Аналіз режимів роботи однофазного активного випрямляча струму з широтно-імпульсною модуляцією по прямокутно-ступінчатому закону

Автор(и)

  • Alexey Krasnov Харківське відділення філії «Прокетно-вишукувальний інститут залізничного транспорту» ПАТ «Укрзалізниця» вул. Євгена Котляра, 7, м. Харків, Україна, 61052, Україна https://orcid.org/0000-0002-7538-8965
  • Borys Liubarskyi Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2985-7345
  • Vladimir Bozhko Харківське відділення філії «Прокетно-вишукувальний інститут залізничного транспорту» ПАТ «Укрзалізниця» вул. Євгена Котляра, 7, м. Харків, Україна, 61052, Україна https://orcid.org/0000-0001-6068-2881
  • Оleksandr Petrenko Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-4027-4818
  • Oksana Dubinina Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-6928-0325
  • Ramil Nuriiev Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-5034-7350

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131150

Ключові слова:

активний випрямляч струму, коефіцієнт потужності, широтно-імпульсна модуляція, математична модель

Анотація

Досліджено режими роботи однофазного активного випрямляча струму у випадку широтно-імпульсної модуляції по прямокутно-ступінчатому закону і навантаження у вигляді тягового двигуна постійного струму. Розглянуто однофазну мостову схему випрямляча з розрядним діодом. Розроблено математичну модель випрямляча і визначено основні розрахункові співвідношення для широтно-імпульсної модуляції при прямокутно-ступінчатій формі модуляційного сигналу. На комп’ютерній моделі досліджено електромагнітні процеси при трьох значеннях частоти модуляції (900, 1200, 1800 Гц). Встановлено особливості впливу глибини і частоти модуляції на коефіцієнт потужності випрямляча і ступінь спотворення синусоїдальності форми кривих напруги та струму в мережі живлення.

Двигун постійного струму на сьогодні залишається основним типом тягового двигуна магістральних електровозів змінного струму напругою 25 кВ, 50 Гц в Україні та в ряді інших країн. Для живлення таких двигунів як правило застосовують випрямлячі на діодах або тиристорах. Разом с тим відомо, що перетворювачі на повністю керованих напівпровідникових приладах забезпечують більш високу енергетичну ефективність.

Проведені дослідження дозволили встановити, при яких значеннях частоти і глибини модуляції забезпечується високий коефіцієнт потужності (більше 0,9) і мінімальні спотворення синусоїдальності форми напруги і струму в мережі живлення. Це дозволяє визначити раціональні підходи до вибору силових схем и алгоритмів управління активними перетворювачами в тяговому електроприводі електровозів. Ефективність підвищення коефіцієнта потужності і зменшення несинусоїдальності напруги та струму полягає, насамперед, в зниженні витрат електроенергії на тягу поїздів.

За сукупністю обраних критеріїв порівняння найбільш прийнятним для реалізації в тяговому електроприводі електровоза є активний випрямляч струму з частотою модуляції 1200 Гц. Забезпечення високих енергетичних характеристик в широкому діапазоні тягових навантажень може бути досягнуто в багатозонній схемі такого перетворювача

Біографії авторів

Alexey Krasnov, Харківське відділення філії «Прокетно-вишукувальний інститут залізничного транспорту» ПАТ «Укрзалізниця» вул. Євгена Котляра, 7, м. Харків, Україна, 61052

Провідний науковий співробітник

Науково-дослідний відділ «Інфраструктура залізниць та електрична тяга»

Borys Liubarskyi, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Vladimir Bozhko, Харківське відділення філії «Прокетно-вишукувальний інститут залізничного транспорту» ПАТ «Укрзалізниця» вул. Євгена Котляра, 7, м. Харків, Україна, 61052

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-дослідний відділ «Інфраструктура залізниць та електрична тяга»

Оleksandr Petrenko, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричного транспорту

Oksana Dubinina, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор педагогічних наук, кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерної математики і аналізу даних

Ramil Nuriiev, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Аспірант

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Посилання

  1. Buriakovskyi, S., Babaiev, M., Liubarskyi, B., Maslii, A., Karpenko, N., Pomazan, D. et. al. (2018). Quality assessment of control over the traction valve-inductor drive of a hybrid diesel locomotive. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (2 (91)), 68–75. doi: 10.15587/1729-4061.2018.122422
  2. Yeritsyan, B., Liubarskyi, B., Iakunin, D. (2016). Simulation of combined body tilt system of high-speed railway rolling stock. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (80)), 4–17. doi: 10.15587/1729-4061.2016.66782
  3. Liubarskyi, B., Petrenko, О., Iakunin, D., Dubinina, O. (2017). Optimization of thermal modes and cooling systems of the induction traction engines of trams. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (87)), 59–67. doi: 10.15587/1729-4061.2017.102236
  4. Liubarskyi, B., Petrenko, А., Shaida, V., Maslii, A. (2017). Analysis of optimal operating modes of the induction traction drives for establishing a control algorithm over a semiconductor transducer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (88)), 65–72. doi: 10.15587/1729-4061.2017.109179
  5. Shreyner, R. T. (2000). Matematicheskoe modelirovanie elektroprivodov peremennogo toka s poluprovodnikovymi preobrazovatelyami chastoty. Ekaterinburg: URO RAN, 654.
  6. Pou, J., Wu, B. (2006). High Power Converters: Topologies, Controls and Applications. IEEE IECON. France.
  7. Zak, V. V., Zarif'yan, A. A., Kolpahch'yan, P. G. (2011). Uluchshenie energeticheskih pokazateley elektrovozov peremennogo toka s zonno-faznym regulirovaniem napryazheniya. Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu im. V. I. Dalia, 4 (158), 185–190.
  8. Michalík, J., Molnár, J., Peroutka, Z. (2009). Single-Phase Current-Source Active Rectifier: Control Strategy under Distorted Power Supply Voltage. Przegląd Elektrotechniczny, 85 (7), 148–453.
  9. Yagovkin, D. A. (2015). Razrabotka matematicheskoy modeli vypryamitel'no-invertornogo preobrazovatelya na IGBT-tranzistorah dlya elektrovoza peremennogo toka i ego bloka upravleniya v rezhime tyagi. Sovremennye tekhnologii. Sistemniy analiz. Modelirovanie, 3 (47), 197–202.
  10. Michalík, J., Molnár, J., Peroutka, Z. (2012). Active Elimination of Low-Frequency Harmonics of Traction Current-Source Active Rectifier. Transactions on Electrical Engineering, 1 (1), 30–35.
  11. Michalik, J., Molnar, J., Peroutka, Z. (2012). Behavior of active current source rectifier under critical transient conditions in traction. 2012 15th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC). doi: 10.1109/epepemc.2012.6397245
  12. Michalík, J., Molnár, J., Peroutka, Z. (2011). Single Phase Current-Source Active Rectifier for Traction: Control System Design and Practical Problems. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 86–89.
  13. Chaudhary, P., Samanta, S., Sensarma, P. (2015). Input-Series–Output-Parallel-Connected Buck Rectifiers for High-Voltage Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62 (1), 193–202. doi: 10.1109/tie.2014.2327556
  14. Liu, Y., Su, M., Sun, Y. (2016). Active power compensation method for single-phase current source rectifier without extra active switches. IET Power Electronics, 9 (8), 1719–1726. doi: 10.1049/iet-pel.2015.0899
  15. Efimov, A. A., Mel'nikov, S. Yu. (2016). Regulirovochnye harakteristiki aktivnyh odnofaznyh preobrazovateley toka. Zavalishinskie chteniya. Sankt-Peterburg: GUAP, 114–119.
  16. Chaplygin, E. E. (2003). Invertory napryazheniya i ih spektral'nye modeli. Moscow: Izdatel'stvo MEI, 64.
  17. Get'man, G. K. (20110. Teoriya elektricheskoy tyagi. Vol. 1. Dnepropetrovsk: Izd-vo Makoveckiy, 456.
  18. Senko, V. I. et. al.; Senko, V. I. (Ed.) (2012). Elektronika i mikroskhemotekhnika. Vol. 4. Kn. 1. Sylova elektronika. Kyiv: Karavela, 640.
  19. Strizhnev, A. G., Lednik, G. V. (2011). Sintez napryazheniy mnogokratnyh ravnomernyh ShIM, sozdannyh po stupenchatym funkciyam postroeniya. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob'edineniy SNG, 5, 24–30.
  20. Shavelkin, A. A. (2012). Aktivniy vypryamitel' toka dlya preobrazovateley chastoty na baze avtonomnogo invertora toka. Nauchniy vestnik DGMA, 2 (10E), 139–147.
  21. Kulinich, Yu. M. (2001). Adaptivnaya sistema avtomaticheskogo upravleniya gibridnogo kompensatora reaktivnoy moshchnosti elektrovoza s plavnym regulirovaniem napryazheniya. Habarovsk: DVGUPS, 153.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-05-15

Як цитувати

Krasnov, A., Liubarskyi, B., Bozhko, V., Petrenko О., Dubinina, O., & Nuriiev, R. (2018). Аналіз режимів роботи однофазного активного випрямляча струму з широтно-імпульсною модуляцією по прямокутно-ступінчатому закону. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(9 (93), 50–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131150

Номер

Том 3 № 9 (93) (2018): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Alexey Krasnov, Borys Liubarskyi, Vladimir Bozhko, Оleksandr Petrenko, Oksana Dubinina, Ramil Nuriiev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.