Підвищення ефективності електроспоживання електрорухомого складу постійного струму

Викладено теоретичні передумови та адаптовано до систем ЕРС постійного струму методи визначення складових повної потужності та коефіцієнта потужності, а також виконано їх чисельні розрахунки і прогнозування для електровозів та трамваїв. Встановлено, що коефіцієнт потужності ЕРС постійного струму менше одиниці.

Виконано чисельні розрахунки непродуктивних втрат електроенергії у силовому колі ЕРС та його коефіцієнта корисної дії (к.к.д.). Встановлено, що на значення к.к.д. впливає спотворення та низькочастотні періодичні коливання тягового струму. Запропоновано ряд заходів для покращення форми тягового струму ЕРС та зменшення непродуктивних втрат у його силовому колі, що і призводить до підвищення ефективності електроспоживання ЕРС постійного струму.

Ключові слова: електрорухомий склад, випадкові процеси, напруга, струм, інтергармоніки, електричні процеси, потужності, неактивна, непродуктивні втрати, енергія.

Саблин О.И. Повышение эффективности электропотребления электроподвижного состава постоянного тока. - Рукопись.

Диссертация на получение ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.09 - электротранспорт. - Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2009.

Диссертация посвящена повышению эффективности электропотребления электроподвижного состава системы тяги постоянного тока за счет снижения непроизводительных потерь электроэнергии, определенных на основе исследований баланса реальных электроэнергетических процессов, протекающих в силовых тяговых цепях.

Напряжение на токоприемнике и тяговый ток ЭПС постоянного тока представляют собой неэргодические стационарные случайные процессы с одномерным нормальным распределением в сечении. Установлен уровень и диапазон частот низкочастотных периодических колебаний (интергармоник), возникающих в случайных процессах напряжения и тока ЭПС в результате квазипериодического характера электропотребления и регулирования в широком диапазоне мощности ЭПС.

Адаптированы методы определения составляющих полной мощности и коэффициента мощности к системам ЭПС постоянного тока, где ЭПС рассматривается в виде пассивного параметрического двухполюсника, входными воздействиями которого являются случайные процессы напряжения на токоприемнике и тягового тока.

Установлено, что тяговая нагрузка ЭПС удовлетворяет основным признакам потребления неактивной мощности, состоящей в общем случае из реактивной мощности и мощности искажения. Вследствие этого коэффициент мощности ЭПС постоянного тока в тяговых режимах существенно ниже единицы, выделены основные факторы, оказывающие на него влияние. Низкие значения коэффициента мощности ЭПС указывают на повышенный уровень потерь энергии при электропотреблении.

Обосновано влияние формы потребляемого тока на значение коэффициента мощности ЭПС в любой момент времени путем введения мгновенного коэффициента мощности. Коэффициент мощности ЭПС существенно снижается при переходных эксплуатационных режимах работы - при включении-выключении тяги и регулировании мощности. Предложено прогнозировать коэффициент мощности на основе тяговых расчетов.

Исследовано влияние нестационарного режима электропотребления на непроизводительные электрические потери в силовой цепи, а, следовательно, и на коэффициент полезного действия ЭПС в эксплуатационных режимах. Нестационарный режим электропотребления ЭПС приводит к искажению формы потребляемого тока по отношению к форме приложенного к токоприемнику напряжения, а также к наличию низкочастотных периодических технологических колебаний тягового тока, что проявляется в виде увеличенного уровня потерь электроэнергии при тех же потребляемых мощностях.

Предложены дополнительные критерии эффективности электропотребления ЭПС постоянного тока, использование которых при осуществлении технологического процесса ведения поезда позволяет снизить уровень нестационарности электропотребления ЭПС, это критерии: минимума потерь электроэнергии; минимизации пиковых значений потребляемого тока; равномерного электропотребления; устранения обратных потоков энергии. Для их выполнения в системе электрической тяги необходимо применение определенных мероприятий.

Для улучшения формы тягового тока ЭПС рассмотрена возможность применения следующих мероприятий: разработка оптимальных по критерию потерь мощности и коэффициента мощности режимных карт ведения поездов; компенсация неактивной составляющей тягового тока ЭПС; компенсация низкочастотных периодических колебаний (интергармоник) тягового тока ЭПС; стабилизация переменной тяговой нагрузки ЭПС на основе применения автономных накопителей электроэнергии; уменьшение избыточной мощности ЭПС с помощью рационального регулирования его установленной мощности путем оперативного отключения необходимого количества тяговых двигателей.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в Государственном предприятии «Днепропетровский научно-производственный комплекс «Электровозостроение» и в локомотивном депо Нижнеднепровск-Узел Приднепровской железной дороги.

Ключевые слова: электроподвижной состав, случайные процессы, напряжение, ток, интергармоники, электрические процессы, мощности, неактивная, непроизводительные потери, энергия.

O. Sablin. The increase of power consumption effectiveness of electric train of the direct current. - Manuscript.

The dissertation on competition for a scientific of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.09 - electrical transport. - Dnepropetrovsk National University of Railway Transportation named after academician V. Lazarjan, Dnepropetrovsk, 2009.

The dissertation paper is devoted to the increase of power consumption effectiveness of the electric train of traction system of the direct current due to reduction of unproductive electric power losses defined on the base of researches of the balance of real electric power processes taking course in the force traction circuits.

Probability static characteristics and spectral analysis of voltage on the current collector and traction current of different types of electric trains have been investigated. It has also been stated that the low frequencies periodic fluctuations (inter harmonics) take place in the stochastic processes of voltage change and traction current of electric train.

Theoretical pre-conditions have been presented and the methods of definition of total power components and power factor have been adapted to the electric train system. The numerical computations and forecasting for electric locomotives and trams have been performed. It has been stated that the power factor for electric trains of direct current is less that one.

The numerical computations of unproductive losses of electric power in force circuit of electric train and its efficiency have been performed. It has been stated that efficiency values are affected by distortions and low frequency periodic fluctuations of traction current. A set of procedures have been suggested in order to improve the form of traction current of electric train and decrease of unproductive losses in its force circuit, that leads to increase of power consumption effectiveness of electric train of direct current.

Key words: electric train, stochastic processes, voltage, current, inter harmonics, electric processes, power, inactive, unproductive losses, energy.

Размещено на Allbest.ru