Поліпшення електромагнітної сумісності асинхронних приводів електровозів постійного струму з суміжними системами електрифікованих залізниць
Loading...
Date
2015
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UK: Дисертація присвячена питанню поліпшення електромагнітної сумісності електровозів постійного струму з асинхронним тяговим приводом (ЕРС з АТЕП) з суміжними системами електрифікованих залізниць за рахунок вибору відповідної частоти модуляції вихідної напруги тяговим перетворювачем частоти, що живить тяговий асинхронний двигун. За допомогою розробленої експериментальної установки, з урахуванням основних та додаткових положень теорії подібності, проведено дослідження впливу частоти модуляції тягового перетворювача на системи СЦБ при номінальному режимі роботи АТЕП, з урахуванням реальних параметрів режиму руху ЕРС.
Шляхом виконання імітаційного моделювання на розробленій моделі, що імітує сукупне функціонування реальних систем (ЕРС, мережі тягового електропостачання, системи керування перетворювачем) вперше проведено оцінку впливу частоти модуляції на показники електромагнітної сумісності при неномінальних режимах роботи АТЕП, а також з урахуванням явищ комутаційної асиметрії силових ключів тягового статичного перетворювача, що входить до його складу.
Отримані наукові результати дозволили розробити рекомендації щодо вибору раціональних діапазонів частот модуляції перетворювача для покращення показників електромагнітної сумісності останнього із суміжними системами електрифікованих залізниць постійного струму, що дозволяє розширити можливості подальшого впровадження ЕРС з АТЕП.
RU: Диссертация посвящена вопросу улучшения электромагнитной совместимости электровозов постоянного тока с асинхронным тяговым приводом (ЭПС с АТЭП) со смежными системами электрифицированных железных дорог за счет выбора соответствующей частоты модуляции выходного напряжения тяговым преобразователем частоты, питающим тяговый асинхронный двигатель. В основе выполнения исследований, проведённых в работе, лежит разработка экспериментальной установки, имитирующей работу основных составляющих АТЭП электровозов постоянного тока. Даная установка позволяет исследовать реальные режимы движения ЭПС с учётом приведения их основных параметров и исследуемых процессов к реальной системе через соответствующие масштабные коэффициенты. В работе их определение проводилось с использованием основных и дополнительных положений о подобии, а именно – третьей теории подобия и дополнительных положений о подобии сложных систем и о подобии нелинейных систем. В ходе установления подобия был предложен усовершенствованный метод установления коэффициентов подобия для нелинейных систем, которые имеют в своём составе одинаковые составляющие, но различные предельные параметры и который учитывает особенности тягового электропривода. С помощью экспериментальной установки проведены исследования влияния частоты модуляции тягового преобразователя ЭПС с АТЭП на показатели электромагнитной совместимости со смежными системами СЦБ при номинальном режиме его работы и определены те частоты, при использовании которых наблюдается наименьшее влияние рассмотренного ЭПС на указанные системы. В работе предложена усовершенствованная имитационная модель АТЭП, которая, в отличие от существующих, учитывает особенности системы тягового электроснабжения железных дорог постоянного тока, а также динамические показатели его функционирования при движении ЭПС по перегону. С помощью модели исследовано влияние частоты модуляции на контролируемые показатели электромагнитной совместимости в неноминальных режимах работы АТЭП. При этом установлено, что наиболее неблагоприятным режимом, с точки зрения негативного электромагнитного влияния, является режим частичного отказа системы управления тяговым преобразователем. Рассмотрены вопросы влияния на контролируемые показатели электромагнитной совместимости частоты модуляции тягового статического преобразователя ЭПС с АТЭП при наличии явлений коммутационной асимметрии силовых ключей. Данные исследования проводились в условиях имитационного моделирования и позволили установить, что данные явления не вносят существенных изменений в уже присутствующий спектр гармоник тока и напряжения, сформированный соответствующим режимом работы АТЭП. Полученные научные результаты позволили разработать рекомендации по выбору рациональных диапазонов частот модуляции тягового преобразователя ЭПС с АТЭП с точки зрения улучшения показателей электромагнитной совместимости последнего со смежными системами электрифицированных железных дорог постоянного тока, что расширяет возможности его дальнейшего внедрения.
EN: The thesis is devoted to the improvement of the EMC DC electric locomotives with an asynchronous traction drive with adjacent systems of electrified railways by means of selecting the appropriate frequency modulation of the traction frequency converter's output voltage for feeding a traction asynchronous motor. By using experimental setup, which is developed according to the main and additional provisions similarity theory, was conducted a researches for studies the impact of traction converter's modulation frequency on the signaling systems at a nominal work mode of asynchronous traction electric drive, based on actual traffic mode parameters of the electric locomotives. By means of simulation, on the developed model that simulates the combined operation of real systems (rolling stock, traction power network, control system of traction converter) for the first time evaluated the impact of frequency modulation on the EMC criteria at not nominal work modes of asynchronous traction electric drive, as well as with account for commutation asymmetry process in power switches of traction converters. The obtained results allow developing scientific advice on the choice of rational bands of converter's frequency modulation in terms of improvement of electromagnetic compatibility with adjacent systems of DC electrified railways, thus extending the possibilities of further implementation of the DC electric locomotives with an asynchronous traction drive.
RU: Диссертация посвящена вопросу улучшения электромагнитной совместимости электровозов постоянного тока с асинхронным тяговым приводом (ЭПС с АТЭП) со смежными системами электрифицированных железных дорог за счет выбора соответствующей частоты модуляции выходного напряжения тяговым преобразователем частоты, питающим тяговый асинхронный двигатель. В основе выполнения исследований, проведённых в работе, лежит разработка экспериментальной установки, имитирующей работу основных составляющих АТЭП электровозов постоянного тока. Даная установка позволяет исследовать реальные режимы движения ЭПС с учётом приведения их основных параметров и исследуемых процессов к реальной системе через соответствующие масштабные коэффициенты. В работе их определение проводилось с использованием основных и дополнительных положений о подобии, а именно – третьей теории подобия и дополнительных положений о подобии сложных систем и о подобии нелинейных систем. В ходе установления подобия был предложен усовершенствованный метод установления коэффициентов подобия для нелинейных систем, которые имеют в своём составе одинаковые составляющие, но различные предельные параметры и который учитывает особенности тягового электропривода. С помощью экспериментальной установки проведены исследования влияния частоты модуляции тягового преобразователя ЭПС с АТЭП на показатели электромагнитной совместимости со смежными системами СЦБ при номинальном режиме его работы и определены те частоты, при использовании которых наблюдается наименьшее влияние рассмотренного ЭПС на указанные системы. В работе предложена усовершенствованная имитационная модель АТЭП, которая, в отличие от существующих, учитывает особенности системы тягового электроснабжения железных дорог постоянного тока, а также динамические показатели его функционирования при движении ЭПС по перегону. С помощью модели исследовано влияние частоты модуляции на контролируемые показатели электромагнитной совместимости в неноминальных режимах работы АТЭП. При этом установлено, что наиболее неблагоприятным режимом, с точки зрения негативного электромагнитного влияния, является режим частичного отказа системы управления тяговым преобразователем. Рассмотрены вопросы влияния на контролируемые показатели электромагнитной совместимости частоты модуляции тягового статического преобразователя ЭПС с АТЭП при наличии явлений коммутационной асимметрии силовых ключей. Данные исследования проводились в условиях имитационного моделирования и позволили установить, что данные явления не вносят существенных изменений в уже присутствующий спектр гармоник тока и напряжения, сформированный соответствующим режимом работы АТЭП. Полученные научные результаты позволили разработать рекомендации по выбору рациональных диапазонов частот модуляции тягового преобразователя ЭПС с АТЭП с точки зрения улучшения показателей электромагнитной совместимости последнего со смежными системами электрифицированных железных дорог постоянного тока, что расширяет возможности его дальнейшего внедрения.
EN: The thesis is devoted to the improvement of the EMC DC electric locomotives with an asynchronous traction drive with adjacent systems of electrified railways by means of selecting the appropriate frequency modulation of the traction frequency converter's output voltage for feeding a traction asynchronous motor. By using experimental setup, which is developed according to the main and additional provisions similarity theory, was conducted a researches for studies the impact of traction converter's modulation frequency on the signaling systems at a nominal work mode of asynchronous traction electric drive, based on actual traffic mode parameters of the electric locomotives. By means of simulation, on the developed model that simulates the combined operation of real systems (rolling stock, traction power network, control system of traction converter) for the first time evaluated the impact of frequency modulation on the EMC criteria at not nominal work modes of asynchronous traction electric drive, as well as with account for commutation asymmetry process in power switches of traction converters. The obtained results allow developing scientific advice on the choice of rational bands of converter's frequency modulation in terms of improvement of electromagnetic compatibility with adjacent systems of DC electrified railways, thus extending the possibilities of further implementation of the DC electric locomotives with an asynchronous traction drive.
Description
Захист – 28 квітня 2015 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Ю. Бондаренко: ORCID 0000-0002-5306-4820
Ю. Бондаренко: ORCID 0000-0002-5306-4820
Keywords
електромагнітна сумісність, електрорухомий склад, постійний струм, асинхронний привод, тяговий перетворювач, частота модуляції, теорія подібності, электромагнитная совместимость, электроподвижной состав, постоянный ток, асинхронный привод, тяговый преобразователь, частота модуляции, теория подобия, electromagnetic compatibility, DC rolling stocks, asynchronous drive, traction converter, modulation frequency, similarity theory, КЕТЕМ
Citation
Бондаренко Ю. С. Поліпшення електромагнітної сумісності асинхронних приводів електровозів постійного струму з суміжними системами електрофікованих залізниць : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.09. Дніпропетровськ, 2015. 20 с.