УРОВЕНЬ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ КАК СРЕДСТВО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Рассмотрим более подробно последний элемент тягового электропривода - источник энергии. Как упоминалось выше, источником энергии городского наземного электрического транспорта служат тяговая подстанция и тяговая сеть. Снизить потери электрической энергии на тяговых подстанциях можно повышением пульсовости выпрямительных агрегатов при преобразовании трехфазного переменного тока в постоянный. Однако и здесь имеется предел - повышение пульсовости не может быть бесконечным. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен далее.

Тяговая сеть - это специфическое звено в системе электроснабжения, посредством которой электроэнергия передается от источника к потребителю. Специфика тяговой сети заключается в том, что электрические параметры сети постоянно изменяются. Это вызвано, прежде всего, тем, что:

  • • в процессе эксплуатации вследствие механического контактирования провода с движущимся токоприемником происходит их износ, а следовательно, и возрастание электрического сопротивления провода;
  • • вследствие движения подвижного состава изменяется длина участка тяговой сети, соединяющая его с тяговой подстанцией;
  • • изменение температуры окружающей среды, а также нагревание контактного провода при протекании по нему тока приводят к изменению омического сопротивления контактной сети как в течение суток, так и по временам года.

Первый и третий из перечисленных факторов в рамках ограниченного временного интервала незначительно влияют на величину активного электрического сопротивления контактного провода, и поэтому ими можно пренебречь при рассмотрении электромагнитных процессов в цепи тяговая подстанция-контактная сеть-тяговый электрический привод при движении, например, по перегону.

Одним из радикальных путей снижения потерь электроэнергии в контактной сети является повышение напряжения, которое сопряжено с необходимостью ответа на ряд вопросов, основные из которых следующие:

  • • по каким критериям следует производить оценку возможности повышения напряжения;
  • • какова оптимальная величина уровня питающего напряжения;
  • • как повлияет повышение напряжения в контактной сети на остальные элементы электротехнического комплекса?

Повышение напряжения на любой электроустановке связано, прежде всего, с необходимостью решить две задачи:

  • • сохранение работоспособности электрооборудования;
  • • обеспечение электробезопасности при работе с новым уровнем питающего напряжения.

Электробезопасность установки определяется способностью изоляции ее токоведущих частей препятствовать протеканию токов утечки и появлению на корпусе электрооборудования опасного для жизни человека потенциала. В соответствии с градацией действующих «Правил устройства электроустановок» городской наземный электрический транспорт относится к электроустановкам до 1000 В. Поэтому электрооборудование его элементов рассчитывалось на работу в диапазоне напряжений до 1000 В. Вместе с тем следует учитывать и тот факт, что напряжение в контактной сети в рабочих режимах может подниматься согласно нормам до 20 % от номинального значения, равного UH0M = 600 В. Кроме того, существует регламентированная линейка питающих напряжений, которой надо придерживаться. Сопоставление этих факторов позволяет предположить, что максимально возможный уровень питающего напряжения в контактной сети может быть принят равным UHом = 825 В. Действительно, даже по достижении максимально допустимого приращения напряжения в сети оно не превысит 1000 В [28].

Под сохранением работоспособности электрооборудования подразумевается, прежде всего, выявление способности тягового привода выполнять свои функции при новом уровне питающего напряжения. И определяющим здесь будет номинальное напряжение тягового электродвигателя, которое равно 550 В для подвижного состава троллейбуса и 275 В - для трамвая. Применение импульсного управления при регулировании подачи электроэнергии в тяговый двигатель позволяет, как известно, стабилизировать величину напряжения на двигателе независимо от колебаний его в контактной сети. Более того, именно эта способность системы управления позволяет допускать некоторое повышение напряжения на двигателе (до 10 % от номинального значения) с целью увеличения скорости движения при пуске.

Особый интерес для рассмотрения представляет режим рекуперативного торможения. В процессе торможения с высоких скоростей движения напряжение на зажимах тягового электродвигателя, работающего в генераторном режиме, может быть поднято почти до двукратного по отношению к номинальному. Так, в частности, допустимое по условиям коммутации напряжение на коллекторе тягового двигателя троллейбуса типа ДК-211Б достигает при полном поле величины в 1000 В. Чтобы пояснить возможность реализации режима рекуперативного торможения, обратимся к рис. 1.35. На рисунке показаны электромеханические характеристики (скоростные) двигателя, приведенные к ободу колеса при полном поле и номинальном напряжении (кривая Vnn). Здесь же нанесены ограничения по сцеплению колеса с путевой структурой (кривая по j/), по предельно допустимым скоростям, предусмотренным «Правилами дорожного движения» (кривая Гппц) и заводом-изготовителем (кривая FK0HCTp), по напряжению источника питания (кривая по Unm) и максимально допустимому по условиям коммутации на коллекторе (кривая по ияоп).

Зона рабочих режимов

Рис. 1.35. Зона рабочих режимов

При пуске разгон с регламентированной величиной пускового ускорения осуществляется с постоянным током /п до достижения характеристики номинального напряжения при полном поле с последующим ослаблением его, если это необходимо. Рекуперативное же торможение двигателя можно выполнить в зоне, ограниченной кривыми допустимой скорости движения Уппд в городе (или Еконстр на междугородных трассах), тормозного тока /т0рм и кривой ограничения напряжения на коллекторе по предельно допустимому значению его на источнике питания (кривая по ?/ПИт)- Из рисунка видно, что эффективное торможение (с регламентированным замедлением) может осуществляться в этой зоне только по кривой /торм со скорости, определяемой положением точки а и ниже. Если напряжение на коллекторе поднять до величины допустимого по условиям коммутации, то зона рекуперативного торможения значительно расширится (добавится область а-б-в-е-а), а эффективное торможение может осуществляться со скорости, определяемой положением точки б и ниже.

Однако в этом случае схема электрических цепей подвижного состава претерпевает изменения. Для пояснения изменений воспользуемся схемой электрических цепей однодвигательного подвижного состава, показанной на рис. 1.36. Энергия к двигателю при пуске подводится ключом, выполненным на транзисторе VT1, в режиме рекуперативного торможения заданная величина тормозного тока в двигателе поддерживается ключом, выполненным на транзисторе VT2. При ограничении напряжения на коллекторе двигателя во время рекуперативного торможения на уровне максимально допустимого значения по источнику питания, т. е. 720 В, двигатель к конденсатору входного Г-образ- ного ZC-фильтра присоединяется непосредственно. Баланс напряжений в цепи рекуперации в этом случае описывается уравнением

Схема электрических цепей однодвига- тельного подвижного состава

Рис. 1.36. Схема электрических цепей однодвига- тельного подвижного состава

При поднятии напряжения на коллекторе выше 720 В избыточное напряжение необходимо скомпенсировать. С этой целью в цепь рекуперации вводится резистор R (в схеме показан пунктиром). Баланс напряжений в цепи рекуперации в этом случае описывается уравнением

При необходимости регулировать величину тормозного тока резистор к тому же должен быть переменным.

Поднятие напряжения на коллекторе двигателя до максимально допустимой величины при движении с конструкционной скоростью позволяет расширить зону рекуперации за счет добавления площади поля, ограниченной точками а-б-в-г-д-е-а. При этом значительно возрастает величина минимального тормозного тока (на рис. 1.35 из точки е переходит в точку в), а следовательно, и эффективность электрического торможения.

Потерь энергии, рассеиваемой в резисторе R, можно избежать, подняв напряжение источника питания до уровня 825 В. Кроме того, поднятие напряжения в контактной сети позволяет получить дополнительную экономию энергии за счет двойного эффекта - снижения потерь в тяговой сети в режиме пуска и в режиме торможения.

Расчеты, проведенные с подвижным составом троллейбуса, оснащенным тяговым электродвигателем типа ДК-211Б, показали, что общие потери энергии снижаются до 7,5 %. При этом доля потерь в тяговых сетях снижается до 50 %, а за счет исключения балластного резистора - до 6,5 %.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >