициента мощности при номинальной нагрузке и его снижению при малых нагрузках

Это связано с тем, что при изменении режима работы электровоза изменяется величина потребляемой реактивной мощности. При постоянной же мощности устройства КРМ это приводит к недокомпенсации, либо к перекомпенсации реактивной мощности электровоза.

Актуальность данной диссертации определяется тем, что для обеспечения высоких значений коэффициента мощности электровоза во всех режимах работы необходимо применение регулируемого устройства КРМ.

Целью настоящей работы является исследование и разработка регулируемого компенсатора реактивной мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями для повышения их энергетических показателей, а также разработка алгоритма управления таким компенсатором, позволяющего максимально эффективно использовать установленную мощность компенсатора во всем диапазоне изменения нагрузки электровоза и напряжения контактной сети.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: выполнен анализ существующих способов и средств компенсации реактивной мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями; проведены теоретические исследования электромагнитных процессов с использованием математической модели системы «контактная сеть -электровоз», которая позволяет определить энергетические показатели электровозов во всем диапазоне изменения нагрузок и напряжения в контактной сети; выполнено имитационное математическое моделирования электромагнитных процессов в компенсированном выпрямительно-инверторном преобразователе электровоза и определены электрические нагрузки элементов регулируемого компенсатора реактивной мощности; разработан алгоритм управления регулируемым компенсатором реактивной мощности, обеспечивающий безударное подключение компенсатора к различным выводам вторичной обмотки тягового трансформатора.

Методы исследования. Были использованы следующие методы исследования:

- математическое моделирование электромагнитных процессов в силовых цепях электровоза и устройствах управления путем численного интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы в электрических цепях, магнитных цепях, а также аналоговых и дискретных элементах устройств управления на основе применения программного комплекса «Эл-тран»;

- спектральный анализ токов и напряжений на элементах схемы с целью определения показателей качества электроэнергии;

- экспериментальные исследования компенсатора реактивной мощности при проведении испытаний на электровозе BJI80TK на экспериментальном кольце ВНИИЖТ (ст. Щербинка).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые разработана математическая модель системы: «контактная сеть - тяговый трансформатор электровоза - выпрямительно-инверторный преобразователь с регулируемым компенсатором реактивной мощности - сглаживающий реактор - коллекторные тяговые электродвигатели - устройства автоматического управления преобразователем и компенсатором».

2. Предложена математическая модель тягового трансформатора электровоза, учитывающая при описании электромагнитных процессов реальную конструкцию трансформатора.

3. Впервые произведено сравнение результатов теоретических исследований, полученных с помощью математического моделирования на ЭВМ, с результатами экспериментов на натурном образце электровоза переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и регулируемым компенсатором реактивной мощности во всем диапазоне изменения эксплуатационных нагрузок и напряжения в контактной сети.

4. Выполнен анализ коэффициента мощности электровозов переменного тока с зонно-фазовым способом регулирования напряжения на коллекторных тяговых двигателях во всем диапазоне изменения эксплуатационных нагрузок и напряжения в контактной сети при использовании регулируемого компенсатора реактивной мощности и без него.

На защиту работы выносятся так же сравнительные результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы состоит в предложении использования регулируемого компенсатора реактивной мощности на электровозах переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями и разработке методики расчета систем компенсации реактивной мощности на эксплуатируемых и вновь строящихся электровозах.

Реализация результатов работы;

1. Согласно предложенной в диссертационной работе методике определены параметры и разработаны технические требования к основным элементам компенсатора реактивной мощности: реактору, конденсатору и тиристор-ному ключу;

2. Согласно разработанным техническим требованиям изготовлен опытный образец регулируемого компенсатора реактивной мощности для электровозов серии BJI80TK;

3. Предложенный алгоритм управления регулируемым компенсатором реактивной мощности апробирован на опытном образце компенсатора, установленном на электровозе серии BJI80TK;

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и обсуждались: на IV-ей международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава", 2000 г, Новочеркасск; на научно-технической конференции

Наука-Транспорту-2005", 2005 г., Москва, а так же на научных семинарах кафедры «Электрическая тяга» МИИТа в 2001-2006 г.г.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 84 наименований и содержит 153 страницы основного текста, 4 таблицы и 71 рисунок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная диссертационная работа посвящена обеспечению высоких значений коэффициента мощности электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями во всех режимах работы и во всем диапазоне изменения напряжения контактной сети с помощью бортового регулируемого устройства компенсации реактивной мощности.

Согласно результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сформулировать по работе следующие основные выводы:

1. Эксплуатируемые в Российской Федерации электровозы переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями имеют низкие значения коэффициента мощности, которые в режиме тяги с номинальным током не превышают 0,84-0,85, а в режиме электрического рекуперативного торможения снижаются до 0,6-0,7. Практически каждый кВт-ч активной энергии, потребляемой электровозами серии BJI80, сопровождается потреблением одного квар-ч реактивной энергии.

2. Повышенное потребление реактивной мощности дополнительно нагружает тяговую сеть и электрооборудование электровозов реактивным током, увеличивает в 1,5-2 раза мощность потерь в контактной сети, снижает напряжение на токоприемнике из-за роста падения напряжения в системе тягового электроснабжения в 2,5-3,0 раза и увеличивает на 1,5-2 % расход электроэнергии на тягу поездов.

3. Для повышения коэффициента мощности электровозов предлагается применение регулируемого компенсатора реактивной мощности, размещаемого непосредственно на электровозе. Регулирование величины реактивной мощности следует осуществлять ступенчато, путем подключения компенсатора к соответствующим выводам вторичной обмотки тягового трансформатора в зависимости от режима работы электровоза и величины напряжения на токоприемнике.

4. Для проведения теоретических исследований процессов в системе «контактная сеть - электровоз» разработана математическая модель, учитывающая физические явления в контактной сети, тяговом трансформаторе, компенсированном выпрямительно-инверторном преобразователе, сглаживающем реакторе, тяговых электродвигателях, а также алгоритмы функционирования устройств автоматического управления преобразователем и регулируемым компенсатором реактивной мощности. Имитационная математическая модель для определения мгновенных значений токов и напряжений элементов электрических цепей реализована на ЭВМ в программном комплексе «Элтран-ПК», позволяющем описать взаимосвязанные электрические, магнитные явления и процессы в преобразовательной установке.

5. Верификация математической модели системы «контактная сеть -электровоз» произведена для всех эксплуатационных режимов работы электровоза с использованием экспериментальных данных мгновенных значений токов и напряжений, полученных при участии автора диссертации в процессе испытаний электровоза серии BJI80TK на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Расхождение между данными, полученными с помощью имитационного математического моделирования и экспериментальными данными не превышает 10 %.

6. Результаты расчетов, подтвержденные данными испытаний, показали, что для увеличения коэффициента мощности электровоза серии BJ180 до 1^0,9 и выше во всем диапазоне рабочих нагрузок, реактивная мощность регулируемого компенсатора реактивной мощности должна быть не менее 250 квар на один выпрямительно-инверторный преобразователь.

7. Применение регулируемого компенсатора реактивной мощности позволяет:

- снизить на 40-50 % потребление реактивной энергии из контактной сети;

- уменьшить на 15 % токовую нагрузку электрооборудования тягового электроснабжения и снизить на 30 % потери мощности в контактной сети;

- уменьшить падение напряжения в системе тягового электроснабжения и на 5-7 % увеличить напряжение на тяговых двигателях и пропорционально повысить производительность электровоза;

- сократить на 0,8-1 % расход электроэнергии на тягу поездов.

1. Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года. Гудок, 17.11.2006.

2. Тулупов В.Д. Реальные резервы повышения энергетических показателей электрифицированного железнодорожного транспорта. Железнодорожный транспорт. 1989.№5 с.53-79.

3. ГОСТ 13109-97 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

4. Прейскурант 09-01.Тарифы на электрическую и тепловую энер-гию.М. :Прейскурантиздат. 1990.С.46.

5. Романов А.Н. Политика энергосбережения в вопросах компенсации реактивной мощности // Промышленная энергетика. 1992.№1 l.c.41-42.

6. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке. М.Энергоатомиздат.1985.112с.

7. Бородулин Б.М., Герман Л.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог переменного тока. М.транспорт". 1976. 136 с.

8. Бородулин Б.М. Рациональное размещение установок компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока // Вестник ВНЙИЖТ. 1964. № 5. с.8-11.

9. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности под ред.Матура P.M. М. Энергоатомиздат, 1987. 152 с.

10. Мамошин P.P., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для техникумов ж.-д. трансп.—М.: Транспорт, 1980.—296 с.

11. Мамошин P.P. Энергетика системы переменного тока. // Железнодорожный транспорт. 1987. № 9. с.69-71.

12. A. Jeunesse, В. Gendron. Revue Generate des Chemins de Fer, 2002, № 10, p. 5-25.

13. Гриньков Б.Н. Тиристорное регулирование на электроподвижном составе переменного тока за рубежом //Железные дороги мира. 1979. JP 3. с.3-29.

14. Копанев А.С., Хоменко Б.И. Исследование схем тиристорного преобразователя для электроподвижного состава с рекуперативным торможением. // Электротехника. 1971.№ 11. с. 15-19.

15. Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации. Под ред. Б.А.Тушканова. М.: Транспорт, 1985. - 541 с.

16. Свердлов В.Я., Штепенко П.К., Кдинцев И.Ф. Двенадцатиосный магистральный электровоз ВЛ85 // Электромеханика. 1983.№1 I.e. 29-33.

17. Метелкин.Б.А. Компенсация реактивной мощностипри зонно-фазовом регулировании напряжения на электровозах.// Материалы международной конференции «Состояние и перспективы развития локомотиво-строения» .Новочеркасск. 1994.с. 15-16.

18. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы переменного тока с тири-сторными преобразователями.М.:Транспорт. 1988.311 с.

19. Каменев А.В., Лисицын А.Л. Электроподвижной состав с импульсными преобразователями // Железные дороги мира. 1983.№1 l.c.2-10.

20. Власьевский С.В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов однофазно-постоянного тока с рекуперативным торможением: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук : 05.09.03 М., 2001.

21. Руденко В.С.,Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.:Высшая школа,1980. - С.45,52.

22. Bezold k. Stromrichteransriistung der Zweifrequenzlokomotiven Reihe 1812 und Massnahmen zur verringerung der neizbelastung. Tech. Mitt. AEG-Telefunken.1976, 66, №1, s.41-48.

23. Антохин B.M. и др. Способы регулирования напряжения выпрямителей с исскуственной коммутацией // Тяговое и транспортное оборудование.1979. вып.6/66. с.4-6.

24. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А., Татарников В.А., Толстых В.А. Применение емкостной компенсации реактивной мощности преобразователей электровозов // Вестник ВНИИЖТ. 1987. № 5. с. 2124.

25. Тихменев Б.Н., Каменев А.В., Рубчипский З.М. Система им-пульсно-фазового преобразования и регулирования электроподвижного состава переменного тока // Вестник ВНИИЖТ,1980. №7. с. 1-7.

26. Тихменев Б.Н., Каменев А.В., Рубчинский З.М. Импульсно-фазовое регулирование напряжения на э.п.с. переменного тока // Тр. ВНИИЖТ, 1978. вып.596. с.4-14.

27. Каменев А.В., Бурдасов Б.К. Энергетические показатели рекуперативного торможения электровозов переменного тока системы РИФ // Вестник ВНИИЖТ. 1983. № 3. с. 15-19.

28. Раков В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985. М., 1990 г. - С.260.

29. Широченко Н.Н., Татарников В.А., Бибинеишвили З.Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока // Железнодорожный транспорт. 1988. № 7. с. 33 37.

30. Фишер И. Лессель В. Параметры сетевых фильтров на электроподвижном составе переменного тока // Железные дороги мира. 1989. № I. с.22-25.

31. Метелкин Б.А., Черноусов Л.А., Коршунов В.А. Повышение эффективности устройств электрической тяги с выпрямительными электровозами. М. Транспорт, 1965. с. 175.

32. Дж.Бурке. Методы компенсации для систем тягового электроснабжения железных дорог. // Железные дороги мира. 1989. № 4. с.44-50.

33. Фотиев М.М., Шапиро З.Л. Методы повышения коэффициента мощности вентильных электроприводов постоянного тока. Обзорная информация. М. Информэлектро. 1974. с.55

34. Cossie A.,.La chaine de traction par moteurs sinhrones autopilots.-Revne Generate des Chemins de fer.,dec.l986,s.731-740.

35. Тихменев Б.Н., Кучумов B.A., Татарников B.A., Толстых В.А. Применение емкостной компенсации реактивной мощности преобразователей электровозов //Вестник ВНИИЖТ. 1987. № 5. с. 21-24.

36. Coget G. The SNCT ВВ15000 thyristor Lokoniotives. 5 years of servis experience French Railway Techn, 1978,21, N2 p. 156-166.

37. Suzuki Y.,. Electric control and high power factor correction system for AC electric locomotive.-IPEC(Int. Power Conf.) Tokyo, March, 1983, 12761287.

38. T Tessuo Uzuka, Shin-ichi Hase, Yoshifbmi Mochinaga Development of Static Voltage Fluctuation Compensator for AC Electric Railway using Self-commutated Inverters // Quarterly Report of RTK/ 1997. №4. 218-223.

39. Новый подвижной состав для железных дорог КНР. Восьмиосный двухсекционный электровоз серии 8К для углевозной ж.д. "ZEV-Glas. Ann."., 1987г., 111, №4, с. 107-104.

40. Похель В.Б. Компенсатор реактивной мощности для электровоза переменного тока // Материалы международной конференции "Состояние и перспективы развития локомо-тивостроения". Новочеркасск. 1994. с. 14-15.

41. Кучумов В.А., Широченко Н.Н., Мамонов Д.И. Выбор схемы и параметров компенсатора реактивной мощности для электроподвижного состава переменного тока // Вестник ВНИИЖТ. 1991. №4. с. 23-25.

42. Кучумов В.А., Мамонов Д.И. Компенсация реактивной мощности в электротяге переменного тока // Вестник ВНИИЖТ. 1992. №3. с. 27 -30.

43. Кучумов В.А. Эффективность работы конденсаторов в компенсаторе реактивной мощности на электровозе // Вестник ВНИИЖТ. 1993. №6. с. 33 -37.

44. Кулинич Ю.М. Адаптивная система автоматического управления гибридного компенсатора реактивного мощности эектровоза с плавнымрегулированием напряжения: Монография. Хабровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.-153 с.:ил.

45. Электрооборудование электропоезда ЭР29/ Ю.И.Гальперин и др. // Электрическая и тепловозная тяга, 1988, №1, с.44-46.

46. С.И.Меркушев, Б.И.Хомяков, О.Н.Назаров. Энергетические показатели преобразователей опытного электропоезда ЭР29 переменного тока./. см. 6. с.2 7-3 6.

47. Кучумов В.А., Похель В.Б. Компенсация реактивной мощности на электроподвижном составе переменного тока.-М.: Интекст, 2001.-88с.

48. Лещев А.И., Фошкина Н.В. Выбор параметров компенсатора реактивной мощности для электропоезда ЭНЗ. //Сб. научн. тр.: Электровозостроение /Всерос. н.-и. и проектно-конструкг. ин-т электровозостр.-1998.-Т.40.-С.205-210.

49. В А Кучумов и др. Результаты приемочных тягово-энергетических испытаний электровоза ЭП200-001// Электрическая тяга на рубеже веков: Сб.науч.тр./ Под ред. А.Л.Лисицына. -М.: Интекст, 2000. -с.95-104.

50. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М., «Высшая школа», 1985.

51. Обухов С.Г., Коровин В.В. Математическое моделирование и визуализация процессов при исследовании устройств силовой электроники в учебной лаборатории. «Практическая силовая электроника», 2004, № 13, с.38-46.

52. Ю.Б. Федотов. Математическое моделирование преобразователей: Учеб. пособие, Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1994.-92с.

53. Мустафа Г.М., Шаранов И.М., Тингаев В.Н. Система программ для моделирования устройств преобразовательной техники. «Электротехника», 1978, №6, с.5-10.

54. А.Н. Савоськин, Ю.М. Кулинич, А.С. Алексеев. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе "контактная сеть-электровоз". Электричество, 2002, №2 -с.29-35.

55. Бессонов А.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: "Высшая школа". 1978. 516 с.

56. И.В. Иванов, Ю.К.Розанов, Ю.Б.Федотов. Моделирование силовых электронных аппаратов на ПЭВМ. М: Изд-во МЭИ, 1996.-87с.

57. Справочник по электроснабжению железных дорог. В 2-х томах -М.:Транспорт,1980.

58. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока: 2-ое изд., перераб. И доп. М.: Транспорт - 279 с.

59. Кучумов В.А. Электромагнитные процессы в однофазном компенсированном преобразователе энергии // Вестник ВНИИЖТ. 1988.№4.с.19-23.

60. Широченко Н.Н., Татарников В.А., Бибинеишвили З.Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока // Железнодорожный транспорт. 1988. №7. с.33-37.

61. Бибинеишвили З.Г. Улучшение энергетических характеристик электровозов переменного тока с зонно-фазовым регулированием выпрямленного напряжения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.: 05.22.07 М., 1990.

62. Ермуратский В.В., Ермуратский П.В. Конденсаторы переменного тока в тиристорных преобразователях. М.: "Энергия". 1979.224 с.

63. Справочник по электрическим конденсаторам. Под ред. Ерму-ратского В.В. Кишинев.: "Штиинца". 1982. 312 с.

64. Справочник по расчету режимов работы электрических конденсаторов. Под ред. Мезенина O.JL К.: "Техшка". 1987. 168 с.

65. Похель В.Б., Покровский СВ., Широченко Н.Н. Выбор параметров компенсатора реактивной мощности грузового электровоза с учетом среднеэксплуатационного баланса потребления активной и реактивной энергии // Вестник ВНИИЖТ. 1997 №4 с. 21-26.

66. Николаев Г.А., Беляков А.А. Резонансные явления в системе с шунто-вой конденсаторной батареей при включении ненагруженного транс-форматора//Электричество. 1971. №6. с. 83-85.

67. Ермоленко Д.В. Анализ потерь электроэнергии от высших гармоник в системе тягового электроснабжения // Вестник ВНИИЖТ.1990. №6. с. 15-18

68. Похель В.Б. Оптимизация параметров компенсатора реактивной мощности электроподвижного состава переменного тока. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.: 05.22.07 М., 1998.

69. Кривной А.М, Литовченко В.В. Регулируемый компенсатор реактивной мощности. Железнодорожный транспорт. 2005. № 9.

70. Электровозы магистральные. Тягово-энергетические испытания. Типовая методика ТМ 07-01-02. М., 2002.

71. Донской Д.А. Повышение энергетических показателей электровозов переменного тока. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-Транспорту-2005 "М. :МИИТ,2005.

72. Донской Д.А. Выбор параметров компенсатора реактивной мощности. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-Транспорту-2005 "М. :МИИТ,2005.

73. Фролов С.А., Донской Д.А., Евграфов А.Г., Литовченко В.В. Математическое моделирование электромагнитных процессов в силовых цепях электровозов переменного тока. Тезисы докладов научно-технической конференции "Наука-Транспорту-2005 "М.:МИИТ,2005.

74. Донской Д.А. Повышение эффективности электрической тяги на переменном токе. Электроника и электрооборудование транспорта. №5 2006.