Напряжение в тяговой сети переменного тока при рекуперации энергии

Модуль 4. Режим напряжения в тяговой сети

Лекция №25, 26. Рекуперация на дорогах переменного тока (2 часа)

План лекции:

Напряжение в тяговой сети переменного тока при рекуперации энергии.

Напряжение в тяговой сети переменного тока при рекуперации энергии

При рекуперативном торможении на линиях переменного тока в системе электроснабжения создаются условия, отличные от такого же режима работы на линиях постоянного тока. Объясняется это тем, что если здесь, как и при постоянном токе, поток активной энергии при рекуперации изменяет свое направление, то реактивная мощность со­храняет то же направление, как и в режиме тяги. Происходит это по следующим причинам. Для наиболее простого случая, когда индук­тивное сопротивление контура, присоединенного к вторичной обмотке трансформатора электровоза, принято бесконечно большим (), кривые напряжения и тока на первичной стороне принимают вид, представленный на рис. 13.1, а. Если ограничиться рассмотрением только первой гармоники тока, то векторная диаграмма будет иметь вид (рис. 13.1, б), свойственный обычному приемнику с током , отстающим по фазе от напряжения на его токоприемнике, т. е. на пер­вичной обмотке трансформатора. В этом случае э. д. с. в первичной обмотке трансформатора (если пренебречь потерей напряжения в нем) противоположна по фазе и, таким образом, первичная обмотка трансформатора занимает в схеме место потребителя электрической энергии, получающего ее от подстанции через тяговую сеть.

При инвертировании расположение кривых напряжения и тока получает вид, как на рис. 13.2, а.

Рис. 13.1. Линейная (а) и векторная (б) диаграммы для электровоза переменного тока в режиме тяги:

- кривая напряжения на первичной стороне трансформатора электровоза; - кривая первичного тока; - ее первая гармоника; - угол сдвига фаз между кривыми и

Рис. 13.2. Линейная (а) и векторная (б) диаграммы для электровоза перемен­ного тока в режиме рекуперации

Ток в этом случае опережает электродвижущую силу в первичной обмотке на некоторый угол , а так как напряжение ему противоположно, то ток отстает от него на угол (рис. 13.2, б).

Разложив токи и (см. рис. 13.1 и 13.2) на активные ( и ) и реактивные составляющие ( и ), видим, что активная составляю­щая при рекуперации противоположна по знаку активной состав­ляющей , следовательно, рекуперирующий локомотив разгружает подстанцию от активной нагрузки.

Реактивные составляющие токов , и совпадают по фазе и, та­ким образом, оба электровоза являются потребителями реактивной мощности и, более того, она в режиме рекуперации значительно воз­растет.

Если рассматривать только первую гармонику тока, то векторные диаграммы для линии с одной подстанцией и одним электровозом (рис. 13.3, а) в режиме тяги или в режиме рекуперации получат вид, представленный па рис. 13.3, б и в. Здесь, как и обычно, напряжение в начале линии получаем как сум­му напряжения у потребителя и потерь напряжения: в активном сопротивлении от активной составляющей тока и в индуктив­ном сопротивлении от индуктивной составляющей тока .

Рис. 13.3. Потери напряжения в тяговой сети переменного тока при работе электровоза в режиме тяги и рекуперации:

а – схема питания; б – векторная диаграмма для режима тяги; в – то же для режима рекуперации

Различие между режимом тяги и режимом рекуперации в том, что активная составляющая тока изменила свое направление. Поэтому потеря напряжения в режиме тяги

. (13.1)

Здесь под и в зависимости от постановки задачи может пониматься

Рис. 13.4. Схема двустороннего питания

тяговой сети переменного тока

как сопротивление только тяговой сети от подстанции, так и более общем случае сопротивление питающей системы (включая; сопро­тивление трансформаторов на тяговой подстанции). В режиме рекуперации

. (13.2)

На рис. 13.3, как это обычно и бывает, в обоих случаях , т. е. , и опасаться повышения напряжения на электровозе в режиме рекуперации выше допустимого, как это наблюдается при по­стоянном токе, не приходится. Но потеря напряжения до электро­воза при рекуперативном режиме, несмотря на значительное умень­шение коэффициента мощности, все же будет меньше, чем до электро­воза в режиме тяги, если, токи того и другого равны. В случае двустороннего питания электровоза (рис. 13.4) ток в режимах рекуперации, как и при постоянном токе, может быть разложен между подстанция­ми А и В, и схема двустороннего питания может быть представлена в виде двух схем одностороннего питания с сопротивлениями соответственно , и , , как и на рис. 13.1, а. Поэтому вce со­ображения, изложенные для одностороннего питания, полностью от­носятся и к этой схеме.

Контрольные вопросы

1. Линейная и векторная диаграммы для электровоза переменного тока в режиме тяги.

2. Схема двустороннего питания тяговой сети переменного тока.

3. Напишите формулу потеря напряжения в режиме тяги.

4. В чем различие между режимом тяги и режимом рекуперации?

5. В чем различие между активным и реактивным составляющим током?

Литература

1. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Марквард К.Г. М.Транспорт.1986 г.

2. Электроснабжение электрифицированных дорог. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. М.Транспорт.1989 г.

3. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог. Почаевец В.С. М.Маршрут, 2006 г.

4. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электроснабжение электрифицированных дорог». Жармагамбетова М.С. Алматы, 2012.

5. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Электроснабжение электрифицированных дорог». Жармагамбетова М.С. Алматы, 2013.