Кохреидзе Г.К., доктор техн.наук.профессор,

Ул.М.Цинамдзгвришвили, 68, Тбилиси 0102.Грузия.

E-mail:gmgmgkf @ mail.ru, телефон 599 170014

Прангишвили Г.В докторант ГТУ

Лаошвили Д.П., доктор техн. наук.профессор, Грузия

Пхакадзе Ш.А.,академический доктор энергетики и электроинженерий Тбилиси

Курашвили И. А. академический доктор энергетики и электроинженерий

Грузинский технический университет

Научно-инженерный центр электроэнергетики

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

Рассматривается единая выпрямительно-инверторная преобразовательная система тяговой подстанции по трехфазной мостовой схеме, нагруженный на тяговый двигатель постоянного тока электровоза с широтно-импульсным управлением [1,4,5].

Проведено математическое и компьютерное моделирование электромагнитных и электромеханических процессов при пуске и тяги электроподвижного состава (ЭПС).

Разработанная полупроводниковая преобразовательная система [1] состоит из: сети переменного напряжения 10 кВ; трехфазного тягового трансформатора; ведомую сетью трехфазного инвертора; контактной сети постоянного напряжения 3,3 кВ; трехфазного мостового выпрямителя тягового двигателя с широтно-импульсным управлением ЭПС; рельса; шин отсоса и бетонных реакторов.

Для расчета характеристик агрегатов и электромагнитных переходных процессов в их схемах необходимо знать параметры тяговых трансформаторов, индуктивности и сопротивления, сосредоточенные в анодных цепях.

Для точного описания процессов при пуске и в режиме тяги ЭПС в выпрямительном режиме необходимо рассматривать весь комплекс установки, как единая преобразовательная система, начиная от сети переменного напряжения 10 кВ тяговой подстанции, кончая до тягового двигателя постоянного тока электровоза с учетом контактной сети и рельсовой цепи.

Необходимо составить систему дифференциальных уравнений для расчетных схем (рис. 1рис. 2). В этих схемах учтено состояние транзисторного ключа 35 как во внекоммутационном, так и в коммутационном интервалах времени.

Для расчетных схем имеем соотношения:

· Во внекоммутационном интервале от до а) пуск и тяга ЭПС при включении транзисторного ключа 35 (рис. 1, а) и от до при выключении ключа 35 (рис. 1, б).

a)

b)

Рис. 1. Расчетная схема преобразовательной системы при пуске и в режиме тяги ЭПС при включении а) и при выключении б) транзисторного ключа 35 во внекоммутационных интервалах времени.

· В коммутационном интервале от до б) пуск и тяга ЭПС при включении транзисторного ключа 35 (рис. 2, а) и от до при выключенного состояния ключа 35 (рис. 2, б).

Для каждой расчетной схемы составляются уравнения электрического равновесия по мгновенным значениям переменных. В уравнениях учитываются значения заданных величин параметров полной цепи, указанные в соответствующих схемах: , , , , , , и эквивалентная механическая емкость якоря тягового двигателя в переходных режимах машины постоянного тока [2,3] :

от до (рис. 1,а) имеем уравнения:

a)

b)

Рис. 2. Расчетная схема преобразовательной системы при пуске и в режиме тяги ЭПС при включении а) и при выключении б) транзисторного ключа 35 в коммутационных интервалах времени.

; ;

; ;

; ;

; ;

; ; ; (1)

от до (рис. 1, б) имеем:

; ; ;

; ;

; ;

; ;

;

; ; ; (2)

от до имеем (рис. 2,а):

; ;

; ; ;

; ;

; ;

; ;

; (3)

от до (рис. 2,б) имеем уравнения:

; ; ;

; ; ;

; ;

; ;

; ;

(4)

Применением комплексного преобразования переменных исходные систем уравнении преобразуются в систему уравнений относительно результирующих комплексных обмоточных токов тягового трансформатора. При этом количество уравнений уменьшается до числа обмоточных токов.

В общем виде для результирующих комплексных величин введем следующие выражения [6]:

; ; ; ; (5)

где - углы, определяемые магнитными осями фаз силового трансформатора. В (5) использованы матрицы прямых и обратных преобразования переменных.

Из систем комплексных уравнений можно получить скалярные уравнения для действительных и мнимых составляющих результирующих величин по осям с целью дальнейшего решения задач методом компьютерного моделирования [3].

, (6)

где в (6) - матрица падении мгновенных значении напряжений на эквивалентных сопротивлениях полной цепи; - матрица эквивалентных индуктивностей и взаимных индуктивностей; - матрица производных результирующих токов в координатах .

Из (6) можно получить выражения матриц результирующих токов во всех обобщенных интервалах времени: ; ; ;

, (7)

где в (7) – обратная матрица эквивалентных индуктивностей и взаимоиндуктивностей; – начальные значения соответствующих результирующих токов в координатах в начале каждого внекоммутационного и коммутационного интервалов времени.

На основании (5), (7) можно составить структурную схему модели переходных процессов преобразователя для каждых интервалов времени с учетом наборов моделирующих элементов отдельных элементарных математических операций с выполнением требуемых условий их сопряжения [3,6].

Полученная структурная модель даст возможность исследовать и рассчитать электромагнитные и электромеханические переходные процессы во всех основных режимах работы в обобщенных внекоммутационных и коммутационных интервалах времени.

Рабочий цикл преобразовательной системы можно представить как чередование рассмотренных интервалов времени [6].

Для предложенной преобразовательной системы разработан алгоритм математического и компьютерного моделирования процессов в разных режимах работы системы в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кохреидзе Г.К., Лаошвили Д.П., Кохреидзе Д.К., Курашвили И.А. Трехфазный мостовой выпрямительно-инверторный преобразователь с широтно-импульсным управлением тягового двигателя постоянного тока. www.energyonline.ge №1(2) 2010.

2. Кохреидзе Г., Курашвили И., Инджия Л. Математическое и компьютерное моделирование внекоммутационных процессов в преобразователях тяговой подстанции по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором». «Энергия» №4(52) 2009. Тбилиси.

3. Кохреидзе Г., Инджия Л., Курашвили И. Математическое и компьютерное моделирование коммутационных процессов в полупроводниковых преобразователях тяговой подстанции с двухфазным уравнительным реактором. «Энергия». №4(52) 2009. Тбилиси.

4. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. М. Транспорт. 1983.

5. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги. М. Изд-во «Транспорт», 1983.

6. Лутидзе Ш.И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммутатором. «Энергия». М. 1968.

Кохреидзе Г.К.,Прангишвили Г.В. Лаошвили Д.П., Пхакадзе Ш.А.Курашвили И.А.

Электромагнитные переходные процессы при параллельной работы двигателя постоянного тока и трехфазного мостового выпрямительно-инверторного преобразователя

тяговой подстанции

АННОТАЦИЯ

В работе разработана единая выпрямительно-инверторная преобразовательная система тяговой подстанции по трехфазной мостовой схеме, нагруженная на тяговом двигателе постоянного тока электровоза с широтно-импульсным управлением.

Получены результаты электромагнитных и электромеханических процессов при пуске и тяги электроподвижного состава с учетом обобщенных внекоммутационных и коммутационных интервалов работы.

G. K. Kokhreidze,G.V.Prangishvili D. P. Laoshvili, SH.A.Pkhakadze,I.A.Kurashvili

Starting and traction modes of the direct current motor taking into account the three-phase bridge reversible converter of the traction substation

Annotation

In the work there is developed a uniform reversible conversion system of the traction substation according to three-phase bridge circuit, charged at direct-current railway motor of electric locomotive with time-proportional control.

There are obtained results of electromagnetic and electromechanical processes at starting and traction of the electric motive power taking into account generalized non-commutation and commutation intervals of work.