Розглянуто напівпровідникові статичні перетворювачі для керування тяговими двигунами і перетворювачі для бортових систем електропостачання рухомого складу залізниць та метрополітенів.

Рассмотрены полупроводниковые статистические преобразователи для управления тяговыми двигателями и преобразователи для бортовых систем электроснабжения подвижного состава железных дорог и метрополитенов.

Для повышения эффективности агрегатов тяговых подстанций постоянного тока обоснована целесообразность использования гибридных решений на базе последовательного соединения неуправляемых либо фазоуправляемых преобразователей с относительно низковольтными преобразователями с широтно-импульсной модуляцией.

Відзначено, що за реальних умов живильна мережа працює у несиметричних режимах, що призводить до появи неканонічних гармонік у фазах мережі. Розглянуто можливість заглушення заданих неканонічних гармонік вхідних струмів тягової підстанції з використанням вольтододатної установки, що підключається послідовно з тяговим випрямлячем. Заглушення неканонічних гармонік здійснюється регулюванням параметрів компенсувальної дії на систему керування вольтододатного перетворювача. Параметрами компенсувальної дії можуть бути амплітуда та фаза гармонічного сигналу або тривалості приростів кутів керування тиристорами. Для оптимізації параметрів керувальної дії доцільно використовувати симплекс метод Нелдера - Міда. Одержано імпульсну модель тиристорний випрямляч - мережа, що дозволяє дослідити динамічні процеси у замкненій структурі. Показано доцільність й ефективність застосування замкненої структури для заглушення неканонічних гармонік. Розроблено комп'ютерну модель, що реалізує замкнену структуру заглушення неканонічних гармонік і перевіряє адекватність основних теоретичних результатів дослідження. Проведено експерименти, на підставі їх результатів доведено високу ефективність заглушення заданих неканонічних гармонік і показано покращання коефіцієнта спотворення за умов застосування запропонованої замкненєої структури.

Розглянуто керовану систему тягового електропостачання постійного струму, що найбільшою мірою відповідає вимогам швидкісних магістралей. Запропоновано технічні рішення щодо додаткових вузлів стабілізувального тягового перетворювального агрегату, які дозволяють покращити енергоефективність, електромагнітну сумісність з живильною мережею у разі зниження установленої потужності електрообладнання.

Індекс рубрикатора НБУВ: О217.133.025 + О811.713

Рубрики:

Напівпровідникові перетворювачі та випрямлячі

Шифр НБУВ: РА396194 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Робота спрямована на виконання аналізу електромагнітних процесів в електричних колах із напівпровідниковими комутаторами. Розроблено нові математичні моделі та визначено функції та алгоритми рівнянь для аналізу усталених та перехідних процесів в електричних колах змінної структури. Досліджено математичні моделі з напівпровідниковими комутаторами та ланками, в яких виникають синусоїдні, постійні й імпульсні напруги. Створено математичну модель напівпровідникового перетворювача з електромеханічним навантаженням. Показано, що поява нелінійних елементів суттєво ускладнює задачі розрахунку та дослідження виникаючих у колах електромагнітних процесів. Розроблено нові математичні моделі електромагнітних процесів у трифазних електричних колах напівпровідникових перетворювачів із багатоканальним зонним регулюванням фазних напруг для швидкого оцінювання впливу параметрів навантаження на рівень та форму вихідної напруги. Розвинуто метод багатопараметричних функцій, які входять до алгоритмічних рівнянь аналізу усталених та перехідних процесів у розгалужених електричних колах із напівпровідниковими комутаторами та реактивними елементами, в напрямку врахування особливостей використання фазних напруг мережі електроживлення. Обгрунтовано, що використання методу багатопараметричних модулювальних функцій в електричних колах змінної структури є доцільним, якщо в їх ланках не більше трьох незалежних реактивних елементів. Розроблено нову математичну модель усталених і перехідних процесів в електричних колах напівпровідникових перетворювачів модуляційного типу з багатоканальним зонним використанням фазних напруг трифазної мережі живлення. Створено нові схемотехнічні рішення напівпровідникових комутаторів із високочастотним широтноімпульсним регулюванням вихідної напруги за зміни параметрів навантаження в широких межах. Це дозволило підвищити швидкодію електротехнологічних систем. Розроблено нові методики аналізу усталених та перехідних процесів в електричних колах напівпровідникових перетворювачів модуляційного типу з постійними вихідними напругами та з різними видами модулювальних впливів.

В даний час зменшення втрат електроенергії в тяговій мережі електрифікованих залізниць шляхом стабілізації напруги в контактній мережі є однією з важливих проблем, які на сьогодні успішно вирішуються в тягових мережах міського електротранспорту при незначних струмах навантаження. Тому створення перетворювачів (стабілізаторів) напруги з великими струмовими навантаженнями є суттєвою проблемою. Розглянуто питання використання методу стабілізації напруги постійного струму з використанням ланки високої частоти в тягових підстанціях електричного транспорту, наводиться опис і принцип роботи стабілізатора напруги. Внаслідок використання приладів з вбудованими зворотними швидкодіючими діодами становиться особливо кращим при розробці інверторів. У цьому випадку необхідне число силових напівпровідникових компонентів зменшується на 50 % порівняно з користуванням КЗВТ і діодів у вигляді окремих елементів.

Дисертація присвячена покращанню показників якості електричної енергії в контактній мережі постійного струму шляхом застосування випрямної установки з вольтододавальним перетворювачем з двосторонньою широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Це стосується аналізу електромагнітної сумісності випрямної установки з контактною мережею та пошуку оптимального технічного засобу її покращання. Для обраної структури випрямної установки з вольтододавальним перетворювачем ідентифіковано її статичні та динамічні характеристики. Вперше одержано імпульсну модель випрямної установки з двосторонньою ШІМ. Вперше визначено величини факторів пульсацій. Для вирішення проблеми негативного впливу вищих гармонік випрямної напруги на суміжні електроустановки, запропоновано випрямну установку, яка включена до складу замкненої системи автоматичного регулювання. Вперше виконано синтез передавальної функції регулятора напруги системи автоматичного регулювання випрямної установки з вольтододавальним перетворювачем з двосторонньою ШІМ. Одержані теоретичні положення підтверджено експериментально на імітаційних моделях. Запропоновані підходи та рішення сприяють покращанню електромагнітної сумісності пристроїв електропостачання й електротранспорту.

З метою мінімізації реактивної потужності та вищих гармонік струмів, а також поліпшення електромагнітної сумісності мереж тягового електропостачання та систем залізничної автоматики на сучасному електричному рухомому складі змінного струму використовують активні чотириквадрантні випрямлячі. Класичною топологією даного перетворювача є дворівневий повномостовий активний випрямляч, який забезпечує коефіцієнт потужності близький до одиниці та рекуперацію енергії в мережу живлення. Однак висока частота комутації зумовлює високі динамічні втрати в силових транзисторах та низьке значення ккд. Перспективним є використання трирівневих активних чотириквадрантних випрямлячів із корекцією коефіцієнта потужності. Запропоновано систему керування трирівневого активного випрямляча з двоканальною рівне-зсунутою синусоїдальною ШІМ. Перевагою запропонованого алгоритму керування у порівнянні з відомими є покращання якості вхідного струму та зниження частоти комутації силових ключів, що призводить до зменшення втрат потужності та збільшення ккд випрямляча. Наведено результати порівняльного аналізу залежностей втрат потужності та ккд від частоти комутації силових ключів для дво- та трирівневого активного випрямляча з запропонованою системою керування, який підтвердив доцільність запропонованої системи керування. У програмі Matlab 2017b проведено імітаційне моделювання дво- та трирівневого активного випрямляча, на підставі якого здійснено аналіз параметрів якості електричної енергії, визначено залежність коефіцієнта гармонічного спотворення вхідного струму активного випрямляча від частоти комутації силових ключів. На підставі проведених досліджень доведено технічну та економічну доцільність використання схеми трирівневого активного випрямляча з системою керування на базі двоканальної рівне-зсунутої синусоїдальної ШІМ.

Проаналізовано електромагнітні сумісності (ЕМС) та шляхи реалізації рекуперації в існуючих і перспективних випрямлячах для тягових підстанцій постійного струму. Виконано розробку та дослідження дворівневого АВН з гістерезисною системою управління (СУ). Визначено аналітичну залежность максимальної частоти комутації ключів від параметрів живильної мережі, параметрів схеми АВН, параметрів навантаження й амплітуди уставки гістерезису. Визначено параметри якості електроенергії в режимах випрямлення та рекуперації. Одержано аналітичні співвідношення, що описують регулювальну характеристику вихідної напруги АВН в режимах випрямлення та рекуперації. Виконано розробку та дослідження дворівневого АВН з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Підтверджено теоретично одержані показники ЕМС на фізичному макеті й одержано аналітичні залежності спектрів вищих гармонік вхідних струмів і вихідної напруги від частоти ШІМ і частоти живлячої мережі. Виконано розробку та дослідження трирівневого АВН з ШІМ. Виконано розробку та дослідження компенсаційного АВН з СУ на базі ШІМ, мости якого паралельно працюють на одне навантаження, живляться від одного джерела та реалізують взаємну компенсацією вищих гармонік спожитих струмів і вихідної напруги.

З метою мінімізації реактивної потужності та вищих гармонік струмів, а також поліпшення електромагнітної сумісності мереж тягового електропостачання та систем залізничної автоматики на сучасному електричному рухомому складі змінного струму використовують активні чотириквадрантні випрямлячі. Класичною топологією даного перетворювача є дворівневий повномостовий активний випрямляч, який забезпечує коефіцієнт потужності близький до одиниці та рекуперацію енергії в мережу живлення. Однак висока частота комутації зумовлює високі динамічні втрати в силових транзисторах та низьке значення ккд. Перспективним є використання трирівневих активних чотириквадрантних випрямлячів із корекцією коефіцієнта потужності. Запропоновано систему керування трирівневого активного випрямляча з двоканальною рівне-зсунутою синусоїдальною ШІМ. Перевагою запропонованого алгоритму керування у порівнянні з відомими є покращання якості вхідного струму та зниження частоти комутації силових ключів, що призводить до зменшення втрат потужності та збільшення ккд випрямляча. Наведено результати порівняльного аналізу залежностей втрат потужності та ккд від частоти комутації силових ключів для дво- та трирівневого активного випрямляча з запропонованою системою керування, який підтвердив доцільність запропонованої системи керування. У програмі Matlab 2017b проведено імітаційне моделювання дво- та трирівневого активного випрямляча, на підставі якого здійснено аналіз параметрів якості електричної енергії, визначено залежність коефіцієнта гармонічного спотворення вхідного струму активного випрямляча від частоти комутації силових ключів. На підставі проведених досліджень доведено технічну та економічну доцільність використання схеми трирівневого активного випрямляча з системою керування на базі двоканальної рівне-зсунутої синусоїдальної ШІМ.