Физическое моделирование энергоэффективных преобразователей для современных электровозов переменного тока российских железных дорог

Объект исследования – электронная модель сборочной единицы лабораторного макета преобразователя электровоза. Цель работы – повышение коэффициента мощности электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения не менее чем на 10 % посредством разработки схемотехнического решения и нового алгоритма управления тиристорными плечами выпрямительно-инверторных преобразователей. При выполнении работы были применены следующие методы исследований: методы теории электрических цепей, теоретические основы электро- и преобразовательной техники; методы математического моделирования. Полученные результаты при математическом моделировании: - коэффициенты пропорциональности для расчета элементов электронной модели сборочной единицы лабораторного макета преобразователя электровоза; - выполнено математическое моделирование электронной модели сборочной единицы лабораторного макета преобразователя электровоза, результаты которого показывают, что при применении предлагаемого алгоритма управления может быть достигнуто повышение коэффициента мощности электровоза переменного (однофазно-постоянного) тока с диодно-транзисторным разрядным плечом в среднем на 10 % по сравнению с типовым решением. Получены следующие результаты при физическом моделировании: - осциллограммы мгновенных значений тока и напряжения сети, напряжения преобразователя и тока тягового двигателя лабораторного макета преобразователя электровоза при работе в штатном и предлагаемом режимах; Полученные результаты физического моделирования работы модели лабораторного макета преобразователя электровоза с типовым и предлагаемым способами управления в режиме рекуперативного торможения (с применением разрядного плеча и нового способа управления) ВИП свидетельствуют о значительном увеличении Км электровоза и снижении генерируемой реактивной мощности (Q), а именно: - на 2-й зоне регулирования Q снижается в среднем на 46 % при увеличении Км в среднем на 76 %; - на 3-й зоне регулирования Q снижается в среднем на 39 % при увеличении Км в среднем на 64 %; - на 4-й зоне регулирования Q снижается в среднем на 31 % при увеличении Км в среднем на 62 %. Было выполнено исследование на математической модели зависимости КПД контактной сети и электрической части электровоза от коэффициента мощности. Результаты исследования показывают, что применение ВИП с диодно-транзисторным разрядным плечом и нового алгоритма управления позволяют повысить коэффициент мощности на 15-20% и коэффициент полезного действия электрической части электровоза на 6-7%. Таким образом, поставленная в техническом задании научно-исследовательской работы (договор № АААА-А20-121050600025-2 от 06.05.2021 г.) цель – повысить Км электровоза в режиме РТ не менее чем на 10 % – достигнута. Область применения: все современные отечественные серийные электровозы переменного (однофазно-постоянного) тока.