Дослідження впливу скін-ефекту на втрати потужності в системах тягового електропостачання постійного струму
DOI:
https://doi.org/10.18664/ikszt.v26i4.247224Ключові слова:
скін-ефект, гармонічний склад, система електропостачання постійного струму, втрати потужності, тягова підстанція постійного струмуАнотація
Наведено дослідження гармонічного складу тягових струмів у залізничній системі електропостачання постійного струму. В дослідженні враховано вплив вищих гармонік, зумовлених несиметрією живильної напруги, гармонік трифазних випрямлячів тягових підстанцій, роботу пасивного гібридного фільтра тягової підстанції, а також вплив вищих гармонік, зумовлених імпульсним споживанням струмів тягових автономних інверторів напруги електрорухомого складу з асинхронним тяговим електроприводом. На прикладі фільтра тягової підстанції ЕЧ-20 регіональної філії «Південна залізниця» АТ «Укрзалізниця» показано, що неканонічні гармоніки, зумовлені несиметрією живильної напруги, не придушуються існуючими режекторними ланками фільтра. Вплив вищих гармонік електрорухомого складу досліджено на прикладі роботи асинхронного тягового електропривода з вхідним LC-фільтром та автономним інвертором напруги електричного рухомого складу. Дослідження роботи автономного інвертора напруги електрорухомого складу виконано для режимів синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції і просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції.
Показано, що застосування просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції дає змогу покращити гармонічний склад тягових струмів і знизити їх коефіцієнт гармонічних спотворень. Визначення гармонічного складу та перехідних процесів виконано шляхом комп’ютерного моделювання в програмі Mаtlаb/Sіmulіnk. На підставі визначеного гармонічного складу в контактній мережі наведено дослідження впливу скін-ефекту на розподіл щільності струму в перерізі контактного проводу системи залізничного електропостачання постійного струму. Дане дослідження було виконано також шляхом комп’ютерного моделювання в програмі Аnsys Maxwell. Як результат, скін-ефект викликає збільшення еквівалентного активного опору провідника, що зумовлює збільшення додаткових втрат потужності в контактному проводі систем залізничного електропостачання, викликаних вищими гармоніками тягових підстанцій та вищими гармоніками електрорухомого складу
Посилання
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Ryshchenko I., Zinchenko O., Tykhonravov S., Hordiienko D. Determining additional power losses in the electricity supply systems due to current's higher harmonics. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 1, No. 8 (97). P. 6–13. DOI: 10.15587/1729-4061.2019.155672.
Nerubatskyi V., Plakhtii O., Kotlyarov V. Analysis of topologies of active four-quadrant rectifiers for implementing the INDUSTRY 4.0 principles in traffic power supply systems. International scientific journal «Industry 4.0». 2019. Vol. 4, Issue 3. P. 106–109.
Щека В. І. Організація захисту рейкових кіл від електромагнітних завад з боку контактної мережі. Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. 2011. № 1. С. 84–90.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Гладка А. В. Покращення електромагнітної сумісності тягового електропривода змінного струму шляхом застосування 4QS-випрямлячів. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2018. Вип. 178.
С. 21–28. DOI: 10.18664/1994-7852.178.2018.138906.
Муха А. М. Електромагнітна сумісність перетворювачів підвищеної частоти електрорухомого складу з системи залізничної автоматики дільниць, електрифікованих постійним струмом. Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. 2013. № 6. С. 11–16.
Електричні системи і мережі: навч. посіб. / Ю. В. Малогулко, О. Б. Бурикін, Т. Л. Кацадзе, В. В. Нетребський; за ред. П. Д. Лежнюка. Вінниця: ВНТУ, 2020. Ч. 1. 200 с.
Scherbak Ya., Plakhtii O., Nerubatskyi V., Hordiienko D., Shelest D., Semenenko Yu. Analysis of exact and approximating dependences of the active resistance of conductor on the frequency of current under the action of skin effect. IEEE EUROCON 2021 – 19th International Conference on Smart Technologies. P. 438–442. DOI: 10.1109/EUROCON52738.2021.9535581.
Губський П. В. Енергетичні канали живлення розподілених систем тягового електропостачання. Електрифікація транспорту. 2018. № 15.
С. 23–30.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А. Започаткування реалізації проєкту науково-технічної розробки наукових основ підвищення енергетичної ефективності та покращення якості електроенергії в електричних мережах. Збірка наукових праць IX наукової конференції «Наукові підсумки 2020 року» (Харків, 29 листопада 2020 р.). Харків: Технологічний Центр, 2020. С. 25.
Нерубацький В. П., Гордієнко Д. А. Підвищення енергоефективності системи тягового електропостачання електричного рухомого складу за допомогою інтегрованої системи SMART GRID: матеріали П’ятої Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Актуальні проблеми сучасної енергетики» (Херсон, 20–22 травня 2020 р.). Херсон: ПП «Резнік», 2020. С. 165–168.
Nerubatskyi V., Hordiienko D. Improving the energy efficiency of the traction power supply system of electric rolling stock with alternative energy sources. Proceedings of the V International Scientific and Practical Conference «Applied Scientific and Technical Research» (Ivano-Frankivsk, April 5–7, 2021). Ivano-Frankivsk: Vydavetsʹ Kushnir H. M., 2021. P. 344–346.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Гордієнко Д. А., Шелест Д. А. Визначення дії скін-ефекту на додаткові втрати потужності від вищих гармонік в електричних мережах: тези доповідей Другої міжнародної науково-технічної конференції «Інтелектуальні транспортні технології» (Харків, 27–29 квітня 2021 р.). Харків: УкрДУЗТ, 2021. С. 139–141.
Энергоэффективный преобразовательный агрегат с функциями фильтрации гармоник выходного напряжения тяговой подстанции системы электроснабжения постоянного тока напряжением 3 кВ / В. М. Самсонкин, Н. В. Панасенко, В. В. Божко, Ю. П. Гончаров, А. В. Ересько, В. В. Замураев, Р. И. Любич, В. Г. Сыченко. Днепропетровск: Вестник ДНУЖТ им. В. Лазаряна, 2008. Вып. 20. С. 66–72.
Щербак Я. В. Замкнутые системы компенсации неканонических гармоник полупроводниковых преобразователей. Харьков: Транспорт Украины, 1999. 256 с.
Сєдов С. О. Оброблення сигналів на базі операційних підсилювачів. Схемотехніка. Розрахунки: навч. посіб. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. 132 с.
Калабухов А. М., Петренко О. М., Чашка Ю. М. Електронні прилади та пристрої. Ч. 1. Електричні фільтри і напівпровідникові прилади: навч. посіб. Дніпропетровськ: РВВ ДНУ, 2008. 98 с.
Електроенергетика України. Структура, керування, інновації: монографія / І. В. Хоменко, О. А. Плахтій, В. П. Нерубацький, І. В. Стасюк. Харків: НТУ «ХПІ», ТОВ «Планета-Прінт», 2020. 132 с.
Анучин А. С. Системы управления электроприводов: учебн. для вузов. Киев: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.
Крупський С. А., Гуда А. І. Ефективність мікроконтролерного управління двигуна постійного струму. Молодий вчений. 2019. № 1 (65). С. 270–272. DOI: 10.32839/2304-5809/2019-1-65-62.
Щербак Я. В., Плахтий А. А., Нерубацкий В. П. Анализ энергетических характеристик активного четырёхквадрантного выпрямителя с различными типами широтно-импульсной модуляции. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». 2017. Вип. 27 (1249). С. 221–225.
Pivnyak G. G., Beshta O. O. A complex source of electrical energy for three-phase current based on a stand-alone voltage inverter. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020. № 1. P. 89–93. DOI: 10.33271/nvngu/2020-1/089.
Семененко О. І., Супрун О. Д., Семененко Ю. О., Ткаченко М. П. Дослідження ефективності роботи згладжувальних пристроїв перетворювальних агрегатів тягових підстанцій постійного струму. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2018. № 6. С. 12–21. DOI: 10.18664/ikszt.voi6.151636.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А. Підвищення енергоефективності тягових підстанцій постійного струму шляхом застосування активних тягових випрямлячів з корекцією коефіцієнта потужності: матеріали 80 міжнародної науково-технічної конференції «Розвиток наукової та інноваційної діяльності на транспорті» (Харків, 24–26 квітня 2018 р.): збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. Харків: УкрДУЗТ, 2018. Вип. 177. С. 79–81.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
