ВЫПРЯМИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЕТЕВОГО ТОКА

1. Аналитическое описание кривой тягового тока и расчет высших гармонических

Источником гармонических составляющих тока в системе электроснабжения переменного тока является преобразовательный агрегат электроподвижного состава (ЭПС). На ЭПС устанавливается мостовая схема выпрямления однофазного тока. На рис.1 приведена принципиальная схема неуправляемого (собранного на диодах) однофазного мостового выпрямителя. Гармонический спектр сетевого (потребляемого из тяговой сети) тока преобразователя электровоза переменного тока зависит от ходовой позиции, скорости движения, уровня напряжения на токоприемнике, места расположения электровоза и наличия других электровозов на фидерной зоне. Получить уточненный спектр сетевого тока электровоза при любом его расположении достаточно сложно.

- Напряжение тяговой сети; - напряжение вторичной обмотки преобразователя электровоза; - ток в первичной сети; - ток во вторичной сети; - анодное сопротивление; - рабочий ток электровоза.

Рис.1. Принципиальная схема преобразователя

При оценочных расчетах аналитическое описание кривой сетевого тока может быть упрощено, и в первую очередь за счет допущения, что выпрямленный ток в цепи двигателя идеально сглажен, то есть катодная индуктивность - индуктивность двигателя и сглаживающего реактора . В этом случае кривая сетевого тока будет иметь форму, показанную на рис. 2. Для математического описания сетевого тока в коммутационные интервалы времени, когда открыты все вентильные плечи нулевого или мостового выпрямителя, может быть получена схема замещения представленная на рис. 3,

Рис. 2.Временные диаграммы вентильного i₂ и сетевого i₁ токов при идеально сглаженном выпрямленном токе i_d (x_d =

Рис.3. Схема замещения преобразовательного агрегата электровоза для коммутационного интервала.

В коммутационном интервале все вентили в схеме открыты и поэтому ток будет протекать через открытые вентили, сопротивление которых близко к нулю, а не через двигатель, поэтому в схеме замещения для коммутационного интервала двигатель с их сопротивлением и сопротивлением можно не показывать.

Для этой схемы по второму закону Кирхгофа можно записать уравнение:

, где ,

После некоторых преобразований имеем:

,

Для того, чтобы найти выражение сетевого тока необходимо полученное выражение проинтегрировать. Окончательно, кривая сетевого тока описывается формулой:

,

- анодное сопротивление, приведенное к напряжению вентильной обмотки преобразовательного трансформатора электровоза U_2Л.

Ом

- амплитудное значение напряжения

Постоянная интегрирования А определяется из граничных условий:

при ωt = 0 i = I_d / k_T, cos(0) = 1, следовательно:

Таким образом, окончательно, выражение сетевого тока выглядит так:

1) При : ;

2) При : ;

3) При : ;

4) При : ;

Так как кривая обладает симметрией 3-его рода , то такая кривая содержит только нечётные гармоники. Чётные гармонические составляющие и постоянная составляющая равны нулю.

При симметричном режиме работы могут быть получены следующие формулы для расчёта спектральной характеристики тока, потребляемого ЭПС:

Амплитуда и начальная фаза k- ой гармонической составляющей сетевого тока равны:

– синусная составляющая амплитуды;

– косинусная составляющая амплитуды;

– начальная фаза k -ой гармоники, эл.град.

Таблица

Величины гармонических составляющих сетевого тока, потребляемого электровозом в удаленном от тяговой подстанции конце тягового плеча питания

Примечание. Для электроподвижного состава, работающего в режиме рекуперативного торможения значения гармоник повышаются примерно на 20%.