8 Оценка качества выпрямленного напряжения 8 1 Высшие

8 Оценка качества выпрямленного напряжения 8. 1 Высшие гармоники выпрямленного напряжения 8. 1. 1 Высшие гармоники неуправляемого выпрямителя при симметричном питающем напряжении Кривая выпрямленного напряжения ud любой схемы выпрямления является пульсирующей и содержит постоянную составляющую Ud 0, выполняющую полезную работу, и суммы высших гармоник k-го порядка. Под действием напряжения высших гармоник от тяговой подстанции по контактной сети к электровозу протекает ток высших гармоник, который наводит в линии связи мешающее напряжение шума. При симметричном питающем напряжении кривая выпрямленного напряжения для любой m-пульсовой схемы имеет вид (рисунок 8. 1, а). 1

а) в) u 2 ud O' б) O' г) Рисунок 8. 1 – Кривая выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя 2 при симметричном (а), несимметричном (б), питающем напряжении и управляемого выпрямителя (в)

Примем, что напряжение в питающей сети, а следовательно, в фазах вторичной обмотки трансформатора изменяется по синусоиде (8. 1) Тогда мгновенное значение выпрямленного напряжения ud для относительно О' m-пульсовой схемы равно в пределах (8. 2) Среднее значение выпрямленного напряжения при работе на холостом ходу (Id=0; γ =0) с учетом (8. 2) будет равно (8. 3) 3

После решения (8. 3) и подстановки пределов получим (8. 3*) где Dсх- коэффициент схемы; m – число пульсаций выпрямленного напряжения за период 2π. Для 6 ПМ схемы Dсх= Для 6 ПМ и 12 Ппульс схемы Ud 0=2, 34 U 2 у; Для 12 Ппосл схемы Ud 0=4, 68 U 2 у 4

Кривая напряжения ud может быть разложена в ряд Фурье (8. 4) где ud – мгновенное значение выпрямленного напряжения; Ud 0 – постоянная составляющая выпрямленного напряжения; U'dk, U"dk – коэффициенты ряда Фурье. Номера гармоник в кривой выпрямленного напряжения зависят от схемы выпрямления и подчиняются формуле Частота гармоники связана с частотой f. C питающей сети и равна где е – ряд целых чисел (е=1, 2, 3, … , ); Амплитудное значение напряжения косинусной составляющей k-ой гармоники с учетом (8. 2) может быть найдено из выражения (8. 7) 5

С учетом (8. 3*) формула (8. 7) запишется в виде (8. 7*) 6

Амплитудное значение напряжения синусной составляющей k-ой гармоники с учетом (8. 2) может быть найдено из выражения (8. 8) Полное действующее значение напряжения k-ой гармонической равно После подстановки значения из (8. 7*) и (8. 8) получим (8. 9) 7

Отношение называется коэффициентом волнистости гармоника k-го порядка в кривой выпрямленного напряжения и при γ =0 равно (8. 10) 8

Таблица 8. 1 – Волнистость выпрямленного напряжения 6 и 12 пульсовых выпрямителей dk , % k fk, Гц Pk m=6 m=12 6 300 0, 295 4, 04 - 12 600 0, 794 0, 99 18 900 1, 072 0, 44 - 24 1200 1, 0 0, 25 Pk – коэффициент акустического воздействия 9

8. 1. 2 Влияние нагрузки (угла) коммутации на Udk. Т. к. питающая сеть и преобразовательный трансформатор обладают индуктивным сопротивление, то переход тока с одного заканчивающего работу диодного плеча на вступающий в работу происходит плавно в течение угла коммутации γ (8. 11) где А - коэффициент наклона внешней характеристики схемы; Uкз - напряжение короткого замыкания цепи коммутации. А= 0, 5 для m = 6; А=0, 26 для m = 12 Uкз= Uкс+ Uкт , где Uкс, Uкт - напряжение короткого замыкания соответственно 10 питающий сети и трансформатора.

Действующее значение напряжения k-ой гармоники при γ > 0 равно (8. 12) где – Кγ коэффициент учитывающей возрастание Udk за счет угла коммутации (8. 13) 11

8. 1. 3 Влияние несимметрии питающего напряжения на гармонический состав выпрямленного напряжения При несимметричном питающем напряжение, т. е. когда коэффициент несимметрии напряжения bн>1 (рисунок 8. 1, б) изменяются номер, частота и действующее значение напряжения высших гармоник Номер и частота высших гармоник кратны двум и равны (8. 14) Действующее значение напряжение гармонических составляющих при несимметричном питающем напряжении ( bн>1) определяется из выражения (8. 15) где – Кγ коэффициент учитывающей возрастание Udk за счет угла коммутации (8. 16) 12

где bн – коэффициент несимметрии фазных напряжений питающей сети (8. 17) За счет нессимметрии питающего напряжения изменяется момент включения и продолжительности работы диода, включенного в фазу большего напряжения. Угол сдвига включения диода в работу из-за несимметрии напряжения равен (8. 18) Численное значение частоты и напряжения высших гармоник при нессиметричном питающем напряжении приведены в таблице 13 8. 2

Таблица 8. 2 - Значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения Примечание. Значение гармонических составляющих выпрямленного напряжения даны при работе 6 -пульсовых выпрямителей в режиме холостого хода, в скобках – при номинальной нагрузке. 14

8. 1. 4 Гармонический состав выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя (рисунок 8. 1, в) Мгновенное значение выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя относительно точки О' равно (8. 19) в пределах Среднее значение выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя С учетом (8. 3*) получим Ud 0α=Ud 0·cosα где α – угол регулирования. (8. 20) 15

Номер и частота высших гармоник остаются без изменения (8. 21) Относительно оси О' амплитуда косинусного ряда Фурье (8. 22) С учетом (8. 20) получим Амплитуда напряжения k-ой гармоники синусного ряда Фурье соответственно равна (8. 23) 16

Действующее напряжения полной гармонической k-го порядка в этом случае с учетом (8. 20, 8. 22, 8. 23) равна (8. 24) Коэффициент волнистости (8. 25) Из 8. 24 и 8. 25 видно, что напряжение высших гармоник и их волнистость с увеличением угла α возрастают. 17

8. 2 Псофометрическое (эквивалентное мешающее) напряжение Псофометрическим (эквивалентно мешающим) напряжением называются такое напряжение с частотой 800 Гц, которое действуя в тяговой сети создавало бы в линии связи такие же помехи, как и все отдельно взятые высшие гармоники. (8. 26) где Pk – коэффициент акустического воздействия k-ой гармоники (см. таблицу 8. 1 и 5. 2) 18

Волнистость псофометрического напряжения определяется по формуле Волнистость псофометрического напряжения зависит от схемы выпрямления. При работе выпрямителя на холостом ходу ( =0) при Ud 0=3520 В для 6 пульсовых схем ПС=1, 53% (UПС=53, 8 В), для 12 пульсовых - ПС=0, 83% (UПС=29, 2 В). Таким образом, 12 пульсовые схемы оказывают на линии связи меньшие помехи. С увеличением тока нагрузки псофометрическое напряжение существенно возрастает. 19

8. 3 Снижение псофометрического напряжения Для снижения псофометрического напряжения на тяговой подстанции устанавливается однозвенные или двухзвенные сглаживающие фильтры (СФ). Эффективность СФ оценивается коэффициентом сглаживания гармоники k-го порядка Ксгk (таблица 9. 5). Псофометрическое напряжение при работе сглаживающего фильтра будет равно 20

8. 4 Допустимое псофометрическое напряжение в ТС К СФ предъявляются следующие требования: 1. Напряжение Uk частотой fk=100 Гц на выходе СФ должно быть не выше 100 В. 2. Псофометрическое напряжение UПС на выходе СФ должно быть не выше: 5 В - для воздушных линий связи; 18 В - для кабельных линий связи; не нормируется для волоконно-оптической связи. 21

8. 5 Условия электромагнитной совместимости работы ТС и ЛС Совместная работа ТС и ЛС возможна, если расчетное псофометрическое напряжение меньше допустимого. UПС≤[UПС]доп Если UПС≥[UПС]доп , то работа тяговой подстанции не допустима. Принимают меры по уменьшению псофометрического напряжения и возможности ЭМС работы ТС и ЛС: 1. Переход на СФ с большим kсгk. 2. Переход на 12 и 24 пульсовые схемы. 22