Разработка и испытание прототипа устройства сетевой коммутации для повышения энергетической эффективности электровозов и электропоездов переменного тока

Объект исследования – электровоз переменного тока с диодным разрядным плечом и новым алгоритмом управления преобразователем в режиме тяги. Цель работы – разработать схемотехническое решение и энергоэффективный алгоритм организации сетевой коммутации преобразователей электроподвижного состава в режиме тяги. Разработать математические модели в среде Matlab/Simulink, позволяющие исследовать электромагнитные процессы электровоза переменного тока в режиме тяги при штатном и предлагаемом способах организации сетевой коммутации плеч ВИП, получение сравнительных результатов моделирования. Разработать комплект эскизной конструкторской документации, разработать и изготовить макетный образец прототипа устройства сетевой коммутации и программное обеспечение для микроконтроллера по разработанному энергоэффективному алгоритму управления, провести стендовые испытаний изготовленного прототипа. Основные задачи, решенные в ходе выполнения НИОКР: - разработаны схемотехническое решение и новый алгоритм сетевой коммутации преобразователей электроподвижного состава в режиме тяги; - разработана имитационная модель системы «тяговая подстанция – контактная сеть – электровоз», построенная в среде моделирования Simulink программного пакета MATLAB; - выполнено имитационное моделирование разработанной модели штатного режима работы преобразователя и с включением в схему диодного разрядного плеча и новым алгоритмом управления сетевой коммутацией; - выполнен сравнительный анализ полученных результатов работы штатного и предлагаемого алгоритма; - разработан комплект эскизной конструкторской документации; - разработан и изготовлен макетный образец прототипа устройства сетевой коммутации и программное обеспечение для микроконтроллера по разработанному энергоэффективному алгоритму управления; - проведены стендовые испытаний изготовленного прототипа. При выполнении работы достигнуты следующие количественны показатели: - повышение коэффициента мощности в среднем на 2,3% в зависимости от зоны регулирования; - снижение коэффициент искажения синусоидального напряжения, потребляемого из сети в среднем на 10,2%; - снижение потребления электроэнергии из сети за счет снижения потребления реактивной мощности в среднем на 2,4%; - повышение средневыпрямленного напряжения тяговом двигателе в среднем 3,1% за счет ускорения коммутационных процессов и исключения короткозамкнутых контуров; - повышение скорости вращения в среднем на 1,5%, что при пересчете применительно к электроподвижному составу приведет к повышению скорости движения в среднем на 5 км/ч. Работы НИОКР выполнены в полном объеме, результаты будут использованы при испытаниях прототипа на электроподвижном составе. Область применения результатов работы – электроподвижной состав переменного тока.