WPŁYW PARAMETRÓW FILTRA WEJŚCIOWEGO LC POJAZDU NA STABILNOŚĆ TRAKCYJNEGO UKŁADU ZASILANIA

Transkrypt

1 Zeszyty Nakowe Wydzał Elektrotechnk Atomatyk oltechnk Gdańskej Nr 2 XV Semnarm ZASTOSOWANIE KOMUTERÓW W NAUE I TEHNIE 25 Oddzał Gdańsk TETS WŁYW ARAMETRÓW FILTRA WEJŚIOWEGO L OJAZDU NA STABILNOŚĆ TRAKYJNEGO UKŁADU ZASILANIA Jacek SKIBIKI. oltechnka Gdańska, Wydzał Elektrotechnk Atomatyk, Katedra Trakcj Elektrycznej tel: (58) , e-mal: jskbc@ely.pg.gda.pl W reerace przedstawono wpływ zmany parametrów elektrycznych ltra na stablność kład zaslana trakcj elektrycznej. Zaprezentowano ogólne założena teoretyczne problem oraz zaproponowano nowy współczynnk pozwalający na wstępne określene stablnośc system dla przyjętych parametrów ltra wejścowego. rzedstawono wynk analzy symlacyjnej wykonanej w programe Spce przy wykorzystan opracowanych model poszczególnych elementów system trakcyjnego. Badana symlacyjne wykonano dla pojazd III generacj, czyl wyposażonego w przekształtnk energoelektronczny napędzanego slnkam ndkcyjnym, pracjącego w obszarze reglacj po ogranczen mocy. raca w tym obszarze stwarza bowem najwększe ryzyko powstana nebezpecznych oscylacj napęca prąd. roblem drgań zwązany z odpowednm doborem parametrów ltra wejścowego jest szczególne stotny w sytacj krajowego system trakcj kolejowej, gdze nowoczesne pojazdy III generacj zaczną być eksploatowane w najblższej przyszłośc.. WSTĘ Wprowadzene do eksploatacj nowych generacj pojazdów trakcyjnych z kładam energoelektroncznym zmenło w sposób dametralny parametry elektryczne, jake mogą wystąpć w kładze zaslana trakcj elektrycznej. ojazdy te są wyposażone w ltry wejścowe L, stanowące dodatkowy element rezonansowy o dość dżych wartoścach ndkcyjnośc pojemnośc, a należy zwrócć wagę, że kłady zaslające konstrowano w okrese, gdy w eksploatacj były jedyne pojazdy klasyczne. Ne były zatem podczas projektowana system trakcyjnego względnane czynnk wynkające z parametrów charakter pracy pojazdów z rozrchem mplsowym czy wyposażonych w energoelektronczny napęd przekształtnkowy. Jednym z zagrożeń, jake mogą wystąpć w takej sytacj jest możlwość pojawena sę oscylacj napęca prąd w kładze zaslana. Eekt ten jest powodowany przez sterowane przekształtnka o dżej częstotlwośc grancznej reglatorów w kładze sterowana [,6,8]. Reakcja obwod sterowana na zmanę parametrów zaslana może w pewnych okolcznoścach zmany te pogłębć spowodować, że kład Recenzent: ro. dr hab. nż. Krzyszto Karwowsk - Wydzał Elektrotechnk Atomatyk oltechnk Gdańskej

2 - 2 - wpadne w drgana oscylacyjne. Jako przykład może posłżyć reakcja kład na obnżene wartośc napęca zaslającego podczas pracy pojazd w trybe reglacj ze stałą mocą. Sterowane, słjąc trzymać wartość mocy poberanej na stałym pozome wyms wększy pobór prąd powodjąc dalszy spadek napęca. Tego rodzaj reakcja na zabrzene jest w stane pobdzć kład do drgań. Zjawska take występją w praktyce, trdno je jednak badać ze względ na dżą przypadkowość ch występowana. Te nepożądane oscylacje mogą zagrozć poprawnej pracy pojazd [8]. 2. ANALIZA STABILNOŚI SYSTEMU TRAKYJNEGO Uproszczony schemat zastępczy obwod głównego pojazd trakcyjnego przedstawono na rys.. Wyposażony jest on w ltr wejścowy L, napęd zaś został zastąpony przez źródło prądowe. Układ reglacj mocy jest sztywny pracje w obszarze sterowana = const. ojazd jest zaslany z dealnego źródła napęcowego. R L 2 3 = const e c Rys. - Uproszczony schemat zastępczy obwod głównego pojazd trakcyjnego, gdze: e źródło napęcowe zaslające; R zastępcza rezystancja trakcyjnego kład zaslana; L ndkcyjność ltra wejścowego pojazd; pojemność ltra wejścowego pojazd; sterowane źródło prądowe Dla kład dynamcznego z rys., korzystając ze standardowego zaps równań stan [5, 9] dx dt = ( x,, t) x ( ) = x () gdze x, są odpowedno wektoram stan wymszena, otrzymamy: d R = e dt L L dc = dt L c c (2) o zlnearyzowan nelnowego kład (2) otrzymamy: dx A B dt = x + (3) gdze macerz stan wynos:

3 - 2 - A = R L L 2 c (4) Warnkem stablnośc kład jest, aby wszystke częśc rzeczywste wartośc własnych macerzy stan były jemne. Wynka stąd, że dla standardowych parametrów ltra moc poberana przez pojazd pownna być ogranczona: 2 < c R (5) L Ze wzor (5) wynka, że dopszczalna moc pojazd dla jakej ne wystąpą oscylacje napęca prąd jest zależna od parametrów ltra wejścowego. 3. BADANIA SYMULAYJNE WSÓŁRAY OJAZDU Z UKŁADEM ZASI- LANIA 3.. Modele poszczególnych elementów system trakcyjnego Dla potrzeb analzy współpracy nowoczesnego pojazd trakcyjnego z kładem zaslana pod kątem stanów przejścowych opracowano w programe Spce modele następjących elementów system trakcyjnego: - podstacj trakcyjnej, - sec jezdnej powrotnej, - pojazd nowoczesnego wyposażonego w napęd przekształtnkowy slnk ndkcyjne. Model podstacj trakcyjnej. W model podstacj względnono prostownk 6-co plsowy, dławk katodowy oraz zespół ltrów wygładzających (UW). arametry model odpowadają podstacj wyposażonej w trzy zespoły prostownkowe typ K-7/3,3 o napęc znamonowym 3,3 kv prądze znamonowym 75 A każdy [2]. Model sec trakcyjnej Seć trakcyjna została zamodelowana za pomocą czwórnka RL, którego parametry odwzorowją parametry sec na odcnk określonej dłgośc. rzyjęto, że seć pomędzy podstacją a pojazdem, czy też pomędzy dwoma pojazdam będze reprezentowana przez jeden czwórnk o parametrach oddających założoną odległość pomędzy obektam [3]. Model pojazd wyposażonego w napęd przekształtnkowy slnk ndkcyjne Opracowano model pojazd z napędem przekształtnkowym wzorjąc sę na parametrach lokomotywy nwersalnej Tars prodkcj Semens AG [7]. Lokomotywa jest napędzana czterema slnkam asynchroncznym o mocy,6 MW każdy. Jest ona przystosowana do pracy w systemach prąd przemennego, założono węc, że została ona odpowedno dostosowana do system prąd stałego 3 kv. rzyjęto, że lokomotywa cągne pocąg pasażersk o dłgośc wagonów mase całkowtej 42 t [,]. Szczegółowe omówene opracowanych model zaprezentowano w [8].

4 Wynk badań symlacyjnych Wykonano oblczena symlacyjne rozrch pojazd w trybe pracy ze stałym momentem (M=const.), a następne reglacj prędkośc w trybe stałej mocy (=const.). Symlacje przeprowadzono dla różnych wartośc parametrów ltra wejścowego L. rzy stałej wartośc ndkcyjnośc zmenano wartość pojemnośc. Ze względ na czas trwana symlacj oblczena przeprowadzono dla 3-krotne zmnejszonego mechancznego moment bezwładnośc kład. Wynk przedstawono w jednostkach względnych w odnesen do parametrów nomnalnych t [s] 2 Rys. 2. rzebeg: napęca na kondensatorze ltra wejścowego, prąd poberanego przez pojazd mocy pojazd dla L = 4,5 mh, = 5 mf t [s] 2 Rys. 3. rzebeg: napęca na kondensatorze ltra wejścowego, prąd poberanego przez pojazd mocy pojazd dla L = 4,5 mh, = 2 mf

5 t [s] 2 Rys. 4. rzebeg: napęca na kondensatorze ltra wejścowego, prąd poberanego przez pojazd mocy pojazd dla L = 4,5 mh, = 25 mf t [s] 2 Rys. 5. rzebeg: napęca na kondensatorze ltra wejścowego, prąd poberanego przez pojazd mocy pojazd dla L = 4,5 mh, = 3 mf 4. WNIOSKI Wynk symlacj pokazją, że zgodne z zależnoścą (5) zwększene wartośc pojemnośc ltra wejścowego sprawa, że ampltda oscylacj lega zmnejszen, a w skrajnym przypadk wygaszen. Oblczena pokazją, jak stotny z pnkt wdzena stablnośc system trakcyjnego jest dobór parametrów ltra wejścowego L. oza dotychczas stosowanym kryteram zwązanym z parametram elektrycznym, mechancznym ekonomcznym pojawa sę nowe nadrzędne kryterm dotyczące zapewnena stablnośc kład. roblem ten jest szczególne ważny dla krajowego system trakcj kolejowej, gdze nowoczesne pojazdy III generacj zaczną być eksploatowane w najblższej przyszłośc.

6 BIBLIOGRAFIA. B-H Bae, B-H ho, S-K Sl - Dampng control strategy or vector controlled tracton drve. 9 th Eropean onerence on ower Electroncs and Applcatons, EE 2, Graz 2. F. Frontczak odstacje trakcyjne ch zaslane. Warszawa, Kolejowa Ocyna Wydawncza K. Głowack, E. Onderka: Sec trakcyjne. Bbce, EMTRAK 22, ISBN: K.Hasse, A.Walczyna, R.zarneck - Inpt lter stablty o drves ed rom voltage nverters controlled by drect lx and torqe control methods. IEE roc.-electr. ower Appl., Vol. 43, No. 5, Sept T.Kaczorek, A.Dzelńsk, W.Dąbrowsk, R.Łopatka - odstawy teor sterowana. Warszawa, WNT 25, ISBN: H.Mosskll - D-lnk stablzaton o an ndcton machne drve. th Eropean onerence on ower Electroncs and Applcatons, EE 23, Tolose 7. raca zborowa Electrc locomotves. Reerence lst. Semens materały rmowe 8. J.Skbck - Wpływ wybranych stanów przejścowych w kładze zaslana na secowe pojazdy trakcyjne. Rozprawa doktorska. Gdańsk, oltechnka Gdańska Z.Trzaska - Modelowane symlacja kładów elektrycznych. Warszawa, Ocyna Wydawncza oltechnk Warszawskej 993. A. Trzynadlowsk ontrol o ndcton motors. London, Academc ress 2, ISBN: Vas Vector control o A Machnes. Oxord, landeron ress 99 INFLUENE OF L VEHILE INUT FILTER ARAMETERS ON STABILITY OF TRATION SULY SYSTEM The am o ths paper s to present the way electrc parameters o the L vehcle npt lter nlence the stablty o tracton spply system. It shows the theoretcal assmpton o ths problem and makes a sggeston or a new parameter whch allows to dene the system stablty dependng on npt lter parameters. It also shows the reslts o Spce smlaton analyss, whch was done sng developed models o tracton system elements. Smlaton research was made or a vehcle wth crrent converter and ndcton machnes, whch work n =const control area. Operaton n ths area mght reslt n the appearance o voltage and crrent oscllatons. Ths problem s mportant or domestc ralway tracton spply system, where modern III generaton vehcles wll be exploted n near tre.