Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока

Рассмотрены методы определения мгновенных коэффициента мощности и коэффициента полезного действия электроподвижного состава постоянного тока, поскольку нестационарные режимы работы его силовых цепей требуют энергетического анализа в реальном масштабе времени с учетом стохастического изменения напряж...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Саблин, О.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2008
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143045
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока / О.И. Саблин // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 48-50. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143045
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1430452018-10-23T01:23:07Z Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока Саблин, О.И. Електричні машини та апарати Рассмотрены методы определения мгновенных коэффициента мощности и коэффициента полезного действия электроподвижного состава постоянного тока, поскольку нестационарные режимы работы его силовых цепей требуют энергетического анализа в реальном масштабе времени с учетом стохастического изменения напряжения на токоприемнике, тягового тока, а также скорости движения и силы тяги. Розглянуті методи визначення миттєвих коефіцієнта потужності та коефіцієнта корисної дії електрорухомого складу постійного струму, оскільки нестаціонарні режими роботи його силових кіл потребують енергетичного аналізу у реальному масштабі часу з врахуванням стохастичної зміни напруги на струмоприймачі, тягового струму, а також швидкості руху та сили тяги. Methods of instantaneous power factor and efficiency factor determination for DC electric rolling stock are considered because non-stationary conditions of its power circuits operation require on-line energy analysis taking into account stochastic change in trolley voltage, tractive current, as well as traverse speed and tractive force. 2008 Article Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока / О.И. Саблин // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 48-50. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143045 621.313.333 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Саблин, О.И. Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока Електротехніка і електромеханіка
description	Рассмотрены методы определения мгновенных коэффициента мощности и коэффициента полезного действия электроподвижного состава постоянного тока, поскольку нестационарные режимы работы его силовых цепей требуют энергетического анализа в реальном масштабе времени с учетом стохастического изменения напряжения на токоприемнике, тягового тока, а также скорости движения и силы тяги.
format	Article
author	Саблин, О.И.
author_facet	Саблин, О.И.
author_sort	Саблин, О.И.
title	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
title_short	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
title_full	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
title_fullStr	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
title_full_unstemmed	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
title_sort	мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143045
citation_txt	Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока / О.И. Саблин // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 48-50. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT sablinoi mgnovennyeénergetičeskiepokazateliélektropodvižnogosostavapostoânnogotoka
first_indexed	2025-07-10T16:18:20Z
last_indexed	2025-07-10T16:18:20Z
_version_	1837277440732299264
fulltext	48 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 УДК 621.313.333 МГНОВЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА Саблин О.И. Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им. Академика В. Лазаряна Украина, 49010, Днепропетровск, ул. Акад. В. Лазаряна, 2, "ДИИТ", каф. "Теоретические основы электротехники" тел. (056) 373-31-15, E-mail:dnuzt@diit.edu.ua Розглянуті методи визначення миттєвих коефіцієнта потужності та коефіцієнта корисної дії електрорухомого складу постійного струму, оскільки нестаціонарні режими роботи його силових кіл потребують енергетичного аналі- зу у реальному масштабі часу з врахуванням стохастичної зміни напруги на струмоприймачі, тягового струму, а та- кож швидкості руху та сили тяги. Рассмотрены методы определения мгновенных коэффициента мощности и коэффициента полезного действия элек- троподвижного состава постоянного тока, поскольку нестационарные режимы работы его силовых цепей требуют энергетического анализа в реальном масштабе времени с учетом стохастического изменения напряжения на токо- приемнике, тягового тока, а также скорости движения и силы тяги. Основными энергетическими показателями элек- троподвижного состава (ЭПС) являются к.п.д. η и ко- эффициент мощности λ [1], причем традиционно по- следний используется лишь к ЭПС переменного тока, для которого сдвиг по фазе между основными гармо- никами тока и напряжения характеризует ϕcos , а ко- эффициентом мощности учитывают, кроме сдвига по фазе, также и влияние высших гармонических состав- ляющих несинусоидального тока. Однако, в работе [2] обоснована необходимость применения такого показа- теля и к ЭПС постоянного тока, поскольку и этот вид ЭПС является нелинейной нестационарной нагрузкой, технологически искажающей форму напряжения на токоприемнике и тягового тока. Нелинейные электри- ческие цепи подвижного состава электрического транспорта, имея название (по роду питающего напря- жения) цепей постоянного тока, фактически являются нелинейными цепями переменного (изменяющегося) тока, а переменный случайный характер напряжения на токоприемнике U(t) ЭПС постоянного тока и его тяго- вого тока I(t) обязывают в электропотреблении учиты- вать величину его коэффициента мощности. ЭПС постоянного тока с этих позиций может быть представлен в виде нелинейной динамической электротехнической системы со случайным воздейст- вием U(t) и случайной реакцией I(t) (рис.1), Рис. 1 согласно которой величина η определяется как отно- шение полезной (выходной) активной мощности P2 к подведенной (входной) активной мощности P1 1 2 Р Р =η . Коэффициент мощности λ , согласно ДСТУ 2843-94 и ДСТУ 3121-95 [3, 4], для электрических цепей с несинусоидальными U(t) и I(t) для рис. 1 оп- ределяют как отношение подведенной активной мощ- ности P1, которая потребляется в конкретном режиме работы системы, к подведенной полной мощности S1 1 1 S P =λ . (1) Говоря о к.п.д. и коэффициенте мощности, все- гда подразумевают их количественную меру, которая при установившемся режиме является величиной по- стоянной, поскольку определяют эти показатели по перечисленным выше мощностям, являющимися ин- тегральными характеристиками. ЭПС постоянного тока – нестационарный потре- битель электроэнергии, большую часть времени рабо- тает в неустановившемся режиме, следовательно, в процессе работы ЭПС будут изменяться и потребляе- мая активная мощность и энергетические показатели. Таким образом, энергоэффективность работы ЭПС в эксплуатации невозможно в полной мере оценить с помощью интегральных показателей, а поэтому для оптимального энергорегулирования в таких системах необходимо также рассматривать энергетические по- казатели не только как неизменные величины, но и в режиме реального времени – как мгновенные функ- ции, соответственно λ(t) и η(t). Однако в классиче- ской электротехнике не предусмотрено понятия мгно- венного коэффициента мощности, поскольку он опре- деляется для установившегося режима работы элек- трических цепей [5] и является величиной постоян- ной, а поэтому определим его исходя из интегрально- го выражения (1) в виде функции ( ) ( ) ( )tS tPt 1 1λ = , (2) где P1(t) и S1(t) – мгновенные соответственно актив- ная и полная (кажущаяся) мощности ЭПС. Запишем интегральное выражение коэффициен- та мощности λ системы за произвольный период вре- мени T ее работы через значения мгновенных функ- ций тока и напряжения Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 49 ( ) ( ) ( ) ( )∫∫ ∫ =λ TT T dttI T dttU T dttItU T 0 2 0 2 0 11 1 , (3) где ( )tU и ( )tI на рассматриваемом участке времени T дискретизируем на N равных интервалов nn TTT −=Δ +1 , а в пределах интервала TΔ в свою очередь разделим ( )tU и ( )tI на M равных интерва- лов mm ttt −=Δ +1 (рис.2), таким образом, получаем, что TNT Δ= , а tMT Δ=Δ , при этом квантованные функции тока и напряжения содержат MN ⋅ точек. Рис. 2 Далее введем ранжированную переменную Nn ..., ,2 ,1= , в результате получим возможность на N участках времени T определить N значений активной nP и полной nS мощностей по M значениям тока и напряжения, то есть через интервалы времени TNTTTn ΔΔΔ= ..., ,2 , , а значит определим неизмен- ные значения мощностей и соответственно коэффи- циент мощности в пределах каждых участков ΔT. То- гда для интервала времени ΔT на рис. 2 можно запи- сать значение коэффициента мощности как инте- гральной величины в виде: ( ) ( ) ( ) ( ) ≈ ΔΔ Δ = ∫∫ ∫ Δ+Δ+ Δ+ TT T TT T TT T n n n n n n dttI T dttU T dttItU T 22 11 1 λ ∑∑ ∑ == = Δ Δ Δ Δ Δ Δ ≈ M m m M m m M m mm tI T tU T tIU T 1 2 1 2 1 11 1 , (4) где в числителе приведена потребляемая ЭПС актив- ная мощность на интервале времени ΔT, а в знамена- теле – полная мощность за тот же интервал. Если взять предел выражения (4) при 0→ΔT и 0→Δt (а соответственно ∞→N и ∞→M ), причем Tt Δ<<Δ , то есть величина Δt – малая более высокого порядка, чем ΔT (рис. 2), тогда (4) будет стремиться к значе- нию λ в данный момент времени, то есть к мгновен- ной величине коэффициента мощности ( )t tI T tU T tIU T M m m M m m M m mm T t λ→ Δ Δ Δ Δ Δ Δ ∑∑ ∑ == = →Δ →Δ 1 2 1 2 1 0 0 11 1 lim . (5) Считая в пределах каждого из интервалов ΔT ве- личины P, S и соответственно λ неизменными, можно рассмотреть как изменялись эти величины на других интервалах времени ΔT, т.е. получаем функции ( )tP , ( )tS и в результате ( )tλ . На рис. 3 представлены реализации напряжения на токоприемнике ( )tU (а) и тягового тока ( )tI (б) трамвая с реостатным регулированием напряжения на тяговых двигателях, и соответствующий им график мгновенного коэффициента мощности ( )tλ (в). а) б) в) Рис. 3 В силу случайности процессов U(t) и I(t) ЭПС постоянного тока, функция изменения λ(t) также бу- дет случайной. Из рис. 3 видно, что величина коэф- фициента мощности значительно снижается в те мо- менты, когда происходит резкое изменение потреб- ляемого тока (нарастание или убывание), т.е. в мо- менты искажениях формы тягового тока и соответст- венно напряжения на токоприемнике. Изменяясь в пределах 0,5…1,0, среднее значение λ для рис. 3, оп- ределенное по (3), равняется 0,76, что заметно ниже 1,0. Низкие значения коэффициента мощности в пер- вую очередь обусловлены искажениями формы тяго- вого тока по отношению к форме приложенного на- пряжения, то есть технологическими факторами экс- плуатации ЭПС. Необходимо отметить, что полученный вид гра- фика λ(t) зависит, прежде всего, от шага дискретиза- ции ΔT, так как в пределах этого интервала коэффи- циент мощности рассматривается как интегральная величина. 50 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 Величина к.п.д. ЭПС с позиций теории электри- ческой тяги может быть определена интегральной характеристикой и для конкретного случая (режима, поездки) как отношение работы по перемещению по- езда, совершаемой тяговыми двигателями (ТЭД) ЭПС за период тяги, к энергии, взятой из сети. Эта величи- на будет представлять собой средний к.п.д. и опреде- ляться по выражению [6] ( ) ( ) ( )∫ ∫ =η t S dttItU dSSF 0 0 ср , (6) где ( )SF – сила тяги ТЭД ЭПС; ( )tU и ( )tI – соот- ветственно напряжение на токоприемнике и потреб- ляемый ток ЭПС. Интеграл, стоящий в числителе определяют по пути S и в пределах от начальной точки движения до конечной, а интеграл в знаменателе находят по време- ни от начального момента работы ТЭД до конечного. Для упрощения интеграл в числителе выражения (6) можно преобразовать, введя зависимость пути от времени и изменив пределы интегрирования (т.е. пе- рейдем от интегрирования по пути к интегрированию по времени), тогда (6) запишется в виде ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )∫ ∫ ∫ ∫ == t t t tS dttItU dtttF dttItU tdStSF 0 0 0 0 ср v η , (7) где ( )tv – скорость движения ЭПС. Если коэффициент мощности ЭПС постоянного тока в рассматриваемых конкретных его режимах ра- боты при стохастических электрических величинах ( )tU и ( )tI полностью определяется реализациями этих величин, то для определения к.п.д. ЭПС в кон- кретном его режиме работы, кроме ( )tU и ( )tI , со- гласно выражению (7), необходимо также знание функций изменения скорости ( )tv и силы тяги ( )tF ТЭД на ободе колес ЭПС. Как известно, ( )tv и ( )tF при работе ЭПС зависят от множества факторов и являются также как и напряжение на токоприемнике и тяговый ток – случайными функциями времени, но могут быть представлены реализациями для опреде- ленного режима работы. По аналогии с мгновенным коэффициентом мощности введем понятие мгновенного к.п.д., в об- щем виде определяемого выражением ( ) ( ) ( )tW tW t a na.=η , (8) где ( )tWa и ( )tW na. – соответственно мгновенные активные потребляемая и выделяемая (полезная) энергии ЭПС. При известном виде реализаций ( )tU , ( )tI , ( )tF и ( )tv мгновенный к.п.д. ЭПС определится согласно (8) в виде: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )tItU ttF dttItU dtttFt vvη == , (9) то есть ( )tη представляет собой отношение мгновен- ной реализуемой ЭПС на ободе колес механической мощности по перемещению поезда (полезной) к мгновенной электрической мощности, потребляемой из сети. При случайном характере изменения функций ( )tU , ( )tI , ( )tF и ( )tv функция ( )tη будет также слу- чайной. На рис. 4 по реализациям ( )tU , ( )tI , ( )tF и ( )tv для одного из режимов работы электровоза ВЛ8 на одном из участков Приднепровской железной дороги определена реализация мгновенного к.п.д. полученная по (9). Рис. 4 Средний к.п.д. за поездку для рис. 4, определен- ный по (7) составил 0,778. При управлении ЭПС ма- шинистом, к.п.д. принимает значения, находящиеся в пределах 0,5...0,8 (рис. 4), т.е. величина к.п.д. опреде- ляется уже не конструктивными параметрами самого ЭПС, а режимом управления, который выбирается машинистом в зависимости от его опыта, графика движения а также других условий, которые, по сути, являются неопределенными. Таким образом, в результате рассмотренных ме- тодов определения мгновенных энергетических пока- зателей – к.п.д. и коэффициента мощности – получи- ли, что в реальных стохастических условиях эксплуа- тации ЭПС постоянного тока эти показатели значи- тельно снижаются и зависят в большей степени от стохастических факторов, например режима управле- ния ЭПС. ЛИТЕРАТУРА [1] Осипов С.И. Основы электрической и тепловой тяги. – М.: Транспорт, 1985. – 334 с. [2] Костин Н.А., Саблин О.И. Коэффициент мощности элек- троподвижного состава постоянного тока // Електротех- ніка і Електромеханіка, 2005’1, №1. – С. 97-100. [3] ДСТУ 2843–94 Електротехніка. Основні поняття. Термі- ни та визначення. – К.: Держстандарт України, 1995. – 20 с. [4] ДСТУ 3120–95 Електротехніка. Літерні позначення ос- новних величин. – К.: Держстандарт України, 1995. – 23 с. [5] Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Том первый – Л.: Энергоиздат, 1981. – 534 с. [6] Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория элек- трической тяги. – М.: Транспорт, 1983. – 328 с. Поступила 30.08.2007

Мгновенные энергетические показатели электроподвижного состава постоянного тока

Institution

Ähnliche Einträge