05.22.09 "Електротранспорт"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/19872
Переглянути
4 результатів
Результати пошуку
Документ Енергоефективний безредукторний тяговий привод приміського електропоїзду на базі синхронного двигуна з постійними магнітами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Демидов, Олександр ВікторовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" (275 – Транспортні технології) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2021. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі щодо підвищення енергоефективності приміських електропоїздів змінного струму на основі концепції електромеханічного перетворювання енергії за допомогою безредукторного тягового приводу з синхронним двигуном зі збудженням від постійних магнітів та вхідного 4 qs- перетворювача. Проведений аналіз світових тенденцій систем перетворювання енергії тягових приводів приміських електропоїздів змінного струму показує, що підвищення їх енергоефективності відбувається за рахунок переходу до безредукторних колісно-моторних блоків з одночасною заміною тягових двигунів на синхронні зі збудженням від постійних магнітів, а також застосуванням в якості вхідного 4qs-перетворювача. На основі узагальненої математичної моделі електромеханічного перетворювача створено математичну модель безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів для приміського електропоїзду. Модель заснована на вирішенні рівняння Лагранжа для електромеханічної системи без внесення спрощення на лінійність магнітної системи, а також з урахуванням "зубчастості" статору та геометрії ротору. Розроблено методику попереднього вибору головних розмірів оберненого тягового синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів, що входить до складу безредукторного тягового привода, яка базується на розрахунку магнітного кола двигуна з урахуванням геометричних обмежень щодо компоновки колісно-моторного блоку у складі візка та технологічних обмежень щодо створення двигуна. Вперше за результатами цифрових експериментів з розрахунку магнітного поля методом скінчених елементів та регресійного аналізу цих результатів проведено ідентифікацію параметрів математичної моделі безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів для приміського електропоїзду. За результатами розрахунків магнітного поля та наступного регресійного аналізу отримані поліноміальні залежності похідних потокозчеплень за струмом та кутовою координатою, які дають можливість ідентифікувати узагальнену математичну модель синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів. При проведені регресійного аналізу вперше визначено раціональний порядок функції, що апроксимує потокозчеплення фаз двигуна та його похідних, а також електромагнітного моменту. Для безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів визначено: число гармонік – 7 а ступінь полінома – 3 при максимальному відхиленні 2,7%. Розроблено імітаційну модель ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор", особливістю якої є визначення миттєвих складових втрат інвертора за регресійними залежностями, які отриманні на основі паспортних даних напівпровідникових елементів. Такий підхід дозволяє отримати електричні втрати в інверторі при використанні різних типів IGBT-транзисторів та негармонійному характері живлячих струмів. На основі імітаційної моделі ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор" створено методику визначення втрат в двигуні, яка заснована на гармонійному аналізі фазних струмів та враховує втрати від вищих гармонійних струму. Визначені втрати в тяговому інверторі та двигуні є складовими енергоефективності ланки "тяговий двигун – тяговий інвертор". Вперше за результатами імітаційного моделювання визначено, що для ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор" втрати в сталі двигуна залежать майже виключно від швидкості руху електропоїзду та досягають максимуму в 1500 Вт при максимальній швидкості. Втрати в міді мають максимальне значення в 3500 Вт на етапі початкового розгону та стабілізуються на рівні 1100…1400 Вт в подальшому. Збільшення тактової частоти до максимального значення призводить до зменшення втрат в міді двигуна майже на 25 %. Визначено, що раціональна тактова частота широтно-імпульсної модуляції для розглянутого інвертору лежить у межах 300...1500 Гц. Розроблено методику ідентифікації параметрів системи керування 4qs-перетворювача приміського електропоїзду, що забезпечує його високу енергетичну ефективність в режимах тяги і рекуперативного гальмування в широкому діапазоні робочих струмів. Методика містить два етапи. Перший етап присвячено визначенню векторів вхідних параметрів системи керування 4qs-перетворювача, що оптимальні за критерієм мінімуму реактивної потужності тягової мережі при зміні коефіцієнту модуляції та коефіцієнту зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Визначені вектори складають параметри обмежень в системі керування перетворювача. На другому етапі визначаються електричні втрати в перетворювачі, що є складовими його енергоефективності, з використанням паспортних даних IGBT-транзисторів та урахуванням зміни параметрів в залежності від поточного струму та напруги на них. Створено імітаційні моделі 4qs-перетворювача тягового приводу приміського електропоїзду, що дозволяють проводити моделювання його роботи за двома етапами цієї методики. Вперше за результатами імітаційного моделювання для приміського електропоїзду знайдено залежність коефіцієнту модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом від струму ланки постійного струму, при яких забезпечується максимальний за модулем коефіцієнт потужності для всього діапазону струмів в режимах тяги та рекуперативного гальмування електропоїзду. Визначено, що для 4qs-перетворювача тягового приводу приміського електропоїзду раціональна тактова частота перетворювача лежить в проміжку 900…2000 Гц. При такій тактовій частоті ККД перетворювача дорівнює 95…98 %, коефіцієнт нелінійних спотворень мережевого струму складає 5…12% в діапазоні навантажень 10…100 % від номінального. Запропоновано концептуальний проект приміського електропоїзду змінного струму на з безредукторним тяговим приводом на базі синхронних двигунів зі збудженням від постійних магнітів із живленням від автономних інверторів напруги та 4qs-перетворювача, що забезпечуює живлення 16-ти ланок "тяговий двигун – тяговий інвертор". Використання запропонованого тягового приводу дозволяє підвищити ККД електропоїзду до 0,93 при збереженні коефіцієнту потужності близькому до 1 в діапазоні навантажень 10…100 % від номінального. Результати дисертаційної роботи впроваджені в Структурному підрозділі "Служба приміських пасажирських перевезень" регіональної філії "Південна залізниця" АТ "Укрзалізниця", ПАТ "Крюківський вагонобудівний завод", ТОВ "Науково-виробнича компанія "СПЕЦЕНЕГОСЕРВІС" та навчальному процесі в НТУ "ХПІ".Документ Енергоефективний безредукторний тяговий привод приміського електропоїзду на базі синхронного двигуна з постійними магнітами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Демидов, Олександр ВікторовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" (275 – Транспортні технології) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2021 р. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі щодо підвищення енергоефективності приміських електропоїздів змінного струму на основі концепції електромеханічного перетворювання енергії за допомогою безредукторного тягового приводу з синхронним двигуном зі збудженням від постійних магнітів та вхідного 4qs–перетворювача. Розроблено імітаційну модель ланки "тяговий двигун – тяговий інвертор", особливістю якої є визначення миттєвих складових втрат інвертора за регресійними залежностями, а також визначення втрат в двигуні виходячи з гармонійного аналізу фазних струмів з урахуванням втрат від вищих гармонійних струму. Розроблено методику ідентифікації параметрів системи керування 4qs-перетворювачем приміського електропоїзду, що забезпечує оптимальні, за коефіцієнтом потужності в тяговій мережі, залежності коефіцієнту модуляції та коефіцієнту зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Розроблено концептуальний проект приміського електропоїзду змінного струму.Документ Активний тяговий перетворювач для електровозів змінного струму з колекторними тяговими двигунами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Краснов, Олексій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт". — АТ "Українська залізниця", філія "Проектно-вишукувальний інститут залізничного транспорту", Харківське відділення, Міністерство інфраструктури України, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена актуальній науково-технічній проблемі підвищення енергетичної ефективності електрорухомого складу змінного струму з колекторними тяговими двигунами за рахунок вдосконалення тягових перетворювачів. Основу парку вантажних та пасажирських електровозів змінного струму "Укрзалізниці" складають електровози з колекторними тяговими двигунами. Такі електровози мають порівняно низький коефіцієнт потужності. Для електровозів з діодними випрямлячами (ВЛ80К, ВЛ80Т) його величина становить 0,65…0,85, а для електровозів з тиристорними перетворювачами (2ЭС5К, 2ЕЛ5) — 0,3…0,84. Сукупність енергетичних недоліків електрорухомого складу і тягового електропостачання обумовлює порівняно низький коефіцієнт потужності електрифікованих залізниць змінного струму — приблизно 0,7, при цьому за сучасними світовими нормами високим вважається коефіцієнт потужності не нижче 0,95. Тому підвищення енергетичної ефективності тягового навантаження є актуальною задачею. На сьогодні вітчизняними та зарубіжними спеціалістами розроблено ряд технічних рішень, які забезпечують підвищення енергетичних характеристик електровозів змінного струму. Ці рішення можна умовно об’єднати в три групи: 1) удосконалені схеми тягових перетворювачів та алгоритми їх управління; 2) пасивні і активні компенсатори реактивної потужності, встановлені на елкетрорухомому складі; 3) перетворювачі на повністю керованих напівпровідникових приладах (активні перетворювачі). Незважаючи на високі енергетичні характеристики активних перетворювачів, робіт, присвячених дослідженню режимів роботи таких перетворювачів при живленні тягових двигунів постійного струму, на сьогодні недостатньо. Отже, подальший розвиток цього напрямку досліджень можна вважати актуальним. Базовою ланкою перетворювача для живлення двигуна постійного струму є однофазний активний випрямляч струму. У роботі отримано математичний опис роботи активного випрямляча струму в режимах випрямлення та інвертування. На основі математичного апарату алгебри логіки розроблено уніфікований опис алгоритмів широтно-імпульсної модуляції з синусоїдальним, трапецеїдальним та прямокутно-ступінчатим модуляційним сигналом. Дослідження електромагнітних процесів і порівняння енергетичних характеристик активного випрямляча струму при обраних алгоритмах ШІМ і частоті модуляції 900 Гц, 1200 Гц і 1800 Гц проведено шляхом імітаційного моделювання в MATLAB. Дослідження показали, що при всіх трьох алгоритмах при коефіцієнті модуляції 0,2…1,0 коефіцієнт потужності на вході активного випрямляча струму складає 0,6…0,99 незалежно від частоти модуляції. Запропоновано силову схему з двозонним регулюванням випрямленої напруги і алгоритм управління активного тягового перетворювача електровоза. Обґрунтовано використання прямокутно-ступінчатої ШІМ з чаостою модуляції 1200 Гц. Регулювання випрямленої напруги з коефіцієнтом модуляції менше 0,5 використовується лише в короткочасних режимах роботи. Розроблено математичну модель системи електричної тяги змінного струму напруги 25 кВ, 50 Гц з урахуванням двох варіантів тягового перетворювача — тиристорного та активного перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією. З точки зору моделювання систем управління перетворювачами розроблена модель є універсальною, оскільки на основі логічних функцій формування та розподілу імпульсів розроблено уніфікований математичний опис алгоритмів управління тиристорним та активним тяговим перетворювачем. Ця модель реалізована в програмному пакеті MATLAB. Комп’ютерне моделювання електромагнітних процесів в системі "тягова мережа — електровоз" дозволило дослідити енергетичну ефективність електровоза з активним тяговим перетворювачем. Так, коефіцієнт потужності електровоза становить 0,839…0,991, а його значення більше 0,9 забезпечується при коефіцієнті модуляції більше 0,5. У номінальному режимі коефіцієнт потужності електровоза з активним тяговим перетворювачем на 19,4 % вище, ніж у електровоза з тиристорним перетворювачем. Коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги на струмоприймач і електровоза з активним тяговим перетворювачем KU в усьому діапазоні регулювання змінюється в межах 3…11 %, а коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої струму KI — в межах 9…17 %. При зміні відстані від електровоза до тягової підстанції в діапазоні 0…10 км коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги електровоза в номінальному режимі складає 5…9 %. Проведені експерименти показали, що активний тяговий перетворювач є джерелом широкого спектру гармонік напруги та струму. Найменш вигідним при цьому є режим з коефіцієнтом модуляції 0,5…0,6. Результати гармонічного аналізу дозволили встановити характерні групи гармонік, які в основному визначають несинусоїдальність форми відповідних кривих напруги та струму. Тому подальші дослідження активного тягового перетворювача електровоза повинні враховувати необхідність корекції форми напруги та струму. У цілому, результати проведених досліджень показали, що активний тяговий перетворювач забезпечує більш високі енергетичні характеристики, ніж традиційні випрямлячі на основі діодних і тиристорних схем.Документ Активний тяговий перетворювач для електровозів змінного струму з колекторними тяговими двигунами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Краснов, Олексій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 — електротранспорт. — АТ "Укрзалізниця", філія "Проектно-вишукувальний інститут залізничного транспорту", Харківське відділення, Міністерство інфраструктури України, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», МОН України. Харків, 2020. Одним з ефективних засобів підвищення коефіцієнта потужності електрорухомого складу змінного струму з колекторними тяговими двигунами є акитвні випрямлячі. У дисертації розроблено математичний опис активного випрямляча струму з тяговим двигуном постійного струму, проведено аналіз енергетичної ефективності випрямляча при широтно-імпульсній модуляції з синсуоїдальним, трапецеїдальним та прямокутно-ступінчатим модуляційним сигналом. Запропоновано силову схему активного тягового перетворювача з двозонним регулюванням напруги і алгоритм управління транзисторами в режимах тяги і рекуперації. Результати комп’ютерного моделювання показали, що активний тяговий перетворювач забезпечує високий коефіцієнт потужності електровоза (0,83…0,99) і більш низький рівень несинусоїдальності струму первинної обмотки тягового трансформатора (THDi до 17 %) у порівнянні з тиристорним перетворювачем, що дає змогу скоротити витрати електроенергії на тягу поїздів.