авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка устройства удаления гололеда с двойного контактного провода импульсно-резонансным методом на основе управляемого преобразователя

-- [ Страница 2 ] --
  1. Трансформатор УУГ имеет небольшую мощность (400-1000кВА) и значительную долю активной составляющей напряжения короткого замыкания, что усиливает нелинейный характер коммутации;
  2. УУГ имеет кратковременный режим работы импульсного характера, что позволяет в целях экономической целесообразности использовать трансформатор меньшей мощности (снизить расчетную мощность трансформатора). При этом в течение импульса трансформатор работает в режиме перегрузки, что приводит к увеличению длительности коммутации;
  3. Нагрузкой преобразователя УУГ является петля контактной сети, обладающая активным сопротивлением и конечным значением индуктивности, определяющей величину пульсаций выпрямленного тока, а также характер нарастания и спадания импульса тока. Таким образом, учет величины индуктивности необходим при анализе формы импульсов тока.
  4. При формировании преобразователем импульсов частотой 2-4Гц с коэффициентом заполнения меньше 0,5 переходный процесс занимает значительную долю длительности импульса. Поэтому учет переходного процесса необходим при определении параметров преобразователя.
  5. В зависимости от параметров подвески преобразователь работает при различных и в том числе значительных углах регулирования тиристоров, при этом форма выпрямленного тока резко отличается от идеально сглаженной.

Перечисленные особенности преобразователя УУГ приводят к значительным погрешностям при его расчете с допущениями, правомерными для мощных преобразователей.

При разработке математической модели приняты следующие допущения:

  • тиристоры идеальны, падением напряжения в них пренебрегаем;
  • все активные и индуктивные сопротивления линейны;
  • преобразователь является симметричным;
  • намагничивающие токи трансформаторов не учитываются;
  • собственные емкости элементов электрооборудования пренебрежимо малы.

Метод расчета электромагнитных процессов преобразователя основан на составлении и решении системы линейных дифференциальных уравнений для расчетных схем коммутационных и межкоммутационных промежутков времени. Решением уравнений в общем случае являются функции, содержащие синусоидальную и экспоненциальную составляющие. Начало коммутации определяется с учетом падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях цепи переменного тока. Угол естественного открытия вентиля и момент окончания коммутации определяются из трансцендентных уравнений численным методом с погрешностью 0,01эл.град.

Поинтервальная повторяемость структуры расчетных схем приводит к идентичным решениям дифференциальных уравнений, отличающимся в течение переходного процесса только постоянными интегрирования. При наступлении квазиустановившегося режима постоянные интегрирования перестают меняться, углы естественного открытия и длительность коммутации остаются неизменными.

Для получения аналитических функций мгновенных значений токов и напряжений установившегося режима рассматривается переходный процесс при включении преобразователя до момента времени, когда переходные процессы, обусловленные коммутацией вентилей, идентично повторяются.

Используя выражения функций токов для установившегося режима, найдены аналитические соотношения для определения средних значений выпрямленного тока и напряжения. Для определения действующих значений получены аналитические выражения коэффициентов Фурье, а также формулы для непосредственного вычисления действующих значений выпрямленного тока, тока плеча и фазы преобразователя, выпрямленного напряжения и напряжения вентильной обмотки, а также падения напряжения в петле контактной сети, фидерах и фазе трансформатора.

Четвертая глава посвящена разработке и результатам испытаний макетного и опытного образцов УУГ ИРМ.

Экспериментальные исследования проводились на модели контактной подвески 2МФ100+М120, натянутой между стенами учебной аудитории №100 здания УрГУПС, и имеющей длину 14,6 м. Модель содержит стяжное устройство, позволяющее регулировать натяжение контактных проводов в небольших пределах, изоляторы, стяжные зажимы, позволяющие изменять величину зазора между контактными проводами, пружину, имитирующую упругость контактных проводов реального пролета. Контактные провода присоединены к несущему тросу двумя изолированными струнами. Среднее натяжение каждого контактно провода составляет 2кН.

Для подачи в контактную подвеску импульсов тока с частотой механического резонанса контактных проводов была изготовлена модель установки удаления гололеда.

В процессе исследований проводились измерения числа колебаний контактных проводов до начала их соударений n и величины размаха контактных проводов А (максимальное расстояние между осями контактных проводов) в зависимости от величины пропускаемого по контактным проводам тока при различных зазорах =30, 35, 40 и 45 мм.

Анализ результатов экспериментальных исследований показал:

  • при пропускании по парным контактным проводам импульсного тока с частотой их собственных колебаний, происходит раскачка этих проводов, сопровождающаяся соударениями;
  • раскачка проводов до соударений производится с частотой собственных колебаний контактных проводов; при возникновении соударений частоту подаваемых импульсов следует увеличить на 1,5-2% для обеспечения стабильного характера соударений;
  • с увеличением зазора контактных проводов величина минимального тока, необходимого для соударений, возрастает. Так например, при прямоугольной форме импульсов со скважностью 2 для длины пролёта 14,6 м и натяжении контактных проводов 2 кН соударения были получены при минимальных значениях тока, приведенных в таблице 1;
  • необходимое число колебаний до начала соударений уменьшается с увеличением тока по закону, близкому к экспоненциальному; с увеличением зазора число колебаний до первого удара нелинейно возрастает.

Таблица1.

Минимальные значения токов раскачки при различных зазорах

, мм 30 35 40 45
Iк.пр, А 54 83 102 121

Данная модель позволила спрогнозировать поведение установки в реальных условиях. Была экспериментально доказана возможность раскачки парных контактных проводов и приведения их в соударения силами электромагнитного взаимодействия.

Дальнейшие исследования проводились в направлении разработки действующего макета установки для удаления гололёда и его испытания на рабочем полигоне контактной сети.

Макет устройства удаления гололеда импульсно-резонансным методом (УУГ ИРМ) был выполнен на базе трехфазного сварочного аппарата постоянного тока Etronithy-600 мощностью 30 кВА, содержащего трансформатор, полууправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, блок управления и реактор в цепи выпрямленного тока. Дополнительно в разрез цепи управления тиристорами выпрямителя включено трехфазное твердотельное оптореле переменного тока 5П36.30ТМА1-20-8, входные зажимы которого присоединены к выходу генератора сигналов специальной формы Г6-28, способному изменять частоту выходных сигналов. Благодаря установленному трехфазному ключу, шунтирующему оптореле, макет УУГ ИРМ может работать в двух режимах: импульсном, при котором с помощью генератора Г6-28 обеспечивается необходимая для раскачки и соударений контактных проводов частота прямоугольных импульсов силового тока (до 550 А), и непрерывном, дающим возможность установить и зафиксировать нужное значение тока. В силовую цепь выпрямленного тока дополнительно включены токоограничивающие резисторы и шунт для возможности определения силы и формы тока с помощью милливольтметра и осциллографа.

В 2005г. на полигоне контактной сети ЭЧК были успешно проведены натурные испытания действующего макета УУГ ИРМ. В пролете контактной подвески типа МСМ70+2МФ100 длиной 65 м было установлено натяжение контактных проводов, равное 7 кН на провод, и зазор между осями контактных проводов, равный 55 мм. Пролет содержал 9 струн с врезанными изоляторами; износ контактного провода, оцениваемый высотой сечения, составлял 8 мм. При включении макета УУГ ИРМ в импульсном режиме по контактным проводам протекал ток в виде импульсов прямоугольной формы с частотой 1,27 Гц, равной частоте их механического резонанса.

Зафиксировано, что при токе контактного провода 160А контактные провода раскачивались и приходили в стабильные соударения спустя 4 импульса тока, т.е. через 3,2 секунды после включения УУГ ИРМ в импульсном режиме. Размах колебаний в середине пролета составлял 68 мм между осями контактных проводов. При токе контактного провода 250А соударения возникли на 2 импульсе. Размах колебаний составил 72 мм.

Таким образом, успешно проведенные натурные испытания доказали возможность раскачки парных контактных проводов и приведения их в соударения в одном пролете реальной контактной подвески, а также подтвердили закономерности, полученные на моделях УУГ и контактной подвески.

Действующий макет УУГ ИРМ прошел также натурные испытания на полигоне контактной сети железнодорожного техникума в зимних условиях. В пролете контактной подвески типа МСМ70+2МФ100 длиной 23 м было установлено предельно допустимое для полигона натяжение контактных проводов, равное 4,5 кН на провод, и зазор между осями контактных проводов, равный 55 мм. Пролет содержал 2 струны с врезанными изоляторами; износ контактного провода, оцениваемый высотой сечения, составлял 8 мм.

В течение 3,5 часов на контактные провода был наморожен гололед с толщиной стенки льда 5мм. После 4-минутной подплавки льда током 500А на провод гололед был удален ИРМ способом в течение 4,5 минут (рис.2).

 Процесс удаления гололеда Были-6

Рис.2. Процесс удаления гололеда

Были разработаны технические требования на изготовление опытного образца УУГ ИРМ, представляющего собой отдельное устройство, устанавливаемое на тяговой подстанции, содержащее трансформатор, блок силовых тиристоров и микроконтроллер. Последний должен определять и задавать величину углов открытия тиристоров, обеспечивая частоту импульсов тока, подаваемых в контактную сеть. Частота импульсов должна плавно изменяется в пределах резонансных частот всех пролетов перегона с задержками на резонансной частоте каждого пролета.

Опытный образец, изготовленный ОАО «Российская Электротехническая Компания», способен приводить в соударения двойные контактные провода подвески типа М120+2МФ100+2А185 на двухпутном участке длиной до 10 км, при этом средняя плотность тока в подвеске не превышает 2 А/мм2. Опытный образец устройства содержит силовой трансформатор ТМ-400/10-0,4 и блок управления и формирования силовых импульсов в виде управляемого трехфазного мостового выпрямителя ПТ-2000/600-УХЛ4 с системой защиты и управления с помощью микроконтроллера.

УУГ ИРМ является аппаратно-программным комплексом, благодаря чему обеспечивается максимальная гибкость рабочих параметров установки. Аппаратная часть (преобразователь, трансформатор и силовые цепи) может быть унифицированной при серийном изготовлении устройства. Алгоритм работы, частота импульсов, их форма и скважность задается микроконтроллером под управлением специальной программы. Для создания устойчивых соударений в пролетах разной длины программное обеспечение реализует автоматический перебор частот в широком диапазоне от 0,8 Гц до 2,8 Гц.

Во время эксплуатационных испытаний петля контактной сети образовывалась на действующем двухпутном участке Свердловской железной дороги – филиала ОАО «РЖД» с подвеской типа М120+2МФ100+2А185 длиной 8,5 км – от тяговой подстанции до поста секционирования. Петля контактной сети содержала 18 анкерных участков, из них 12 анкерных участков перегона и 6 анкерных участков станционных путей. Петля состояла из 260 пролетов главного пути и 22 пролетов боковых путей длиной от 46м до 76м, износ контактных проводов 15%. В состав петли входили 18 средних анкеровок, 14 сопряжений, 2 из которых – изолированные с защитой от пережогов, 8 воздушных стрелок.

В общей сложности была проведена серия из семи крупных экспериментов; работа установки проверялась в автоматическом и ручном режиме при токе установки в импульсе 700А, 1000А, 1400А, 1650А. Во время испытаний произведена видеозапись соударений контактных проводов на характерных участках: в промежуточном пролете (рис. 3), пролете средней анкеровки, пролетах, содержащих воздушные стрелки, пролете неизолированного сопряжения анкерных участков, а также пролете изолированного сопряжения, оборудованного защитой от пережогов. Продолжительность соударений составляла 40-50 с, число ударов достигало 70-80.

Рис.3. Соударения в промежуточном пролете

Таким образом, все проведенные испытания полностью подтверждают работоспособность УУГ ИРМ. Раскачка контактных проводов и их стабильные соударения с амплитудой, достаточной для удаления гололеда, имели место во всех пролетах выбранного участка контактной сети.

Определена технико-экономическая эффективность внедрения УУГ ИРМ. Основной экономический эффект заключается в снижении потребления электроэнергии при удалении гололеда, сокращении времени удаления до 10 минут, и, соответственно сокращении времени внепланового простоя поездов, а также в исключении риска отжига контактных проводов во время удаления гололеда. УУГ ИРМ позволяет сократить расход энергии на 21000 кВтч на 100 км двухпутного участка при каждом удалении гололеда. Расчетный экономический эффект составляет 68,46 тысяч рублей в год на одно устройство.

Опытный образец УУГ ИРМ введен в эксплуатацию, устройство удаления гололеда импульсно-резонансным методом включено в план обновления ОАО «РЖД» 2007 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

  1. Проанализированы способы удаления гололеда с проводов контактной сети. Установлено, что наиболее эффективным направлением в создании устройства удаления гололеда является сочетание подплавки льда путем пропускания электрического тока по проводам с механическими ударными воздействиями на них.
  2. На базе расчетов и численной модели на основе метода конечных элементов, разработана методика, позволившая исследовать механизм раскачки и соударения парных контактных проводов с учетом неупругого характера ударов и оценить при этом ударные характеристики в различных точках подвески.
  3. С помощью вычислительных экспериментов показано существенное влияние формы и скважности импульсов на процесс раскачки и соударений контактных проводов.
  4. По результатам численного моделирования и экспериментальных исследований установлены необходимые значения тока для удаления льда в зависимости от натяжения контактных проводов, их износа, зазора между их осями и величины гололедных образований.
  5. Получена функция изменения частоты импульсов тока для обеспечения необходимого количества соударений контактных проводов в подвеске, содержащей множество пролетов различной долины.
  6. На базе численно-аналитического метода расчета электромагнитных процессов в трехфазном мостовом преобразователе разработана методика расчета, позволяющая определить форму импульсов тока с учетом параметров петли контактной подвески и цепи переменного тока при заданном изменении углов регулирования.
  7. Получены уточненные средние и действующие значения токов и напряжений преобразователя, позволяющие производить выбор параметров УУГ ИРМ.
  8. Разработаны технические требования, проведены натурные и эксплуатационные испытания опытного образца УУГ ИРМ, разработаны рекомендации по его практическому применению.
  9. Произведена оценка экономического эффекта от внедрения УУГ ИРМ. По сравнению с удалением гололеда методом плавки УУГ ИРМ позволяет сократить расход энергии на 21000кВтч на 100км двухпутного участка при каждом удалении гололеда. Расчетный экономический эффект составляет 68,5 тысяч рублей в год на одно устройство.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.