Determination of optimal parameters of the pulse width modulation of the 4qs transducer for electriс rolling stock

Abstract

Досліджено режими роботи однофазного 4qs-перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією в складі електрорухомого складу змінного струму. Розроблено методу визначення параметрiв ШIМ, при яких реалізується оптимальний за критерiєм мiнiмiзацiї величини реактивної потужності в системі "локомотив – тягова мережа" режим роботи перетворювача. Особливостями запропонованої методи є розділення процесу визначення оптимальних параметрів ШІМ на 2 етапи, що дозволяє видалити з імітаційної моделі непотрiбнi на даному етапі блоки та зменшити сумарний час моделювання. На першому етапі визначаються значення коефіцієнту потужності та струму ланки постійного струму в усьому діапазоні коефiцiєнтiв модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Далi, з отриманого масиву даних виділяються пари значень параметрів ШІМ, за яких реалізується найвищий коефіцієнт потужності системи "електровоз – тягова мережа", та заносяться до табличною системи завдання параметрів ШІМ. На другому етапi визначається залежності електричних втрат, а, отже, й ККД, та коефіцієнту нелінійних спотворювань мережевого струму вiд тактової частоти перетворювачi. Визначення електричних втрат ґрунтується на обчисленнi енергiї, що була розсiяна протягом 1 с на IGBT-транзисторi та снаберному резисторi в залежностi вiд миттєвих значень струму через них. Для знаходження параметрiв ШIМ за наведеною методою розроблено iмiтацiйну модель 4qs-перетворювача, проведено iдентифiкацiю параметрiв ШIМ перетворювача електровозу для тестової задачi. Визначено, що енергетичнi показники перетворювача залежать нелiнiйно вiд трьох керуючих величин, що є параметрами ШIМ: коефiцiєнту модуляцiї, зсуву мiж мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом, та тактовою частоти ШIМ. Визначено, що перетворювач з iдентифiкованими параметрами ШIМ забезпечує одиничний коефiцiєнт потужностi тягової мережi при навантаженнi бiльше 10 % вiд номiналь- ного в режимах тяги та рекуперативного гальмування. Отримано залежнiсть електричних втрат перетворювача та коефiцiєнту нелiнiйних спотворень в тяговiй мережi вiд тактової частоти ШIМ. Визначено, що рацiональне значення тактової частоти лежить в iнтервалi 900…2000 Гц, при цьому ККД перетворювача досягає 98…95 %, коефiцiєнт нелiнiйних спотворень складає 12…5 %. Визначено, що виключення з силового кола снаберної ланки може суттєво зменшити сумарнi електричнi втрати. Встановлено, що втрати на паразитних опорах фiльтрiв незначнi, тому їх можна не враховувати в загальному балансi втрат.