Online Electric

     Система тягового электроснабжения постоянного тока в настоящее время занимает существенную долю в общем объеме электроснабжения электрифицированных железных дорог. Основной проблемой систем постоянного тока является снижение пропускной способности на грузонапряженных участках железной дороги. Усиление действующих электрифицированных участков, электрифицированных на постоянном токе, напряжением в контактной сети 3 кВ, может быть осуществлено введением системы распределенного электроснабжения с продольной линией постоянного тока 24…36 кВ [1, 2] и автоматическими преобразовательными пунктами питания 24/3 кВ, подробно описанной в [3]. Затраты на переоборудование грузонапряженных участков контактной сети 3 кВ с дополнением к ней распределенной системы электроснабжения с продольной линией постоянного тока 24…36 кВ оказываются на 5 – 6% ниже, чем переход на систему 2х25 кВ однофазного переменного тока.
     На существующих тяговых подстанциях применяют эквивалентные 12-фазные выпрямители на основе двух трехфазных мостов, которые предназначены для электроснабжения участков ж.-д. постоянным током напряжением 3 кВ [2, 3]. Им присуща техническая простота, но они оказывают негативное влияние на питающую сеть 110(220) кВ, генерируя высшие гармоники с относительно большой амплитудой.
     Предложены варианты улучшения электромагнитной совместимости как путем повышения пульсности преобразователя, так и искусственного формирования сдвига сетевого тока относительно напряжения.
     Проведен анализ 24-пульсных выпрямителей последовательного типа, рекомендуемых в [4], которые содержат четыре системы трехфазных вторичных напряжений [5, 6] и выполнено сравнение результатов с параметрами предлагаемого выпрямителя (рис. 1), построенного на основе двух шестифазных несимметричных систем вторичных напряжений [7, 8, 9].
     Преимущество шестифазных системам при построении выпрямительных устройств заключается в простоте изготовления трансформаторов. Расщепление магнитопровода, а соответственно и перераспределение напряжений в последовательной преобразовательной структуре, позволяет снизить требования к изоляции и применять трансформаторы сухого исполнения.

Рис. 1. Схема 24-фазного преобразователя

     Дополнительным преимуществом обладает 24-пульсный выпрямитель на двух трансформаторах с трехфазными мостами, соединенными последовательно [10]. При этом вторичные обмотки каждого из трансформаторов обладают двумя номиналами чисел витков и соединяются в «звезду» и «треугольник». Недостатком такого решения является сложность изготовления вторичных обмоток и необходимость применения двух диаметров проводов.
     Автором предложен выпрямитель, который благодаря особенностям схемного решения, способствуют минимизации конструктивной несимметрии вторичных линейных напряжений. Первичные обмотки трансформаторов обеспечивают сдвиг вторичных систем напряжений на 30 эл. град. В цепи последовательного протекания тока нагрузки в вентильной схеме достаточно иметь 12 вентилей 60-го класса с учетом резервного вентиля в каждом из четырех вентильных плеч. Поскольку в предлагаемых схемах [4] в цепи постоянного тока будет включено 18 вентилей, то при использовании 30-го или 60-го класса вентилей, потери электроэнергии в вентилях уменьшатся на 25%.
     В работе выполнен анализ электромагнитных процессов, представлены векторные диаграммы, основные расчетные соотношения и результаты компьютерного моделирования.
     Предлагаемые схемы выпрямителей для систем распределенного электроснабжения с продольной линией постоянного тока 24 кВ, позволяют улучшить электромагнитную совместимость тяговых потребителей с питающими электрическими сетями как за счет уменьшения потребления реактивной мощности, так и за счет улучшения формы потребляемого тока.

Литература
     1. Бадер М.П., Сыченко В.Г. Концепция обновления и перспективы технического развития систем тягового электроснабжения // «Техническая электродинамика». Тематический выпуск материалов международной научно-технической конференции «Силовая электроника и энергосбережение», ч. I, Алушта, 2009, сентябрь - Киев: Национальная Академия Наук Украины, 2009. - С. 88 - 92.
     2. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 2001. – 464 с.
     3. Марикин А.Н., Мизинцев А.В. Новые технологии в сооружении и реконструкции тяговых подстанций: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2008. - 220 с.
     4. Бадер, М.П. Энергетическая эффективность и электромагнитная совместимость системы тягового электроснабжения постоянного тока с напряжением в тяговой сети 24 кВ / М.П. Бадер // Электротехника. – 2011. № 8. – С. 20 – 28.
     5. А. с. 1744779 СССР. Преобразователь многофазного переменного напряжения в постоянное / В.А. Фокин, О.В. Фокин – Бюл. № 24, 1992.
     6. секция "Преобразовательная техника". - Новосибирск, 1994. - С.70-72.
     7. А. с. 1638779 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Б.С. Барковский, Г.С. Магай и др. – Бюл. № 12, 1989.
     8. Пат РФ № 2373628. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / С.А. Евдокимов. Бюл. № 32, 2009.
     9. Евдокимов, С.А. Структурный синтез многофазных вентильных преобразователей/ С.А. Евдокимов, Н.И. Щуров // Серия «Монографии НГТУ». – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. – 423 с.
     10. Обобщенный 12n-фазный преобразователь / С.А.Евдокимов, Н.И.Щуров// Электротехника. 2009. - № 12. – С. 27 - 32.