Особенности расчета мгновенных схем на переменном токе

Методы расчета системы электроснабжения, последовательность расчетов, связанная с моделированием движения поездов, расчет мгновенных значений тока и напряжений, расчет параметров тяговой нагрузки — все это справедливо и для расчета тяговой сети ж. д. переменного тока.

Отметим некоторые особенности, связанные с нагрузкой и расчетом значений токов и напряжений.

Нагрузкой тяговой сети переменного тока является электровозы и моторные вагоны, на которых установлены выпрямительные установки для питания электрических двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением. Номинальное напряжение тяговой, сети Uн. тс=25кВ. напряжение, при котором задаются характеристики подвижного состава. Номинальное напряжение подстанций Uн. п/ст=27,5кВ Напряжение переменное синусоидальное промышленной частоты 50 Гц. На рисунке показано напряжение U (t) и потребляемый нагрузкой ток i (t). Форма тока определяется параметрами выпрямителя подвижного состава и отличается от синусоиды. В разложении на гармонические составляющие присутствуют нечетные гармоники. Первая гармоника тока отстает от напряжения на угол? и определяется явлением коммутации в схеме выпрямителя. Для неуправляемого выпрямителя фазовый угол ???/2, где? — угол коммутации. Далее для расчета системы электроснабжения ток нагрузки берется синусоидным, однако наличие высших гармоник учитывается при решении отдельных задач.

Рис. 21. Временные и векторные диаграммы питающего напряжения и тока нагрузки

Напряжение и ток при указанном допущении о синусоидальности изображают также на комплексной плоскости в виде векторов U и I. Аналитическое выражение для тока:

где — модуль,.

— фазовый угол.

Активная составляющая тока и реактивная .

Перейдем к расчету мгновенных схем на переменном токе. В данном случае схему изображают также как на постоянном токе с указанием подстанции, нагрузок и расстояния между ними. На рис. 22, а изображена схема одностороннего питания с одной подстанцией и одной нагрузкой находящейся от подстанции на расстоянии .

Риc.22 Мгновенная схема участка с одной нагрузкой и векторная диаграмма Ток подстанции.

Падение напряжения в тяговой сети.

где — полное сопротивление тяговой сети, Ом В свою очередь.

.

где R, X — активное и индуктивное сопротивления участка соответственно,.

r, xсопротивления 1 км тяговой сети: активное и индуктивное соответственно.

Тогда напряжение на токоприемнике электровоза.

Приведенные значения: напряжение подстанции, напряжение на токоприемнике электровоза, падение напряжения — комплексные величины. Они могут быть изображены на векторной диаграмме (рис. 22, б).

Чаще всего для расчетов пользуются не падением напряжения — вектором, а потерей напряжения — арифметической разностью между напряжением питания и напряжением на нагрузке На рис. 22 потеря напряжения соответствует отрезку ЕС=ОF-ОЕ. При этом ОС=ОF. При расчетах пользуются отрезком ЕD, где т. Д основание перпендикуляра, опущенного из т. F на ОС. Величиной ДС из-за ее малости пренебрегают. Таким образом, спроектировав векторы ЕG и GF на прямую ОС, получим:

Выражение в скобках называют составным сопротивлением и обозначают Тогда ,.

Напряжение на токоприемнике электровоза Как известно, напряжение на токоприемнике электровоза используется для корректировки пропускной способности. В случае выпрямительных электровозов скорость движения поезда зависит от среднего значения выпрямленного напряжения на зажимах выпрямителя:

где — напряжение холостого хода.

— коммутационное падение напряжения.

В свою очередь для мостовой схемы выпрямителя.

где Id — выпрямленный ток;

Xv — вентильное индуктивное сопротивление;

— коэффициент, учитывающий неполное сглаживание выпрямленного тока.

Индуктивное сопротивление Xv зависит от индуктивных сопротивлений выпрямительного трансформатора электровоза Xт, а также тяговой сети и подстанции приведенные к выпрямленному напряжению:

Таким образом, выпрямленное напряжение уменьшается за счет потери напряжения в индуктивном сопротивлении, тяговой сети. Уменьшение выпрямленного напряжения происходит также за счет потери напряжения в активном сопротивлении тяговой сети. Уменьшение выпрямленного напряжения за счет этих двух факторов учитывают введением так называемого эквивалентного приведенного сопротивления тяговой сети, для расчета которого используют эмпирическую формулу.

Тогда потеря напряжения, приведенная к выпрямленному напряжению для рис. 22, равна:

В случае нескольких нагрузок на фидерной зоне и одинаковых фазовых углах расчет потерь напряжения можно выполнять по формулам постоянного тока заменяя сопротивление цепи постоянному току на составное сопротивление или эквивалентное приведенное сопротивление.