Підвищення енергоефективності електричного рухомого складу в режимах тяги і рекуперації

Abstract

UA: Дисертація присвячена дослідженню електромагнітних процесів в активних випрямлячах напруги з корекцією коефіцієнта потужності з системами автоматичного керування, побудованих на базі гістерезисної та широтно-імпульсної модуляції, які забезпечують високі показники електромагнітної сумісності з живильною та контактною мережами. Отримано регулювальні характеристики 4QS-перетворювача з гістерезисною системою керування, на основі яких розроблена система автоматичного керування з реалізацією двонапрямленої передачі енергії. Дослідження активних випрямлячів із гістерезисною системою керування показали реалізацію високих показників електромагнітної сумісності, проте і виявили її принципові недоліки, а саме високу і змінну частоту комутації, що значно ускладнює її фізичну реалізацію на існуючій базі IGBT-транзисторів та зумовлює значні втрати в перетворювачі. Визначені аналітичні співвідношення максимальної частоти комутації ключів 4QS-перетворювача з гістерезисною системою керування від параметрів живильної мережі, схеми заміщення 4QSперетворювача, навантаження та величини уставки гістерезису. Розроблено системи керування дворівневим 4QS-перетворювачем. Розроблені імітаційні моделі, які підтверджують реалізацію коефіцієнта потужності, близького до одиниці. Перевагою розроблених систем на основі ШІМ є реалізація постійної і значно нижчої частоти комутації, що обумовлює можливість їх фізичної реалізації, зниження динамічних втрат у перетворювачі та підвищення ККД перетворювача. Розроблено систему керування компенсаційного активного випрямляча напруги, який складається із чотирьох паралельних мостів, які заживлені від однієї мережі живлення і працюють на одне навантаження. Синхронізація каналів керування окремих мостів з реалізацією зсуву опорного сигналу ШІМ на кут зсуву φ дає змогу реалізувати взаємну компенсацію вищих гармонік вхідного струму та вихідної напруги, чим досягається покращання показників електромагнітної сумісності: коефіцієнт потужності 99,92 %; коефіцієнт гармонічних спотворень 1,27 %; коефіцієнт пульсацій вихідної напруги 2,85 %.

EN: The dissertation is devoted to the investigation of electromagnetic processes in active voltage rectifiers with the correction of the power factor with systems of automatic control, built on the basis of hysteresis and broadband impulse modulation, which provide high indicators of electromagnetic compatibility with power supplying and contact networks. The regulation parameters of the 4QS-converter with a hysteresis control system are obtained, on the basis of which an automatic control system with the implementation of bi-directional energy transmission is developed. The research of active rectifiers with a hysteresis control system showed the realization of high indicators of electromagnetic compatibility and revealed their fundamental shortcoming that is high and variable switching frequency, which greatly complicates its physical implementation on the existing base of IGBT transistors and causes significant losses in the transducers. The analytical relations of the maximum switching frequency of the 4QS-converter keys with a hysteresis control system from the parameters of the power supplying network, the 4QS-converter substitution scheme, the load and the value of the hysteresis set point are determined. Control systems for two-level 4QS-converter are designed. The simulation models are developed, which confirm the implementation of the power factor close to one. The advantage of developed systems based on PWM is the implementation of a constant and significantly lower switching frequency, which makes it possible for them to be physically implemented, reducing the dynamic losses in the converter, and increasing the efficiency of the converter. The control system of a compensatory 4QS-converter, is developed that consists of four parallel bridges, which are powered from one network and operate on the same load. The synchronization of the control channels of individual bridges with the implementation of the shift of the PIM reference signal to the angle of displacement φ allows for the mutual compensation of higher harmonics of the input current and output voltage, which improves the indicators of electromagnetic compatibility: a power factor of 99,92 %; harmonic distortion factor 1,27 %; output pulsation coefficient of output voltage 2,85 %.