Визначення оптимальних параметрів широтно-імпульсної модуляції 4qs-перетворювача для електрорухомого складу
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143789Ключові слова:
4qs-перетворювач, електрорухомий склад, коефіцієнт потужності, ШІМ, імітаційне моделювання, електричні втратиАнотація
Досліджено режими роботи однофазного 4qs-перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією в складі електрорухомого складу змінного струму. Розроблено методу визначення параметрів ШІМ, при яких реалізується оптимальний за критерієм мінімізації 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 непотрібні на даному етапі блоки та зменшити сумарний час моделювання. На першому етапі визначаються значення коефіцієнту потужності та струму ланки постійного струму в усьому діапазоні коефіцієнтів модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Далі, з отриманого масиву даних виділяються пари значень параметрів ШІМ, за яких реалізується найвищій коефіцієнт потужності системи «електровоз – тягова мережа», та заносяться до табличною системи завдання параметрів ШІМ. На другому етапі визначається залежності електричних втрат, а, отже, й ККД, та коефіцієнту нелінійних спотворювань мережевого струму від тактової частоти перетворювачі. Визначення електричних втрат ґрунтується на обчисленні енергії, що була розсіяна протягом 1 с на IGBT-транзисторі та снаберному резисторі в залежності від миттєвих значень струму через них.
Для знаходження параметрів ШІМ за наведеною методою розроблено імітаційну модель 4qs-перетворювача, проведено ідентифікацію параметрів ШІМ перетворювача електровозу для тестової задачі. Визначено, що енергетичні показники перетворювача залежать нелінійно від трьох керуючих величин, що є параметрами ШІМ: коефіцієнту модуляції, зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом, та тактовою частоти ШІМ.
Визначено, що перетворювач з ідентифікованими параметрами ШІМ забезпечує одиничний коефіцієнт потужності тягової мережі при навантаженні більше 10 % від номінального в режимах тяги та рекуперативного гальмування.
Отримано залежність електричних втрат перетворювача та коефіцієнту нелінійних спотворень в тяговій мережі від тактової частоти ШІМ. Визначено, що раціональне значення тактової частоти лежить в інтервалі 900…2000 Гц, при цьому ККД перетворювача досягає 98…95 %, коефіцієнт нелінійних спотворень складає 12…5 %. Визначено, що виключення з силового кола снаберної ланки може суттєво зменшити сумарні електричні втрати. Встановлено, що втрати на паразитних опорах фільтрів незначні, тому їх можна не враховувати в загальному балансі втратПосилання
- Energy Efficiency and its contribution to energy security and the 2030 Framework for climate and energy policy (2014). Communication from the commission to the European Parliament and the Council. Brussels. Available at: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/2014_eec_communication_adopted_0.pdf
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109179
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.102236
- 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.122422
- Nerubatskyi, V. P. (2012). Rekuperatyvne halmuvannia na zaliznychnomu transporti yak odyn z vydiv enerhozberezhennia v systemi tiahy zminnoho strumu. Informatsiyno-keruiuchi systemy na zaliznychnomu transporti, 2, 11–15.
- Serhienko, M. I., Panasenko, M. V., Chudnyi, O. Yu. (2011). Shliakhy znyzhennia spozhyvannia reaktyvnoi enerhiyi v systemi elektrychnoi tiahy zminnoho strumu 25 kV, 50 Hts. Lokomotiv-inform, 9, 4–9.
- Honcharov, Yu. P., Panasenko, M. V., Bozhko, V. V. (2007). Tiahovyi vypriamliach z reversyvnym voltododatkom na zapyraiemykh napivprovidnykovykh pryladakh. Tekhnichna elektrodynamika, 6.
- Mu, M., Liu, S., Lin, F., Yang, Z., Yasuoka, I. (2017). Locomotives harmonic compensation by SiC auxiliary converter with active filter function. 2017 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). doi: https://doi.org/10.1109/itec-ap.2017.8080774
- Litovchenko, V. V. (2000). 4q-S – chetyrekhkvadrantnyy preobrazovatel' elektrovozov peremennogo toka. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika, 3, 64–73.
- Macan, M. (2007). Presentation of a four-quadrant converter based system in traction applications – Reference to modeling, simulation and analysis. 2007 European Conference on Power Electronics and Applications. doi: https://doi.org/10.1109/epe.2007.4417646
- Popkov, A. B. (1990). Vliyanie ustanovki poperechnoy emkostnoy kompensacii na poteri energii v tyagovoy seti peremennogo toka. Trudy MIITa, 819, 136–141.
- Evstaf'ev, A. M., Sychugov, A. N. (2013). Povyshenie energeticheskoy effektivnosti elektrovozov peremennogo toka. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya, 1 (34), 22–30.
- Poluyanovich, N. K. (2014). Matematicheskoe opisanie processov 4q-S-preobrazovatelya. Izvestiya Yuzhnogo federal'nogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 6 (155), 32–39.
- Krasnov, A., Liubarskyi, B., Bozhko, V., Petrenko, О., Dubinina, O., Nuriev, R. (2018). Аnalysis of operating modes of singlephase currentsource rectifier with rectangularstepped pulsewidth modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (93), 50–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131150
- Krutyakov, E. A. (Ed.) (2003). Silovye polnost'yu upravlyaemye poluprovodnikovye preobrazovateli (modelirovanie i raschet). Sankt-Peterburg: «Elektrosila», 172.
- 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.
- 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.
- Liubarskyi, B., Demydov, A., Yeritsyan, B., Nuriiev, R., Iakunin, D. (2018). Determining electrical losses of the traction drive of electric train based on a synchronous motor with excitation from permanent magnets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (92)), 29–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127936
- General Considerations for IGBT and IPM. Mitsubish Application Notes. Available at: http://www.mitsubishielectric.com/semiconductors/files/manuals/powermos3_0.pdf
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Оleksandr Demydov, Borys Liubarskyi, Valerii Domanskyi, Marina Glebova, Dmytro Iakunin
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.
