CC BY
9
УДК 629.423.1
КОСТ1Н М. О., САБЛ1Н О. I., НГКГТЕНКО А. В. (ДНУЗТ)
ВПЛИВ РЕКУПЕРАЦП ТА ВИБ1ГУ ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ НА ЙОГО ЕНЕРГЕТИЧН1 ПОКАЗНИКИ
Вступ
Як вiдомо, процес рекуперацп на електрору-хомому складi (ЕРС) застосовують з двома щ-лями: по-перше, для пригальмування (десь до 10 км/год) по!зда ^ по-друге, з метою повер-нення електроенерги заради зменшення И об'ему споживання на електротягу при розв'язанш проблеми енергозбереження. При цьому тяговий струм, змшюючи свiй напрямок протшання i стаючи генераторним, збiльшуе сво! технологiчнi коливання у порiвняннi з ко-ливаннями у «чисто» тяговому режима Г тодi, якщо навггь зазначенi змiни струму у тяговому режимi обумовлюють зниження енергетичних показниюв ЕРС i збiльшення в ньому додатко-вих втрат електроенерги [1], певно шдсилена рекуперацiею (та й виб^ом) динамiка змiни струму обумовить ще бiльше зниження енергетичних характеристик i не лише ЕРС, але й елементiв тягового електропостачання.
Тому метою ще! роботи i е оцiнити, хоча б в першому наближеннi, зазначений вплив рекуперацп та вибтв на дшянках системи електро-тяги постiйного струму; подiбнi опублiкованi роботи авторам не вщомь
Методи експериментальних дослiджень i теоретичних розрахункiв
Експериментальнi дослiдження необхщних величин i розрахунки енергетичних показниюв виконували для електровозiв i трамва!в.
Напруга Щ(1) на струмоприймачi i тяговий струм 1(1) ЕРС в режимi рекупераци являються випадковими функщями часу - випадковими процесами (рис. 1). Для отримання !х iмовiрнiс-тно-статистичних характеристик на дiючих д> лянках Придншровсько! залiзницi в процес реально! експлуатаци ЕРС було знято 40 реал>
зацiй Щ(1) та 1(1) для електровозу ДЕ1 i 15 реал> зацiй - для ВЛ8. К^м того, було отримано та-кож 15 реалiзацiй для трамваю типу Т3Д, що експлуатуеться на мюьких маршрутах електро-транспорту. Тривалють реалiзацiй ЕРС склала ~70 хв., для трамва!в ~30 хв. Реалiзацil на ДЕ1 фiксували з бортового комп'ютера електровозу, на ВЛ8 - за допомогою розроблено! мшропро-цесорно! системи. Вимiрювання напруги на струмоприймачi Щ(1) та тягового струму 1(1) трамваю виконувалось шляхом шдключення персонального комп'ютера (ПК) до його конт-рольно-вимiрювально! бортово! системи, що мютить датчики струму та напруги силового кола трамваю та аналогово-цифровий перетво-рювач (АЦП). Принципова схема контрольно-вимiрювальноl бортово! системи приведена на рис. 2, де силове коло трамваю умовно позна-чено змшним резистором Я (для трамваю з реостатним регулюванням) або силовим (ЮБТ) транзистором УТ (для тиристорного трамваю з iмпульсним регулюванням). В яко-стi датчикiв використано шдукцшш датчики фiрми ЬБМ, робота яких базуеться на ефект Холла. На рис. 2: ЬБМ(Т) та ЬБМ(Щ) це датчики струму та напруги, яю увiмкненi в силове коло трамваю, вщповщно, послщовно та паралельно. 1х встановлюють в безпосереднш близькостi вiд силового кабелю. По величин iндукцi! навколо нього в датчиках створю-еться сигнал, пропорцiйний вимiрюванiй елект-ричнш величинi. Даний сигнал е аналоговим i тому для запису далi вiн поступае на плату АЦП, де дискретизуеться з заданою тактовою частотою i зберiгаеться в деякiй базi даних. При експлуатацi! трамваю на дшянках дана шфор-мацiя накопичуеться i потiм переноситься на ПК для аналiзу та розрахункiв.
и, в
4000
3000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 с
а)
1000 1200 1400 1600 г, С
-1500
100
200
800
б) г)
Рис. 1 - Графши змши в чай напруги (а) та струму (б) трамваю Т3 Д, а також напруги (в) та струму (г) електровозу ВЛ8 в режимах тяги та рекуперацп
Реатзацп и(^) та I(^) рееструвались системою через штервал часу дискретизацп М, об-раний зпдно з теоремою Котельникова [1], як
л, 0,5
Л = -
и хв.
/в '
де /В - максимальна (верхня) частота спектру дослщжуемих функцш и(() та 1(0, що дор1внюе (1/2.. .1/3) с-1. Зпдно розрахункам частота виб> рки склала 1 с-1.
Пщведену до ЕРС (або рекуперуему) повну потужшсть S, а також И складов!, активну Р { реактивну по Фризе QФ визначали зпдно [2], а енергетичш показники, коефщент потужност X та коефщент реактивно! потужносп tg ф, - за виразами, приведеними в робот [1].
Результати розрахункiв та Тх аналп
В табл. 1 наведено потужносп та енергетич-ш коефщ!енти ЕРС у режим! рекупераци елект-ровоз1в ВЛ8. Як бачимо, електроенерпя, яка генеруеться рекуперащею тако! якосн, що кое-фщ!ент потужносп X електровоз1в помпно менше нормованого значення 0,92...0,95, а ко-ефщент реактивно! потужносп tg ф значно перевищуе допустиму величину 0,25. Зрозумь ло, що така неяюсна рекуперуема енерпя буде
Рис. 2 - Принципова схема тдключення ПК до кон-трольно-вимiрювальноi бортово!' системи трамваю для запису реалiзацiй Щ) та 1(0
Таблиця 1
№ по!зд-ки кВА Р, кВт Qф, квар X, в. о. ^ ф, в. о.
1 2 3 4 5 6
1. 714,32 564,153 53,248 0,790 0,777
2. 2222,9 1926,83 123,26 0,867 0,576
3. 1673,18 1562,27 95,344 0,934 0,384
4. 2569,86 2231,86 170,972 0,868 0,571
5. 2276,09 1972,43 211,091 0,866 0,576
© Електрифшащя транспорту, № 2. - 2011. 45
Таблиця 2
и , В I, А £, кВА Р , кВт вф, квар X, в. о.
З реостатним З вибЬом 714 312 116,1 223,1 0,52 190,5
регулюванням Без виб1гу 699 512 281,7 358,2 0,786 221,3
1 З 1мпульсним регулюванням З рекуперащею [ виб1гами 711 254 55,7 180,8 0,308 172,0
й & Без рекупераци [ з вибЬами 706 269 106,7 190,5 0,56 157,8
С Без рекупераци [ вибтв 697 345 174,3 241,0 0,723 166,4
Без рекупераци 705 251 106,8 177,3 0,602 141,5
З рекуперащею 710 226 58,9 161,0 0,336 126,2
обумовлювати некорисш додатковi втрати електроенерги не лише в силових тягових колах ЕРС, але i в проводах тягово! мереж1.
Аналогiчний, дещо навiть рiзкiший, характер впливу рекупераци на коефщент X спосте-рiгаeться у трамва!в (табл. 2): без рекупераци Х=0,602, а з рекуперацieю X зменшусться у 1,65 рази. Вибiги ЕРС (перериви тягового струму) теж негативно впливають на яюсть електроенерги: без вибiгiв Х=0,786, а з ними - Х=0,52.
В якост прикладу впливу вибiгiв в табл. 3 наведено додатковi втрати потужносп АР в ак-тивних опорах тягових двигушв електровоза ВЛ8 за реалiзацiями шести по!здок.
мому складi накопичувача електроенергil велико! енергоемносп, який при неробочому ходi ЕРС буде працювати в режимi тдзарядки, спо-живаючи енергiю з мережi певно! величини тягового струму. При переходi електровоза в тягу накопичувач повинен розряджатися, ш-дживлюючи його силовi кола. В такому випад-ку в тяговому режимi з мереж електровозом будуть споживатися вже меншi тяговi струми, оскiльки частина енерги, споживано! накопичу-вачем на виб^ах, буде повнiстю повертатися в силове коло ЕРС, а отже, в тяговому режимi на ЕРС будуть дiяти два потоки енерги - з тягово! мережi i накопичувача електроенерги.
Таблиця 3
« АР --100, Р % З виб1гами Без врахування часу вибгга
о п % АРр —р-100, Р % АР- -100, р % АРр -100, Р % АР-—--100, Р %
1 2 3 4 5 6
1 6,25 12,32 21,61 12,32 12,45
2 5,76 12,21 19,10 12,21 10,21
3 5,92 13,47 24,14 13,47 13,62
4 6,51 12,24 22,60 12,24 11,32
5 5,85 13,80 23,51 13,80 12,74
6 6,17 14,03 20,25 14,03 12,83
1з порiвняння даних стовпцiв 4 i 6 табл. 3 випливае, що вибiги, збiльшуючи реактивну складову тягового струму, обумовлюють вщпо-вiдно втрати електроенерги на 12.. .14% бiльше, шж без врахування часу вибiгiв.
Вщомо, що робота електровозiв без вибшв неможлива, тому паузи в тяговому струм^ а вiдповiдно, нестабiльне споживання ЕРС енер-гi! з тягово! мереж - це специфiчний техноло-гiчний характер тягового навантаження. Тому заслуговуе уваги питання установки на рухо-
Висновки
1. Пiд час рекуперативного гальмування ЕРС генеруеться електроенерпя низько! якостi, що спричинюе додатковi втрати енергi! в елемен-тах системи електрично! тяги.
2. Виб^и ЕРС те ж помггно зменшують його коефiцiент потужностi.
3. У зв'язку з зазначеним, потрiбнi докладш теоретичнi та експериментальнi дослщження процесiв рекуперацi! та вибiгiв ЕРС, виходячи iз умов необхiдностi розв'язання проблеми ене-ргозбереження на електричному транспорта
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Саблш О. I. Пiдвищення ефективностi елект-роспоживання електрорухомого складу пос-тшного струму: автореф. дис. ... на здобуття вчен. ступеня канд. техн. наук / Саблш Олег 1горович. - Дшпропетровськ, 2009. - 21 с.
2. Костш М. О. Методи визначення потужнос-тей в системах зi стохастичними електрое-нергетичними процесами // Технiчна елект-родинамiка. Тем. вип. ПСЕ - 2006. Частина 6, 2006. - С. 3-8.
