содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

1.10.

Перспективные виды систем электрической тяги на ж/д транспорте

В настоящее время в России на железных дорогах применяют две системы электрической тяги:

- постоянного тока 3 кВ;

- переменного однофазного тока 25 кВ 50 Гц.

Недостаток системы постоянного тока связан с относительно низким напряжением, что требует для реализации необходимой мощности значительных токов. Следовательно, необходимо значительное сечение проводов контактной сети, частые расположения тяговых подстанций.

Этот недостаток устранен в системе переменного тока, но она имеет свои недостатки: повышенное электромагнитное мешающее влияние из-за соединения переменного магнитного поля, асимметричная загрузка фаз питающей 3-х фазной сети, более сложный электроподвижной состав.

В свете дальнейших перспектив развития систем электрической тяги следует отметить то направление, которое предусматривает создание системы постоянного тока высокого напряжения.

Большинство железных дорог Содружества Независимых Государств (СНГ) электрифицировано на постоянном токе при напряжении в контактной сети 3 кВ. Однако такое напряжение не является оптимальным ни для устройств электроснабжения, ни для э.п.с.. Оно представляет собой компромиссное решение, определяемое стоимостью потерь энергии в такой системе и стоимостью ее устройств.

Повышение же напряжения в контактной сети постоянного тока, например, до 6 или 12 кВ и более с целью уменьшения потерь энергии в системе при существующих принципах регулирования режимов работы э.п.с. приводит к значительному удорожанию электрической аппаратуры и тяговых двигателей.

Характерно, что отмеченные недостатки системы тяги постоянного тока 3 кВ связаны с тем, что в ней существует непосредственная электрическая связь между напряжением контактной сети и напряжением тягового электрооборудования. Если устранить эту связь и обеспечить возможность регулирования в широких пределах напряжения на тяговых двигателях, то можно будет повысить напряжение в контактной сети в несколько раз, т.е. существенно улучшить технико-экономические показатели системы тяги постоянного тока.

Новые возможности в этом отношении открывает применение систем импульсного преобразования энергии, устраняющих непосредственную связь между напряжениями контактной сети и тяговых двигателей. Применение тиристорного управления режимами работы тяговых двигателей позволяет плавно регулировать в широком диапазоне напряжение, подводимое к тяговым двигателям, независимо от значения напряжения в контактной сети.

Перспективными являются системы, при которых в качестве тяговых используются бесколлекторные двигатели - асинхронные или синхронные (вентильные).

Если в системе тяги постоянного тока поднять напряжение в контактной сети в 2-3 раза, то при использовании тиристорного управления работой тяговых двигателей, помимо экономии энергии при пуске, уменьшения количества аппаратуры управления э.п.с., снизится стоимость сооружения и эксплуатации системы электроснабжения. На электрифицированных участках при повышенном в несколько раз напряжении в контактной сети будет меньше тяговых подстанций, возрастет скорость движения поездов и пропускная способность участков по условиям электроснабжения.

Перевод участков железных дорог с 3 на 6 кВ и более не может быть осуществлен сразу на всей сети железных дорог; в первую очередь это целесообразно выполнить для наиболее грузонапряженных участков, на которых не хватает пропускной способности по условиям электроснабжения при напряжении 3 кВ.

Примыкающие к ним относительно малодеятельные участки могут продолжать работать при напряжении в контактной сети 3 кВ.

При переходе с участка, имеющего в контактной сети напряжение 6 кВ, на участок с напряжением 3 кВ электровоз можно не менять, а выключить на нем половину преобразователя энергии, благодаря чему он и будет работать на напряжении 3 кВ. Наоборот, при переходе с участка с напряжением 3 кВ на участок с напряжением 6 кВ на электровозе включают вторую половину преобразователя.

Этот принцип кратного дробления мощности преобразователя энергии на электровозе может быть использован и при напряжении в контактной сети 12 и 24 кВ постоянного тока.

Повышать напряжение в контактной сети сверх 24 кВ при существующих устройствах электроснабжения уже невыгодно: резко возрастают стоимость устройств и их техническое обслуживание, а также потери энергии как в системе электроснабжения, так и на э.п.с.

Возможна и другая перспективная система тяги постоянного тока при напряжении в контактной сети 6 кВ и более. В этом случае постоянный ток контактной сети с помощью специальных преобразователей, устанавливаемых на э.п.с., преобразуется в трехфазный (или более) переменный ток высокого напряжения регулируемой частоты, на котором работают трехфазные асинхронные тяговые двигатели. Предполагается одновременно плавное бесконтактное регулирование напряжения и режимов работы этих двигателей.

Для практического осуществления такой системы (рис. 1.19) преобразователи должны быть выполнены на высоковольтных тиристорах. Асинхронные тяговые двигатели должны быть рассчитаны на напряжение, например, 6 или 12 кВ и более. Подобные двигатели на напряжение 10 кВ мощностью 1000 кВ серийно выпускает промышленность. Однако следует помнить, что тяговые двигатели э.п.с. являются машинами предельного исполнения, т.е. такими, у которых должно быть обеспечено использование конструктивных, технологических и эксплуатационных возможностей при сохранении необходимой надежности. При разработке асинхронных фазных тяговых двигателей целесообразно для расширения диапазона регулирования их характеристик предусмотреть включение в цепь ротора
конденсаторов. Меняя их емкость, можно существенно изменять не только вращающий «момент двигателя, но и энергетические показатели системы тяги в зависимости от скорости движения как в тяговом режиме, так и при рекуперации.

Рис. 1.19. При системе тяги постоянного ток, предусматривающей преобразование его в переменный, на электровозе установлены для питания автономный инвертор 1, трансформатор 2, преобразователь однофазного тока в многофазный 3, асинхронный тяговый двигатель 4


Однако при таком способе увеличения вращающего момента тягового двигателя, а следовательно, и тока ротора существенно возрастает нагрев его обмоток. Поэтому для обеспечения электрической прочности обмоток двигателя нужно использовать более теплостойкую по сравнению с существующей изоляцию обмоток, например полиамидную, и, кроме того, интенсивную систему охлаждения двигателей.

Известен и другой вариант системы электрической тяги постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями при напряжении в контактной сети 6; 12 кВ и более. В этом случае на электровозе имеется специальный преобразователь энергии постоянного тока с напряжением контактной сети в энергию постоянного же тока, но напряжением 3 кВ. Эта энергия постоянного тока поступает на вход автономного инвертора напряжения, вырабатывающего трехфазный ток для питания асинхронных тяговых двигателей.

Принципиальная схема такой системы электрической тяги представлена на рис. 1.20. Такой электровоз является двухсистемным: он может работать на электрифицированном участке постоянного тока с напряжением в контактной сети как 12, так и 3 кВ. В заключение отметим, что по мере новых успехов различных отраслей науки и техники, и прежде всего электроники, преобразовательный и микропроцессорной техники будет происходить все более обстоятельная переоценка свойств и техникоэкономических показателей каждого вида тяги. Несомненно, это приведет к новым предложениям по дальнейшему совершенствованию существующих и созданию новых, более экономичных систем тяги.

Рис. 1.20. Электровоз, предназначенный для работы на участках постоянного тока с напряжением 3 и 12 кВ, имеет следующие основные узлы: преобразователь 1 постоянного тока напряжением 12 кВ в постоянный ток напряжением 3 кВ, автономный инвертор 2, асинхронный тяговый двигатель 3 (штриховые линии - система тяги при напряжении 3 кВ постоянного тока в контактной сети)
 

Однако пока развитие электрической тяги осуществляется в рамках существующих систем постоянного и переменного тока. Главная задача состоит в реализации э.п.с. с асинхронными двигателями.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..