15.Несиммметрия напряжения и её влияние на работу асинхронных двигателей.

НЕСИММЕТРИЧНЫМ наз-ся режим, при котором либо одна из фаз, либо все фазы загружены неодинаково или имеют неодинаковые напряжения.

Отрицательно сказывается несимметрия напряжения, причём в 2-х направлениях: отрицательное влияние на момент двигателя и на мощность, которую способен реализовать двигатель.

При несимметрии напряжения круговое поле двигателя превращается в эллипсоид, который можно разложить на 2 поля: поле прямой и обратной последовательности.

Т.к. момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то для момента прямой последовательности М=CU²; M/1/=CU/1/²=CU/н/², где С – момент машины.

Аналогично, момент обратной последовательности: M/2/=CU/2/²=C*(K/2U/*Uн)².

Тогда результирующий момент: М=M1-M2=C*U²н*(1-K/2U/²), т.е. влияние на момент незначительно и им обычно пренебрегают.

Более существенно второе влияние, т.к. при несимметрии получает большую нагрузку фаза с наибольшим напряжением, а две другие фазы оказываются недогруженными.

P=Ua*Ia*cos/a/+Ub*Ib*cos/b/+Uc*Ic*cos/c/, в отличие от симметричного, когда P=3Uф*Iф*cos/ф/. Суммарная мощность двигателя снижается с увеличением несимметрии.

Для оценки степени снижения мощности двигателя используется несколько подходов:

1)Наиболее простой – по Бергеру. Считается, что токи прямой и обратной последовательности совпадают по направлению Iн=I/1/+I/2/, но I2=U2/z2=[K/2U/*Uн]/z2.

Ток к.з. Iк=Uном/z2; I/1/=Iном-K/2U/*Iк=Iном(1-K/2U/*Iк/Iном) = Iном(1-K/2U/*k), где k=Iк/Iном – кратность пускового тока. Соответственно, ном мощность пропорциональна ном току P/нагр.доп/=Рн/[1+K/2U/*k].

2)По Лебедеву: P/нагр.доп/=Рн/√[1+K/2U/*k];

3)По Каменскому: Р/нагр.доп/=Рн*√[1-K/2U/²*k²]/[1+K/2U/²*k²], {т.е. при 20% несимметрии доп нагрузка на двигатель =0} – самый предпочтительный.

16.Несимметрия напряжения и её влияние на работу многофазных выпрямителей и осветительную нагрузку.

НЕСИММЕТРИЧНЫМ наз-ся режим, при котором либо одна из фаз, либо все фазы загружены неодинаково или имеют неодинаковые напряжения.

На работу многофазного выпрямителя отрицательно влияет несимметрия наприжений. Прежде всего страдает мощность; искажается форма – появляется несинусоидальность. При её разложении появляются чётные гармоники, которые распространяются во всю энергосистему, нанося ущерб потребителям.

ОДНОФАЗНЫЕ потребители, которые подключены к фазе с большим напряжением будут испытывать перенапряжение, т.е. потребители, которые оказались на фазах с меньшим напряжением будут испытывать отрицательное воздействие.

17.Коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям.

Для оценки несимметрии вводятся 2 коэффициента:

1)K/2U/ - коэффициент несимметрии по обратной последовательности.

K/2U/=[U/2(1)/]/[U/1(1)/]*100, где U/1(1)/ - напряжение прямой последовательности по основной частоте; U/2(1)/ - напряжение обратной последовательности по основной частоте.

Часто на практике вместо U/1(1)/ используется Uном: K/2U/=[U/2(1)/]/Uном*100. Разрешается даже вместо U/2(1)/ использовать просто U2 – напряжение обратной последовательности: K/2U/=U2/Uном*100. Разрешается даже рассчитывать по упрощённой формуле: U/2(1)/=0,62*(Uмфнб-Uмфнм), где Uмфнб и Uмфнм – междуфазные напряжения наибольшее и наименьшее, соответственно.

При измерении K/2U/ вычисляется как K/2U/=√([(i=1ΣN)K/2Ui/²]/N), 3сек, N=9.

Нормируется K/2U/ для 2-х режимов: 1)нормируемого – 2-3%; 2)наибольшего – 4%.

2)K/0U/ - коэффициент несимметрии по нулевой последовательности.

K/0U/=[U/0(1)/]/[U/1(1)/]*100=[U/0(1)/]/Uном*100=U0/Uном*100;

U/0(1)/=0,62(Uфнб-Uфнм), K/0U/=√([(i=1ΣN)K/0Ui/²]/N), 3сек, N=9.

Нормально допустимо 2%; Предельно допустимо 4%.

О нулевой последовательности имеет смысл говорить только при 4-х проводной сети.

18.Несимметрия токов на тяговых подстанциях переменного тока.

∆θ=60°; откр.∆θ=-60°; скотт θ=90°.

u/1/=Uм*sinωt; i/1/=Iм*sin(ωt-); По аналогии с напряжением для токов тоже можно ввести коэффициент несимметрии по обратной последовательности: K/2I/=[I/2(1)/]/[I/1(1)/]=[3Uн*I/2(1)/]/[3Uн*I/1(1)/] = P2/P1. P=[Uм*Iм]/2*[cosφ-cos(2ωt-)]; P=U*I*cos - I*I*cos(2ωt-). Для симметричной системы: P=U*I*cos.

Чтобы получить K/2I/, используется теорема cos, по которой: I/1(1)/=√[Iл²+Iп²+2Iл*Iп*cos(л-п)], I/2(1)/=√[Iл²+Iп²+2Iл*Iп*cos(2ωt+п-л)]; K/2I/=√([Iл²+Iп²+2Iл*Iп*cos(2θ+п-л)]/[Iл²+Iп²+2Iл*Iп*cos(л-п)]). Вводят =Iп/Iл>1.

К/2I/=√([1+²+2cos(2θ+п-л)]/[1+²+2*cos(л-п), обычно исследуется при л=п, тогда можно получить: K/2I/=√[1+²+2*cos(2θ)]/[1+],

θ=60°-∆ или -60°-откр∆: K/2I/=√[1+²-]/[1+]; θ=90°: K/2I/=[1-]/[1+].

Меры для ограничения несимметрии: 1)Применение фильтрсимметрирующих устройств; 2)Применение специальных схем симметрирования; 3)Применение симметричных потребителей; 4)Компенсирующие устройства.

Фильтры: 1)снижают уровень гармоник; 2)симметрируют напряжение по плечам питания.

19.Симметрирование нагрузки на энергосистему в тяговых сетях переменного тока.

Несимметрия начинается с несимметрии токов. При симметричных режимах токи во всех фазах одинаковы по величине, т.к. напряжение симметрично.

НЕСИММЕТРИЧНЫМ наз-ся режим, при котором либо одна из фаз, либо все фазы загружены неодинаково или имеют неодинаковые напряжения.

При построении схем симметрирования возможны два варианта: 1).Когда питание ЛЭП осуществляется с одной сторны.

В этом случае первую подстанцию можно присоединить любым способом. После этого необходимо определить какие напряжения поданы в тяговую сеть (слева и справа){Uк и -Uз}.

Вторую подстанцию необходимо присоединять начиная со вторичной обмотки, т.е. сохранить на межподстанционной зоне то же напряжение что и на первой подстанции {Uз}. Присоединение первичных обмоток А и В рокируется и такой процесс можно продолжать на 6 подстанций. При этом в тяговой сети получилось бы 6 разных напряжений. Но этот вариант схемы менее универсален и практически не применяется.

На практике принят второй вариант при котором схема выполняется зеркально симметричной, т.е. (4) как (3), (5) как (2), (6) как (1).

Симметрия достигается при условии, что нагрузки на всех подстанциях одинаковы по величине и по фазе. При этих условиях каждая из подстанций работает вне симметричном режиме.

K/2U/=(I/2/)/(I/1/) – коэффициент несимметрии по обратной последовательности. I/2/ - ток обратной последовательности, I/1/ - ток прямой последовательности.

1 уч-к(3-2): K/2U/=(I/A2/)/(I/A1/); 2 уч-к(2-1): K/2U/=(I/A2/)/(2I/A1/); 3 уч-к(ист-1): K/2U/=0/(3I/A1/).

Такая схема улучшает симметрирование нагрузок, но не обеспечивает 100%-ной симметрии.

Меры для ограничения несимметрии: 1)Применение фильтрсимметрирующих устройств; 2)Применение специальных схем симметрирования; 3)Применение симметричных потребителей; 4)Компенсирующие устройства.

Фильтры: 1)снижают уровень гармоник; 2)симметрируют напряжение по плечам питания.

20.Уровни напряжения в системе тягового электроснабжения.

Uп=Uэл-∆Uсист-∆Uтп-∆Uтс.

Uэл – нагрузка на электростанции; ∆Uсист – падение напряжения в системе(регламентировано стандартом в пределах ±5%); Uэл-∆Uсист=Uтп; ∆Uтп зависит от наклона внешней хар-ки, от типа агрегатов ТП, от схем соединения этих агрегатов, т.е. эта величина фактически зависимость от тока нагрузки; ∆Uтс определяется параметрами самой тяговой сети, т.е. сопротивлениями подвески, рельсов и схемами питания.

Стандартами установлены уровни, в пределах которых должны находиться напряжения.

{таблица в конспекте}.

21.Влияние колебаний напряжения на работу э.П.С. И системы электроснабжения.

Принято различать 2 вида изменения напряжения: колебания и отклонения.

Под колебаниями понимают такие изменения, которые не успевают сказываться на скорости ЭПС.

Бросок тока нарушает работу двигателя вплоть до появления кругового огня по коллектору. Приращение силы тяги рывком может привести к рывку по составу (вплоть до разрыва). Если изменения происходят в обратную сторону, то изменение тока также может сказаться на коммутации двигателя (но, как правило, в меньшей степени.)

22.Влияние отклонений напряжения на работу э.П.С. И системы электроснабжения.

Принято различать 2 вида изменения напряжения: колебания и отклонения.

Под отклонением понимают, такие изменения, которые ведут к изменению скорости ЭПС.

При перерастании колебания в отклонение с повышением напряжения, скорость поезда увеличивается соответственно, график движения поездов гарантированно выдерживается, время занятия межподстанционной зоны уменьшается и соответственно воздействие на тяговую сеть уменьшается.

При переходе колебания в отклонение со снижением напряжения, скорость движения падает, соответственно график движения выдать труднее, время занятия перегона увеличивается и соответственно ток ТП возрастает и может произойти дальнейшее снижение напряжения за счёт возрастания потерь.

На пригородных участках у машиниста есть резерв времени за счёт выбега (при опаздывании можно отказаться от выбега). На магистральных ЖД машинист может применить ослабление поля. U=[u-I*R]/[CnФ]. При этом возрастает ток, это явление наз-ся потерей управляемости ЭПС.

При снижении напряжения нагрузки на энергосистему растёт, растёт и падение напряжения, причём это падение будет увеличиваться с ростом нагрузки, и процесс может дойти до того, что напряжение на поезде будет недостаточным для продолжения движения. Это явление наз-ся опрокидыванием энергосистемы.

23.Изменение напряжения на токоприёмнике э.П.С. При узловых схемах питания тяговой сети.

Для схемы с одним узлом: ∆Uп=Iп,ср*r/o/*(x-3/2*x²/L);

Для схемы с двумя узлами: ∆Uп=Iп,ср*r/o/*(x-2x²/L), при x от 0 до L/3; ∆Uп=Iп,ср*r/o/*(2x-2x²/L-L/3), при х от L/3 до L/2.

Для схемы с тремя узлами: ∆Uп=Iп,ср*r/o/*(x-2,5x²/L), при х в пределах от 0 до L/4; ∆Uп=Iп,ср*r/o/*(2x-2,5x²/L-L/4), при х в пределах от L/4 до L/2.

Средние потери напряжения: при схеме с одним узлом: ∆Uп,ср=Iп,ср*r/o/*L/8; c двумя узлами: ∆Uп,ср=Iп,ср*r/o/*L/9; с тремя узлами: ∆Uп,ср=Iп,ср*r/o/*L/9,6.

24.Параллельная работа тяговых подстанций постоянного тока в режиме выпрямления.

Любая подстанция характеризуется внешней хар-кой: либо наклонной (мягкой), либо горизонтальной (жёсткой), либо даже компаундированной (вверх).

Естественной явл-ся только мягкая. При параллельной работе ТП каждая ТП имеет свою внешнюю хар-ку и могут быть 2 принципиальных варианта: 1)когда внешняя хар-ка совпадает, 2)когда внешние хар-ки не совпадают.

∆U, т.е. появление (возможное) уравнительных токов (только если есть хотябы одна нагрузка).

Отдельно измерить уравнительный ток нельзя. Наличие ∆U при пост токе ведёт к перераспределению нагрузки между ТП.

25.Параллельная работа тяговых подстанций переменного тока.

Каждая подстанция имеет 2 внешних хар-ки: хар-ку опережающего плеча, и хар-ку отстающего плеча.

Каждая внешняя хар-ка зависит от коэффициента мощности нагрузки. С уменьш cos внешняя хар-ка становится более падающей, а уменьш cos вызвано самим поездом, т.к. по мере удаления поезда от ТП увел-ся индуктивное сопротивление ТС, и чем дальше поезд от ТП, тем больше наклоняется хар-ка. Поэтому каждой хар-ке соответствует семейство хар-к, т.е. нестабильность напряжения на ТП перем тока выше чем на ТП пост тока. В отличие от ТП пост тока, физически существует уравнительный ток, т.к. существует путь для данного тока.

Важная проблема- увеличение потерь за счёт Iур. При постоянном токе эти потери скрыты. Iур при перем токе приводит к доп нагрузке ТС, осложнению учёта энергии и доп потерям акт мощности. По этим причинам на некоторых дорогах отказались от двухстороннего питания.

26.Работа тяговых подстанций в режиме реализации избытка энергии рекуперации.

27.Способы компенсации потерь напряжения во внешней энергосистеме. Способы регулирования напряжения.

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ: 1)Способ ступенчатого регулирования на тр-рах; 2)Плавное регулирование с помощью магнитоуправляемых Эл-тов; 3)Применение вольто-добавочных устройств пост тока; с помощью различных схем изменения напряжения (схемные решения).

28.Ступенчатое регулирование напряжения.

Применяется на тр-рах за счёт изменения числа витков. Такие переключения делаются на первичной стороне, чтобы иметь дело с меньшими токами.

Различают 2 вида таких переключений: 1).Переключение без нагрузки – когда тр-р должен быть отключен., 2)Переключение под нагрузкой.

Промышленностью выпускаются 6 типов тр-ров: 1)до100кВА; 2)100..1000кВА; 3)1000..6300кВА; 4)6300..25000кВА; 5)25000..32000кВА; 6)32000..80000кВА.

Тр-ры I и II групп имеют регулирование без нагрузки.

III-VI - регулирование под нагрузкой. Задача таких устройств - обеспечить переключение без разрыва токовой цепи.

Принципиально существует 2 типа таких устройств: 1)с реактором, 2)на резисторах.

Для увеличения регулирования на 2,5% вначале нужно разомкнуть контактор К2, тогда весь ток пойдёт по второй ветви. Затем переключить переключатель П2 в положение +2,5 и замкнуть К2. Витки 0 и +2,5 окажутся в положении к.з. Для ограничения тока этого межвиткового к.з. служит реактор. После этого разомкнуть К1, переключить П1 в положение +2,5 и замкнуть К1.

Способ наз-ся ступенчатым, т.к. внешняя хар-ка становится ступенчатой.

В пределах Umin..Umax осуществляется регулирование. Такое регулирование м/б местным (когда непосредственно у тр-ра имеются кнопки, с помощью которых осуществляется переключение отпаек), дистанционным, автоматическим. Если осуществляется автоматически, то система превращается в автоматическую систему регулирования напряж-я под нагрузкой (АРПН).

В состав такой системы должны входить 2 датчика уровня напряжения в виде реле напряжения, построенных на разные установки (min и max), само переключающее устройство, как правило с моторным приводом, которое осуществляет переключение отпаек. Датчики нужно ставить в ТС в точках, где напряжение min. Например, для узловой схемы с одним узлом - на 1/3 расстояния между ТП-ми. Либо на посту секционирования, т.к. 1/3 неудобно, т.е. посередине. Такими устройствами снабжены все понизительные тр-ры ТП, тр-ры инверторов, а в последние годы - тяговые тр-ры на ТП пост тока. Вся система находится в тр-ре в объёме масла. При работе переключающего устройства изнашиваются контакты, теряет свои св-ва тр-рное масло. В последние годы стали применять металлокерамические контакты с ресурсом до 150 тыс переключений. Работоспособность масла меньше, чем этих контактов. На практике чаще вместо автоматического регулирования применяют дистанционное.

29.Принцип плавного регулирования напряжения. Способы плавного регулирования напряжения.

Последовательно с обмоткой тр-ра выполняется Эл-нт, напряжение на котором можно плавно регулировать. Возможны 2 варианта: 1)Когда такой Эл-нт включен в первичной обмотке; 2)Когда - во вторичной обмотке.

1)U2=(U1±∆U)*ω2/ω1; 2)(U2’±∆U)=U1*ω2/ω1.

В качестве таких магнитоуправляемых Эл-тов можно использовать короткозамкнутые катушки, которые перемещаются вдоль сердечника тр-ра; дроссели подмагничивания, которые подмагничивают постоянным током тр-ры с шунтами подмагничивания, феррорезонанс регуляторы; автотрансформаторы с регулятором напряжения путём перераспределения.

30.Плавное регулирование напряжения с помощью короткозамкнутых катушек и дросселей подмагничивания.

Здесь тр-р имеет четыре обмотки. Верхние обмотки включены встречно, нижние- согласно. Есть Эл связь между верхними и нижними обмотками. Обмотки неподвижно намотаны на сердечник, а короткозамкнутая катушка перемещается вдоль сердечника и может занимать либо верхнее, либо нижнее положение. При верхнем положении ток К насыщает сталь верхней части сердечника, соответственно сопротивление катушек В и Г становится близким к 0. Тогда получается обычный понизительный тр-р. Если посадится питание обмотки, то тр-р работает как повышающий. Такая конструкция тр-ров применяется на ПТ переем тока, в тр-рах для питания устр-в СЦБ. Мощность их невелика 400кВА.

Это искусственное подмагничивание за счёт питания пост током(дополнительно к перем-му).

Если подмагничивать D1, то сопр-е его падает и в работу включены все три обмотки, т.е. все они оказываются под первичным напряжением. Число витков больше, вольт на виток меньше=> U2 уменьшается.

Если подмагничивать D2, то шунтируются ω’ и ω’’ и в работе остаётся ω, и тогда вольт на виток больше и снижается напряжение, U2 - повышенное. Сами обмотки подмагничивания размещены на том же сердечнике, что и тр-р. Этот же принцип применён и к тяговым тр-рам.

31.Применение для регулирования напряжения автотрансформаторов с перераспределением напряжения.

АТРПН представляет собой фактически 2 АТ со своими сердечниками. Каждый имеет 2 обмотки, которые включены по представленной схеме. Система подмагничивания может подмагничивать либо I, либо II. При подмагничивании I, всё напряжение приходится на нижнии обмотки и АТ работает как повышающий. Если подмагничивать II, то верхние обмотки оказываются противовключёнными и АТ- понижающий. Система требует специального источника постоянного тока, систему регулирования этого тока, датчики, на которые будет “отзываться” это напряжение. Причём на маломощных тр-рах, не превышающих 400кВА.

32.Магнито-тиристорное регулирование напряжение.

К магнитному Эл-ту добавляются тиристоры, которые наряду с тем, что дают пост ток подмагничиванию, предоставляют ещё возможность регулирования.

BDT-вольтоДобавочный тр-р.

Можно менять с помощью тиристоров знак добавки ∆U, открывая левый т.к. правый выпрямители. Кроме этого, можно менять вел-ну ∆U за счёт регулирования угла управления тиристорами. С увел угла ∆U уменьш; с уменьш угла ∆Uувел.

Недостатки системы: меняется форма U2 - из синусоидальной в несинусоидальную; в зав-ти от угла ‘гамма’ степень искажения различна => увеличиваются гармоники и требуются новые фильтр устройства. Поэтому такое регулирование можно осуществлять в небольших пределах ±10%