Математическая модель участка контактной сети

Контактная сеть питается от тяговой подстанции (ТПС), к шинам которой приводится система электроснабжения как источник синусоидальной ЭДС с активно-индуктивным внутренним сопротивлением. Примем допущение о том, что к первичным шинам ТПС подведена бесконечно большая мощность электрической энергии с напряжением и =Umsin(x)t ? Контактную сеть представим питающей сетью с сосредоточенными параметрами rkc, Lkc, Скс

В наиболее неблагоприятной расчетной схеме Г- образного одноконтурного вида вся емкость Скс контактной сети подключается непосредственно к токоприемнику электровоза. Однако, как следует из [8.4], контактную сеть целесообразно заменить несимметричной Т- образной схемой замещения (рис. 8.3), в которой между ТПС и эквивалентной емкостью следует включать 70% эквивалентной индуктивности и активного сопротивления контактной сети, а между эквивалентной емкостью и электровозом - 30%.

Эта схема (рис. 8.3) имитирует систему одностороннего (консольного) питания, которая является наиболее сложным и ответственным режимом работы системы, отражающим вынужденный режим работы тягового электроснабжения. Электровоз в этом случае находится на конце консоли длиной 50 км. Для учета влияния поверхностного эффекта контактной сети, который приводит к увеличению активного сопротивления и снижению индуктивности контактной сети для токов высокой частоты, необходимо последовательно с эквивалентной емкостью контактной сети Скс в расчетную схему включить сопротивление Уд, определяющее декремент затухания после коммутационных колебаний напряжения и тока в сети.

Т-образная схема замещения контактной сети Частота свободных колебаний /о определяется по формуле

Рис. 8.3. Т-образная схема замещения контактной сети Частота свободных колебаний /о определяется по формуле

где Ьэ - эквивалентная индуктивность.

Воспользуемся данными экспериментальных исследований параметров контактной сети на единицу длины, приведенными в [8.4] для частоты однофазного тока 50 Гц: ^о=0,13 Ом/км; L0 = 1,33-10-3 Гн/км;

С0 = 1,66 • 10 ф/м. В соответствии с расчетной схемой замещения (см. рис. 8.3) параметры математической модели контактной сети для участка одностороннего питания длиной 50 км:

В месте подключения сосредоточенной емкости участка контактной сети Скс на расчетной схеме определим эквивалентные значения индуктивности L3 и активного сопротивления гэ участка контактной сети с учетом электровоза (параметры электровоза ВЛ80 возьмем из [8.5]) в после коммутационный и коммутационный интервалы времени его работы:

- для схемы замещения в после коммутационный интервал времени

- для схемы замещения в коммутационный интервал времени

где LTn, гтп - значения индуктивности и активного сопротивления трансформатора подстанции, приведенные к тяговой сети;

- значения индуктивностей и активных сопротивлений участков контактной сети от подстанции до эквивалентной емкости участка контактной сети и от неё до электровоза; LT,rT - индуктивность и активное сопротивления обмоток тягового трансформатора, приведенные к его первичной обмотке; Ld,rd - индуктивное и активное сопротивления цепи выпрямленного тока, приведенные к первичной обмотке тягового трансформатора.

Частоты /о1>/о2 свободных колебаний для после коммутационного и коммутационного интервалов времени

Для модели участка контактной сети гд =28 Ом.

При движении электровоза с поездом по участку железной дороги параметры контактной сети непрерывно меняются в зависимости от расстояния до ТПС и времени работы. В связи с этим для более качественного учета изменения параметров контактной сети при моделировании ЭМ процессов в системе контактная сеть - электровоз, её следует рассматривать как цепь с распределенными параметрами, т.е. как электрическую длинную линию.

Контактная сеть при протекании в ней переменного тока и распространяющегося напряжения промышленной частоты 50 Гц не проявляет себя как длинная линия, так как длина волны тока и напряжения на этой частоте на два порядка больше, чем длина участка контактной сети. Однако во время коммутационных процессов частота тока и напряжения может достигать примерно 1-2 кГц, а соответствующая длина волны 10-20 км, что сопоставимо с расстоянием между ТПС. В этом случае контактная сеть проявляет себя как длинная линия.

Независимо от способов регулирования выпрямительно-инверторных преобразователей можно сделать следующие выводы [8.4]:

  • 1. Чем дальше находится электровоз в режиме тяги от ТПС, тем меньше он искажает форму напряжения в контактной сети (коэффициент искажения синусоидальности напряжения снижается).
  • 2. Если электровозы находятся в режиме тяги на различном удалении от ТПС, то наиболее удаленный вносит меньшее искажение в форму напряжения, чем ближайший.

Индуктивные и активные сопротивления трансформатора ОД- ЦЭ-5000/25Б электровоза ВЛ80, приведенные к числу витков первичной обмотки, представлены табл. 8.2.

Таблица 8.2

Параметры

Номер ступени трансформатора

3-4

2-х 1

4-х2

Хэ,Ом

14,4

15,2

15,5

Яэ, Ом

1,98

2,22

2,40

Потоками рассеяния вторичных обмоток электровозного трансформатора X s можно пренебречь.

На электровозах серии ВЛ-80 сглаживающий реактор РС-53 выполнен без стального сердечника и потому его индуктивность не зависит от нагрузки. Индуктивное сопротивление Xd = 1,26-1,88 Ом.

Из рассмотрения математической модели электровоза следует:

  • 1. Спектр гармоник, производимых выпрямительной схемой электровоза при существующих параметрах контактной сети не превышает 1-2 кГц.
  • 2. Собственные колебания съемного полоза находятся в пределах 1-2 Гц.

Появление проблемных частот в излучающихся ЭМ возможно только при наличии совпадения частот колебаний съемного полоза и контактной сети (из-за колебаний струн подвеса- коушей). В этом случае постоянно изменяется величина искрового промежутка между съемным полозом и тяговым проводом (изменяется длина электрической дуги). В дуге возникают высокочастотные гармоники, распространяющиеся в окружающем пространстве. На пути распространяющихся высокочастотных ЭМП лежит разветвленная сеть контактных сетей, которые создают на пути полей сеточный экран с ячейками больших размеров. В результате интерференции и дифракции возникают гармоники более высоких частот, которые попадают на принимающие антенные устройства телевизоров.

К расчету контактного электрического сопротивления. В расчетах контактного электрического сопротивления используются параметры шероховатости поверхности, механические и физические характеристики контактирующих материалов:

Параметры шероховатости. Используются: средний шаг неровностей профиля Sm (ГОСТ 2789-73); среднее арифметическое отклонение профиля Ra (ГОСТ 2789-73); относительная опорная длина профиля на уровне средней линии tm - отношение суммарной длины отрезков средней линии bmh отсекаемых в материале выступов профиля, к базовой длине / : tm=(l/l)^bmi; высота выступов профиля Rp - расстояние между линией выступов, проведенной через ширину наиболее высокого выступа, и средней линией.

Механические и физические характеристики контактирующих материалов. В расчетах используются: модуль Юнга Е; микротвердость поверхности Н0 (ГОСТ 9450-76).

На основании теории Р. Хольма [8.7] и теории контактирования шероховатых поверхностей [8.8] получена следующая формула для расчета сопротивления контакта [8.9]:

где р - удельное сопротивление материала контактирующих деталей; Ас - контурная площадь контакта [8.8]; Р,- - фактическое контактное давление; Рс - контурное давление, Рс = ^ / Ас; ][ _ усилие нажатия в контакте; V - параметр, характеризующий распределение материала в шероховатом слое [8.8], у = 2tmRp /Ra - 1 •

Подставляя значение фактического давления Р,- в зависимости от вида контакта (упругий или пластический), получим формулы для расчета контактного сопротивления [8.9]:

При пластическом контакте:

При упругом контакте:

Критерием для определения вида контакта служит параметр П:

При Я >0,5 контакт считается пластическим, при /7 <0,5- упругим.

Для скользящих контактов, сохраняющих в процессе работы металлический или квазиметаллический характер контакта, можно рассчитывать сопротивление по формулам (8.1) - (8.3).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >