Научная статья на тему 'Энергообеспечение бортовых электромагнитов комбинированной системы левитации и тяги на переменном токе'

Энергообеспечение бортовых электромагнитов комбинированной системы левитации и тяги на переменном токе Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
55
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЛЕВИТАЦИИ И ТЯГИ / COMBINED LEVITATION AND TRACTION SYSTEM / СИСТЕМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ / POWER SUPPLY SYSTEM / ПУСКО-ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ / ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ / SEMICONDUCTOR CONVERTERS / STARTING AND BRAKING REGIMES

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Никитин Виктор Валерьевич, Стрепетов Владимир Михайлович

Введение. Комбинированная система левитации и тяги (КСЛТ) на переменном токе представляет собой разновидность системы электродинамического подвеса, в которой сила тяги и левитации создается одним комплектом бортовых электромагнитов, причем подъемная сила обеспечивается при любых скоростях движения экипажа, включая нулевую. Недостатками системы являются низкий энергетический фактор и сложность управления пуско-тормозными режимами. Областью применения подобной системы могут быть пассажирские перевозки внутри крупных городов и городских агломераций на расстояния до 100 км со скоростями до 150-200 км/ч. Цель. Целью работы является решение комплексной задачи обеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ электроэнергией с повышенным энергетическим фактором и возможностью управления всеми режимами движения. Метод (методология). Использовано математическое моделирование электромагнитных и электромеханических процессов с последующей оценкой технико-экономических параметров КСЛТ. Результаты. Предложен практически реализуемый вариант системы энергообеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ. Практическая значимость. Предложенный вариант системы энергообеспечения обладает существенными преимуществами перед ранее рассматривавшимися: возможностью гибко управлять всеми режимами движения КСЛТ при повышенном энергетическом факторе. Заключение. Система энергообеспечения КСЛТ на переменном токе от тяговой сети постоянного напряжения 3...5 кВ с размещением на борту экипажа автономных инверторов позволяет уменьшить массу бортового электрооборудования на 10-20%, минимизировать потребление неактивной мощности и гибко управлять всеми режимами движения экипажа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Никитин Виктор Валерьевич, Стрепетов Владимир Михайлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Vehicle Electromagnets Energy Supply of A.C. Combined Levitation and Traction System

Introduction. The combined levitation and traction system (CLTS) with alternating current represents a kind of electrodynamic suspension system in which the traction and levitation force are created by one set of onboard electromagnets, and the lifting force is provided at any speeds of the crew, including the zero speed. The disadvantages of the system are the low energy factor and the complexity of controlling the start-brake regimes. The scope of such a system can be passenger transportation within large cities and urban agglomerations for distances up to 100 km with speeds up to 150-200 km / h. Goal. The aim of the work is the solution of the complex problem of providing CLTS onboard electromagnets with electric power with an increased energy factor and the ability to control all driving regimes. Method (methodology). Mathematical modeling of electromagnetic and electromechanical processes with subsequent evaluation of technical and economic parameters of the CLTS were used. Results. A practically realizable version of the power supply system for the on-board electromagnets CLTS is proposed. Practical significance. The proposed version of the power supply system has significant advantages over previously considered ones: the ability to flexibly control all modes of CLTS traffic with an increased energy factor. Conclusion. The system of power supply of the CLTS with alternating current from the traction network of constant voltage 3... 5 kV with placement of autonomous inverters onboard the crew allows to reduce the mass of the on-board electrical equipment by 10-20%, to minimize the consumption of inactive power and to flexibly control all modes of the crew's movement.

Текст научной работы на тему «Энергообеспечение бортовых электромагнитов комбинированной системы левитации и тяги на переменном токе»

УДК 621.3.031:629.3.06

В. В. Никитин, В. М. Стрепетов

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (Санкт-Петербург, Россия)

ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ БОРТОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЛЕВИТАЦИИ И ТЯГИ НА

ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Дата поступления 24.07.2017 Решение о публикации 26.10.2017

Аннотация:

Введение. Комбинированная система левитации и тяги (КСЛТ) на переменном токе представляет собой разновидность системы электродинамического подвеса, в которой сила тяги и левитации создается одним комплектом бортовых электромагнитов, причем подъемная сила обеспечивается при любых скоростях движения экипажа, включая нулевую. Недостатками системы являются низкий энергетический фактор и сложность управления пуско-тормозными режимами. Областью применения подобной системы могут быть пассажирские перевозки внутри крупных городов и городских агломераций на расстояния до 100 км со скоростями до 150-200 км/ч.

Цель. Целью работы является решение комплексной задачи обеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ электроэнергией с повышенным энергетическим фактором и возможностью управления всеми режимами движения.

Метод (методология). Использовано математическое моделирование электромагнитных и электромеханических процессов с последующей оценкой технико-экономических параметров КСЛТ.

Результаты. Предложен практически реализуемый вариант системы энергообеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ.

Практическая значимость. Предложенный вариант системы энергообеспечения обладает существенными преимуществами перед ранее рассматривавшимися: возможностью гибко управлять всеми режимами движения КСЛТ при повышенном энергетическом факторе.

Заключение. Система энергообеспечения КСЛТ на переменном токе от тяговой сети постоянного напряжения 3...5 кВ с размещением на борту экипажа автономных инверторов позволяет уменьшить массу бортового электрооборудования на 10-20%, минимизировать потребление неактивной мощности и гибко управлять всеми режимами движения экипажа.

Ключевые слова: комбинированная система левитации и тяги, система энергообеспечения, пуско-тормозные режимы, полупроводниковые преобразователи.

Введение

В настоящее время возрождается интерес к разработке и созданию магнитолевитационных транспортных систем различного назначения [1 -

5], обусловленный стремлением повысить технико-экономические и экологические показатели транспортных систем. Одна из устойчивых тенденций заключается в разработке комбинированных систем, в которых рабочие электромагнитные усилия в направлениях различных координатных осей создаются одним источником магнитного поля.

Комбинированная система левитации и тяги на переменном токе (КСЛТ) представляет собой разновидность системы электродинамического подвеса, в которой тяговое и подъемное усилия создаются одним комплектом бортовых электромагнитов, питающихся переменным током (рис. 1). На борту экипажа КСЛТ размещены N однотипных электромагнитов, которые питаются однофазным переменным током, при этом намагничивающая сила (НС) бортовых электромагнитов первоначально подчиняется условию:

= 72 ш10 cos[Пt + л(т — 1)], т = 1,..., N. где wI0 - действующее значение НС бортового электромагнита;

О - циклическая частота напряжения питания электромагнитов.

I

И

В Et

El

Ii

v

J ^

T; а; ц=1

7

_X

III

Рис. 1. Комбинированная система левитации и тяги на однофазном переменном токе. I, III - непроводящие немагнитные области, II - область немагнитной проводящей путевой полосы, Т- толщина путевой полосы, h - высота подвеса экипажа.

Т

I

0

При таком условии система бортовых электромагнитов представляет собой переменно-полюсную магнитную систему, благодаря чему подъемная сила ^ создается при любой скорости движения V, включая нулевую. Это выгодно отличает данную систему от традиционного электродинамического подвеса с использованием электромагнитов с постоянной НС, при котором, как известно [6], подъемная сила возникает при скоростях движения не менее v=80...100 км/ч. При этом КСЛТ сохраняет такие важные преимущества систем электродинамического подвеса как большую высоту подвеса (100 - 150 мм), что весьма существенно в тяжелых климатических условиях, и естественную вертикальную устойчивость экипажа. Исследования показали, что наиболее целесообразно использование КСЛТ в пассажирских перевозках в городах

и в пределах городских агломераций на относительно небольшие расстояния 70...100 км со скоростями до 150...200 км/ч.

Недостатками КСЛТ, питающейся однофазным переменным током, является отсутствие пускового усилия Fxlv=0 = 0, низкое значение коэффициента мощности, а также необходимость глубокого охлаждения бортовых электромагнитов [7, 8].

Способы создания пускового усилия КСЛТ

Для создания пускового (или тормозного), усилия КСЛТ необходимо обеспечить пространственно-временной сдвиг НС бортовых электромагнитов, что позволит создать на период разгона (или торможения) магнитолевитационного экипажа прямую (обратную) бегущую волну магнитного поля. Одним из вариантов технического решения данной проблемы является конденсаторный способ пуска КСЛТ [9, 10]. Способ основан на подключении к обмоткам бортовых электромагнитов одной из переменно-полюсных систем активно-емкостных элементов (рис. 2) таким образом, чтобы их НС определялась соотношением

wlm(t) = V2 wl0 cos Ш + — (т — 1)], т = 1,..., N.

и

xT

xT

xT

xT

Однако показали энергетическую предложенного

исследования недостаточную эффективность способа: в

I1

ь

I1' YRi

пусковых активно-емкостных элементах будут возникать значительные потери мощности. Кроме этого, увеличатся массогабаритные показатели

бортового электрооборудования.

Более выгодным

техническим решением является применение на экипаже бортового полупроводникового преобразователя [11, 12], что позволит не только свести к минимуму потери мощности в пуско-тормозных режимах, но и минимизировать или вовсе исключить потребление реактивной мощности из тяговой сети. Кроме этого, при питании бортовых электромагнитов от полупроводникового преобразователя появляется возможность

Рис. 2.

Подключение пусковых активно-емкостных элементов при конденсаторном способе пуска КСЛТ.

обеспечения бегущего характера магнитного поля, что позволит улучшить характеристики транспортной установки с КСЛТ.

В этом случае изменение НС бортовых электромагнитов во времени подчиняется условию:

= 72 ш10 cos[Пt + д(т — 1)], т = 1,..., N. где д - фазовый сдвиг между НС соседних электромагнитов. Заметим, что д=п определяет исходный стационарный режим движения КСЛТ, а д=п/2 соответствует конденсаторному способу пуска КСЛТ. Практический интерес представляют зависимости удельных (приходящихся на один электромагнит) сил тяги / и левитации / от угла д на разных частотах / питающего напряжения. Такие зависимости представлены на рис. 3 и рис. 4 для следующих основных параметров транспортной установки с КСЛТ: НС бортового электромагнита wI0=5•104 А; удельное сопротивление путевой проводящей полосы 1/а=3,2^10"8 Омм; толщина путевой полосы Т=0,02 м; отношение половины ширины электромагнита к расстоянию между центрами соседних электромагнитов а/т=0,6. Отношение половины длины электромагнита к расстоянию между центрами соседних электромагнитов обозначено Ь/т.

кН

1,0

0,5

/, 0,1/ / Ь/т = 0,6 \

/ 0,6__ / .—1

Ь/т = 0,5 С

кН

1,0

0,5

/, 0,/

100 10 / : 30 "" \10

/ / = 30 ■> с 50 С

100

30о

60°

90°

120°

150°

180°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

Рис.3.

Зависимости удельных сил тяги (сплошные линии) и левитации (пунктирные линии) от угла регулирования д при частоте/=5 Гц различных значениях параметра Ь/т.

Рис. 4.

Зависимости удельных сил тяги (сплошные линии) и левитации

(штриховые линии) от угла регулирования д при различных частотах питания /с и Ь/т=0,6.

0

0

Системы питания бортовых электромагнитов КСЛТ

Для обеспечения безопасности и удовлетворительных эксплуатационных свойств транспортной установки с КСЛТ система питания бортовых электромагнитов должна соответствовать ряду общих требований: бесперебойность питания, плавность регулирования скорости, тягового и тормозного усилия, минимальные искажения формы тока бортовых электромагнитов, минимальное содержание гармоник в токе тяговой сети, высокая энергоэффективность.

Размещение статических преобразователей энергии на экипаже КСЛТ характеризуется рядом преимуществ по сравнению с вариантом стационарного размещения преобразователей: обеспечивает гибкое и независимое управление экипажами, что облегчает задачу регулирования объемов движения при колебаниях пассажиропотоков, упрощаются и удешевляются преобразовательные агрегаты тяговых подстанций, бортовые преобразователи обеспечивают возможность управления всеми режимами движения - пуском, движением по участку, торможением. Рассмотрены два варианта энергообеспечения бортовых электромагнитов: электроснабжение от сети постоянного напряжения ис=3 ... 5 кВ и сети переменного напряжения такого же уровня. Поскольку реализуемые скорости движения относительно невелики (до 150 - 200 км/ч), предполагается использование подвижного токосъема с контактного рельса. Принципиальные схемы обоих вариантов представлены на рис. 5 и рис. 6.

Рис. 5.

Система питания бортовых электромагнитов КСЛТ от сети постоянного напряжения.

Рис. 6.

Система питания бортовых электромагнитов КСЛТ от сети переменного напряжения.

Предварительные оценки, выполненные авторами [12], показали, что для маршрутов движения протяженностью до 100 км со скоростями до 150200 км/ч этим требованиям в наибольшей мере (при минимальных массе и габаритах бортового электрооборудования) соответствует система питания транспортной установки с КСЛТ в виде тяговой сети постоянного

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

напряжения и двух бортовых автономных инверторов на экипаже. Один из инверторов питает бортовые электромагниты, образующие переменно-полюсную систему, с нечетными номерами, другой - с четными номерами. Это позволяет обеспечивать требуемый угол сдвига ^ между волнами НС бортовых электромагнитов в режимах пуска, установившегося движения и электрического торможения. Такой вариант энергообеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ обеспечивает гибкое, независимое управление экипажами и при необходимости облегчает задачу регулирования объемов движения. Наличие звена постоянного тока (тяговой сети) в системе электроснабжения минимизирует потребление неактивной мощности и снижает потери мощности в тяговой сети. Кроме этого, обеспечивается меньшая кратность преобразования энергии, меньшие массогабаритные характеристики бортового оборудования, упрощаются условия использования бортового источника резервного питания (ИРП), обеспечивающего бесперебойность питания электромагнитов тяги и левитации при нарушениях токосъема от стационарной тяговой сети.

Заключение

Введение в структуру системы энергообеспечения бортовых электромагнитов КСЛТ статических преобразователей позволит гибко управлять движением экипажей по заданному маршруту в режимах пуска, установившегося движения и торможения. Система энергообеспечения со статическими преобразователями обеспечит снижение массы бортового оборудования экипажа на 10-20% по сравнению с системой, использующей конденсаторный способ пуска. Наиболее целесообразно энергообеспечение бортовых электромагнитов от сети постоянного напряжения 3...5 кВ при использовании двух бортовых автономных инверторов напряжения с регулируемой величиной, частотой и начальной фазой основной гармоники выходного напряжения.

Библиографический список

1. Антонов Ю. Ф. Магнитолевитационная транспортная технология / Ю. Ф. Антонов, А. А. Зайцев; под ред. В. А. Гапановича. - М.: Физматлит, 2014. - 476 с.

2. Магнитолевитационный транспорт: научные проблемы и технические решения / под ред. Ю. Ф. Антонова, А. А. Зайцева.

- М.: Физматлит, 2015. - 612 с.

3. Зайцев А. А. Транспорт на магнитном подвесе / А. А. Зайцев, Г. Н. Талашкин, Я. В. Соколова; под ред. А. А. Зайцева.

- СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - 160 с.

4. Зайцев А. А. Магнитолевитационные транспортные системы и технологии // Железнодорожный транспорт. - 2014. - № 5. - С. 69-73.

5. Антонов Ю. Ф. Магнитолевитационная технология как транспортная стратегия грузовых и пассажирских перевозок / Ю. Ф. Антонов, А. А. Зайцев, А. Д. Корчагин, В. Ф. Юдкин // Магнитолевитационные транспортные системы и технологии: труды 2-й Междунар. научн. конф. Санкт-Петербург, 17-20 июня 2014 г. - Киров: МЦНИП, 2014. - С. 22-49.

6. Сика З. К. Электродинамическая левитация и линейные синхронные двигатели транспортных систем / З. К. Сика, И. И. Куркалов, Б. А. Петров. - Рига: Зинатне, 1988. - 258 с.

7. Байко А. В. Система левитации и тяги на переменном токе /

A. В. Байко, В. М. Кочетков // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 1985. - № 11. - С. 24-31.

8. Байко А. В. Электродинамические характеристики комбинированной системы левитации и тяги на переменном токе в пусковых режимах работы / А. В. Байко, В. М. Стрепетов // Электричество. - 2006. - № 10. - С. 42-46.

9. Байко А. В. Конденсаторный способ пуска ВСНТ с комбинированной системой левитации и тяги на переменном токе / А.

B. Байко, А. И. Хожаинов // Электричество. - 1991. - № 4. - С. 30-41.

10. Устройство тяги на переменном токе транспортного средства / Хожаинов А. И., Середа Г. Е., Милютин В. А., Стрепетов В. М. Свидетельство на полезную модель № 11513. Выдано российским агентством по патентам и товарным знакам; заявлено 07.04.1999 г., опубл. в Бюлл. изобр., №10 - 16.10. 1999.

11. Bayko A. V., Strepetov V. M. Estimation of influence of entrance converter of the A.C. levitation and traction combined system of system power supply // Proc. of the 6-th international conference on unconventional electromechanical and electrical system «UEES-04», 24-29 September 2004. Alushta. Ukraine. pp. 805-810.

12. Никитин В. В. Варианты схем электроснабжения транспортного средства с комбинированной системой левитации и тяги на переменном токе / В. В. Никитин, В. М. Стрепетов, А. С. Волювач // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2010. - №3-4. - С. 54-62.

Сведения об авторах:

НИКИТИН Виктор Валерьевич, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры "Теоретические основы электротехники", Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" E-mail: [email protected]

СТРЕПЕТОВ Владимир Михайлович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Теоретические основы электротехники", Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" E-mail: [email protected]

© НИКИТИН В. В., СТРЕПЕТОВ В. М., 2017

UDC 621.3.031:629.3.06

Victor V. Nikitin, Vladimir M. Strepetov

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University (St. Petersburg, Russia)

VEHICLE ELECTROMAGNETS ENERGY SUPPLY OF A. C. COMBINED LEVITATION AND TRACTION SYSTEM

Date of receipt 24.07.2017 Decision to publish on 26.10.2017

Abstract:

Introduction. The combined levitation and traction system (CLTS) with alternating current represents a kind of electrodynamic suspension system in which the traction and levitation force are created by one set of onboard electromagnets, and the lifting force is provided at any speeds of the crew, including the zero speed. The disadvantages of the system are the low energy factor and the complexity of controlling the start-brake regimes. The scope of such a system can be passenger transportation within large cities and urban agglomerations for distances up to 100 km with speeds up to 150-200 km / h.

Goal. The aim of the work is the solution of the complex problem of providing CLTS onboard electromagnets with electric power with an increased energy factor and the ability to control all driving regimes.

Method (methodology). Mathematical modeling of electromagnetic and electromechanical processes with subsequent evaluation of technical and economic parameters of the CLTS were used.

Results. A practically realizable version of the power supply system for the on-board electromagnets CLTS is proposed.

Practical significance. The proposed version of the power supply system has significant advantages over previously considered ones: the ability to flexibly control all modes of CLTS traffic with an increased energy factor.

Conclusion. The system of power supply of the CLTS with alternating current from the traction network of constant voltage 3 ... 5 kV with placement of autonomous inverters onboard the crew allows to reduce the mass of the on-board electrical equipment by 10-20%, to minimize the consumption of inactive power and to flexibly control all modes of the crew's movement.

Key words: combined levitation and traction system, power supply system, starting and braking regimes, semiconductor converters.

Introduction

At present, interest in development and creation of magnetic levitation transport systems of different functions [1 - 5] is being revived. This interest is caused by a tendency to increase technical and economic, ecological features of transport systems. One of the sustainable tendencies consists in design of combined systems in which electromagnetic forces in different coordinate axes directions are generated by one source of magnetic field.

The combined levitation and traction system (CLTS) with alternating current represents a type of electromagnetic suspension system in which traction and lifting forces are created by virtue of one set of onboard electromagnets, powered by alternating current (pic. 1). The crew car of CLTS is equipped with N single-type magnets, powered by single-phase alternating current, where magnetomotive force (MF) initially follows the condition:

wlm(t) = V2 wl0 cos[Ht + n(m — 1)], m = 1,..., N. where wI0 - acting figure of MF of onboard electromagnet;

Q - angular frequency of the power of electromagnets.

AZ

IS

I

El BE

El

v

J ^

II

T; a; |=1

7

A M/

III

Pic. 1.

The combined levitation and traction system (CLTS) with alternating current. I, III - non-conductive non-magnetic areas, II - area of non-magnetic conductive guidance, T - thickness of guidance, h - height of car suspension.

T

I

0

Under this condition, the onboard electromagnetic system is an alternating-pole magnetic system, which makes it possible for the lifting force Fz to be generated at any speed V, including zero speed. This favourably distinguishes this system from the conventional electrodynamic suspension with the permanent MF, in which, as it is known [6], lifting force occurs at minimum speeds of v=80...100 km/h. Furthermore, CLTS preserves such important advantages of electrodynamic suspension systems as a large suspension height (100 - 150 mm), which is crucial in harsh climate conditions, and the natural vertical stability of the crew. Researches have shown that it would be most advisable to apply CLTS in urban passenger transportation and within urban agglomerations for relatively short distances of 70-100 km, with speeds of 150-200 km/h.

The disadvantages of CLTS, which is powered by single-phase alternating current, are the lack of starting force Fxlv=0 = 0, low power coefficient, as well as the necessity of deep cooling of onboard electromagnets [7, 8].

Ways of Producing Starting Force in CLTS

In order to produce starting (or braking) force of CLTS, it is necessary to ensure a space-time shift of MF of onboard electromagnets, which will enable creating a direct (reverse) travelling wave of magnetic field for the period of

acceleration (or braking). One of the options of technical solution of this problem is a capacitor start of CLTS [9, 10]. The option is based upon onboard electromagnet windings' connecting to one of alternating-pole systems of active-capacitive elements (pic. 2) in a way that their MF is determined by correlation

wlm(t) = wl0 cos tit + — (m — 1)], m = 1, ...,N.

Yet studies have shown insufficient energy efficiency of the proposed option: starting active-capacitive elements will face significant loss of power. Besides, there will also be increase of weight and dimension parameters of onboard equipment.

A more profitable technical solution is application of onboard semiconductor converter [11, 12],

which enables not only to minimise loss of power in start-and-brake modes, but also to minimise or totally exclude the consumption of reactive power in electric traction network.

Besides, in case onboard electromagnets are powered by semiconductor converter, the possibility of ensuring a travelling magnetic wave arises, making it feasible to improve properties of transport with CLTS.

In this case, the alteration of MF of onboard electromagnets in time follows the condition:

wlm(t) = J2 wl0 cos[Ht + g(m — 1)], m = 1,..., N. where g - phase shift between MF neigbouring electromagnets. It should be noted that g=n determines the initial stationary mode of CLTS motion, and g=n/2 corresponds to the capacitor start mode of CLTS. Practical interest is represented by dependence of specific (those falling on one electromagnet) forces of traction fx and levitation fz on the angle g at different frequencies fc of supply voltage. Such dependences may be seen in pictures 3 and

4 for the following basic parameters of transport with CLTS: MF of onboard electromagnet w/0=5^104 A; specific resistance of the guidance 1/a=3,2-10-8 om-m; thickness of the guidance is T=0,02 m; the ratio of half a thickness of electromagnet to the distance between the centres of neighbouring electromagnets a/x=0,6. The ratio of half of the thickness of electromagnet to the distance between the centres of neighbouring electromagnets is marked by b/x.

u

xT

xT

x

xT

x

x

L

Pic. 2.

Connection of starting active-capacitive elements in capacitor start of CLTS ontion.

r

r

r

r

kH

1,0

0,5

kH

1,0

0,5

0 30o 60o 90o 120o 150o 180'

Pic.3.

Dependence of specific forces of traction (solid lines) and levitation (dashed lines) on control angle ç at frequency offc=5 Hz of different figures of parameter bh.

0 30o 60o 90o 120o 150o 180o

Pic. 4.

Dependence of specific forces of traction (solid lines) and levitation (dashed lines) on control angle ç at different frequencies of supplyf and b/T=0,6.

Systems of Supply of Onboard Electromagnets of CLTS

In order to provide security and satisfying operation properties of transport with CLTS, the system of supply of onboard electromagnets should meet a number of common requirements: uninterrupted power supply, smoothness of speed control, traction and braking force, minimum deviation of current waveform of onboard electromagnets, minimum harmonic motion content in the traction network current, high energy efficiency.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Deployment of static converters of energy on the crew car of CLTS is characterised by a range of advantages in comparison with a stationary deployment of converters: it ensures flexible and independent operation of crew cars, making it easier to control traffic volume during changes of passenger traffic, it results in converter aggregates of traction substation becoming more simplified and cheaper, onboard converters ensure the possibility of operation of all modes of traffic - start, movement and braking. The two options of power supply of onboard electromagnets are considered: power supply from a direct current network Uc = 3-5 kV and an alternating current network of the same level. Since the speeds being realised are relatively low (up to 150-200 km/h), there is an intention to use a movable current collector from a third rail. The schemes of the both options are represented in the pictures 5 and 6.

Pic. 5.

System of power supply of onboard electromagnets from a direct current network

Pic. 6.

System of power supply of onboard electromagnets of CLTS from an alternating current network

Pre-estimates made by the authors [12] have shown that for traffic routes up to 100 km with speeds up to 150-200 km/h, these requirements are most closely (given the minimum weight and dimensions of the onboard equipment) met by the system of power of transport with CLTS as a traction network of direct current and two onboard autonomous inverters in crew car. One of the inverters powers onboard electromagnets with odd numbers, forming an alternating pole system, the other - that with even numbers. This allows providing a required angle of shift q between waves of MF of onboard electromagnets in starting, moving (action) and electric braking modes. Such type of power supply of onboard electromagnets of CLTS ensures flexible, independent control of crew cars and, if needed, facilitates control of traffic volume. Having a DC link (traction network) in the electric power supply system minimises consumption of inactive power and reduces loss of power in traction network. Moreover, lower energy conversion rates are provided, as well as smaller weight and dimension properties of onboard equipment. The conditions of application of onboard uninterruptible power supply (UPS) are simplified, which ensures uninterruptible power supply of traction and levitation electromagnets in case of failure of current collector of stationary traction network.

Conclusion

Implementation of static converters into the structure of onboard electromagnets power supply system of CLTS will allow to flexibly operate traffic of crew car on the set route in starting, action and braking modes. System of power supply with static converters will ensure reduce of onboard equipment weight by 10-20 per cent compared to the system with a capacitor start. It is most expeditious to use power supply of electromagnets of direct current network of 3-5 kV with

two onboard autonomous inverters with a controlled value, frequency and starting phase of basic harmonic output voltage.

References

1. Antonov Yu. F. & Zaitsev A. A. Magnitolevitatsionnaya transportnaya tehnologia [Magnetic Levitation Transport Technology]. Moscow, 2014. 476 p.

2. Antonov Yu. F. & Zaitsev A. A. Magnitolevitatsionnyi transport: nauchnye problemy i technicheskie reshenia [Magnetic Levitation Transport: scientific problems and technical decisions]. Moscow, 2015. 612 p.

3. Zaitsev A. A., Talashkin G. N. & Sokolova Ya. V. Transport na magnitnom podvese [Transport on magnetic suspension]. St. Petersburg, 2010. 160 p.

4. Zaitsev A. A. Zheleznodorozhny Transport - Railway Transport, 2014, No5, pp. 69-73.

5. Antonov Yu. F., Zaitsev A. A., Korchagin A. D. & Yudkin V. F. Magnitolevitatsionnaya tehnologia kak transportnaya strategia gruzovykh i passaghirskikh perevozok (Magnetic levitation technology as transport strategy for freight and passenger transportation) Magnitolevitatsionnye transportnye systemy i tehnologii: trudy II mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii [Proc. 2nd Int. Scientific Conf. "Magnetic Levitation Transport Systems and Technologies"]. St. Petersburg, 2014, pp. 22-49.

6. Sika Z. K., Kurkalov I. I. & Petrov B. A. Electrodinamicheskaya levitatsia i lineinye sinchronnye dvigateli transportnykh sistem [Electrodynamic levitation and linear synchronous motors of transport systems]. Riga, 1988. 258 p.

7. Baiko A. V. & Kochetkov V. M. Izvestia vysshikh uchebnykh zavedenii. Electromekhanika - News of higher educational institutions. Electromechanics, 1985, No 11, pp. 24-31.

8. Baiko A. V. & Strepetov V. M. Elektrichestvo - Electricity, 2006, no. 10, pp. 42-46.

9. Baiko A. V. & Khozhainov A. I. Elektrichestvo - Electricity, 1991, no. 4, pp. 30-41.

10. Khozhainov A. I., Sereda G. E., Milutin V. A. & Strepetov V. M. Traction Unit with Alternating Current for Transport System. Certificate of utility model No. 11513. Declared 07.04.1999, published in Bulletin of inventions, no. 10, 16.10.1999.

11. Bayko A. V. & Strepetov V. M. Estimation of influence of entrance converter of the A.C. levitation and traction combined system of system power supply. Proc. of the 6-th international conference on unconventional electromechanical and electrical system «UEES-04», 24-29 September 2004. Alushta. Ukraine. pp. 805-810.

12. Nikitin V. V., Strepetov V. M. & Voluvach A. S. Izvestia vysshikh uchebnykh zavedenii. Problemy energetiki - News of higher educational institutions. The problems of Power Engineering, 2010, no. 3-4, pp. 54-62.

Information about authors:

Victor V. NIKITIN, Dr. Sc. (Tech), associate professor, professor of Theoretical fundamentals of electrical engineering department of Emperor Alexander I Petersburg State Transport University

E-mail: [email protected]

Vladimir M. STREPETOV, Cand. Sc. (Tech), associate professor, associate professor of Theoretical fundamentals of electrical engineering department of Emperor Alexander I Petersburg State Transport University E-mail: [email protected]

© Victor V. NIKITIN, Vladimir M. STREPETOV, 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.