Устройство для физического моделирования системы электроснабжения электрической железной дороги

 

Использование: для физического моделирования электрифицированного железнодорожного транспорта при обучении студентов, в аналоговых устройствах для определения токораспределения в трехпроводной системе электроснабжения с автотрансформаторами, в том числе и в системе 2 25 кВ. Сущность изобретения: блоки моделирования подстанции, автотрансформаторов, контактной сети и питающего провода выполнены из элементов, состоящих каждый из соединенных последовательно реактора и резистора без индуктивных связей. Блок моделирования подстанции, выполненный в виде трехлучевой звезды, подключен своими выводами к блоку моделирования контактной сети, к блоку моделирования питающего провода и к одному выводу источника питания. Блоки моделирования автотрансформаторов одним выводом подключены к блоку моделирования контактной сети, а другим - к блоку моделирования питающего провода. Блок моделирования рельсов выполнен в виде проводника с малым активным сопротивлением. 1 ил.

Изобретение относится к физическому моделированию электрифицированного железнодорожного транспорта, может быть использовано при обучении студентов и в качестве аналогового устройства для определения токораспределения в трехпроводной системе электроснабжения с автотрансформаторами, в том числе и в системе 2х25 кВ.

Известно устройство для физического моделирования системы электроснабжения электрической железной дороги, содержащее блок питания, блок моделирования тяговых подстанций, выполненный из трансформаторов и устройства для компенсации в трансформаторах магнитных потерь, блок моделирования тяговой сети, состоящий из магнитно связанных реакторов, имитирующих магнитную связь контактной сети и рельсовой цепи, и включенных последовательно с ними дополнительных полных сопротивлений, дополняющих сопротивления реакторов до значения величин, требующихся по подобию, блок электровозов.

Однако известное устройство не позволяет моделировать токораспределение в трехпроводной системе электроснабжения с автотрансформаторами.

Известна физическая модель электрифицированного участка при трехпроводной системе питания 2х25 кВ, содержащая блок питания, состоящий из источников однофазного переменного и постоянного тока, блок моделирования тяговых подстанций, блок моделирования линейных автотрансформаторов, блок моделирования тяговой сети, блок моделирования электровозов, подключенных ключами коммутации к блоку моделирования тяговой сети, блок компенсирующих усилителей, блок измерений. Блок моделирования тяговых подстанций выполнен в виде однофазных трансформаторов с двумя соединенными последовательно между собой вторичными обмотками и стальным магнитопроводом. Каждый трансформатор снабжен компенсирующим усилителем для возможности сохранения критериев по току холостого хода путем компенсации магнитных потерь в стали магнитопровода. Блок моделирования линейных автотрансформаторов содержит однофазные автотрансформаторы с коэффициентом трансформации 2, имеющим три вывода. На каждый автотрансформатор со стальным сердечником, как и на трансформатор, предусмотрен индивидуальный компенсирующий усилитель с питанием от источника постоянного тока. Блок моделирования тяговой сети выполнен в виде последовательно соединенных между собой реакторов. Реакторы, моделирующие контактную сеть, питающий провод и рельсовую цепь, расположены концентрично. Необходимый коэффициент взаимоиндукции между контактной сетью, питающим проводом и рельсовой цепью обеспечивается подбором расстояния между соответствующими реакторами, после чего их фиксируют на этих расстояниях. Первичные обмотки трансформаторов подстанций подключены к источнику питания. Крайние выводы вторичных обмоток трансформаторов и обмоток автотрансформаторов подключены к реакторам, моделирующим контактную сеть, и к реакторам, моделирующим питающий провод. Средние выводы их подключены к реакторам, моделирующим рельсовую цепь. Связи между блоками моделирования тяговых подстанций, автотрансформаторов и тяговой сети соответствуют связям в реальной системе 2х25 кВ [1] .

Известное устройство сложно по конструкции из-за наличия большого количества магнитно связанных между собой реакторов, моделирующих контактную сеть, рельсы и питающий провод, и необходимости иметь компенсирующие усилители для компенсации магнитных потерь в стали трансформаторов подстанций и автотрансформаторов с питанием усилителей от дополнительного источника постоянного тока.

Цель изобретения - снижение массы, габаритов, уменьшение потерь электроэнергии.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для физического моделирования системы электроснабжения электрической железной дороги, содержащем блок питания с двумя выводами, блоки моделирования контактной сети и питающего провода, выполненные в виде последовательно соединенных реакторов, блок моделирования рельсовой цепи, блок моделирования тяговых подстанций, выполненный из трех реакторов, вывод первого из которых подсоединен к одному из выводов блока питания, один из выводов второго и третьего реакторов соединены между собой, другой вывод второго реактора соединен с одним из выводов блока моделирования контактной сети. Другой вывод третьего реактора соединен с одним из выводов блока моделирования питающего провода, блок моделирования линейных автотрансформаторов, выполненные в виде реакторов и подключенные одними выводами к одному из выводов блока моделирования контактной сети, блоки моделирования электровозов, подключенные ключами коммутации одними выводами к промежуточным выводам блока моделирования контактной сети, а другими выводами - к промежуточным выводам блока моделирования рельсовой цепи, блок измерений, другим выводом блок питания подключен к входу блока моделирования рельсовой цепи, выполненного в виде проводника из нескольких секций, концы которых являются промежуточными выводами блока. Другой вывод первого реактора блока моделирования тяговых подстанций соединен с первыми выводами второго и третьего реакторов. Блоки моделирования линейных автотрансформаторов подключены другими выводами к промежуточным выводам блока моделирования питающего провода.

На чертеже показана электрическая схема устройства для физического моделирования системы электроснабжения электрической железной дороги.

Устройство для физического моделирования системы электроснабжения электрической железной дороги содержит однофазный блок питания 1, напряжение которого соответствует напряжению контактная сеть рельсы на модели, блоки моделирования тяговых подстанций 2, автотрансформаторов 3, контактной сети 4 и питающего провода 5, которые выполнены из элементов, состоящий каждый из соединенных последовательно реактора 6 и резистора 7. Значения полных сопротивлений соответствующих элементов определяются следующими соотношениями: = (+)m_z; = ( + )m_z; = m_z; = m_z; = m_z; = m_z, где и - удельное сопротивление блоков, моделирующих соответственно контактную сеть и питающий провод; и - удельные сопротивления соответственно контуров контактная подвеска-рельсы и питающий провод-рельсы оригинала; - удельное взаимное сопротивление контуров контактная сеть-рельсы и питающий провод-рельсы оригинала; m_Z - масштаб сопротивлений; К - коэффициент трансформации автотрансформатора, равный отношению числа витков его последовательной обмотки к числу витков общей обмотки; - сопротивление элемента, моделирующего сопротивление первичной обмотки трансформатора подстанции;
К_т - коэффициент трансформации, равный отношению числа витков первичной обмотки трансформатора к числу витков вторичной полуобмотки его, присоединяемой к контактной сети;
и - сопротивление вторичной полуобмотки трансформатора, присоединяемой к питающему проводу, соответственно модели и оригинала;
и - то же полуобмотки, присоединяемой к контактной сети;
- сопротивление автотрансформатора модели;
U_к% - сопротивление короткого замыкания автотрансформатора;
U_н - номинальное первичное напряжение автотрансформатора.

Сопротивление резисторов 7 дополняют активные сопротивления реакторов 6 до величины, требуемой по подобию.

Блок моделирования подстанции 2, выполненный в виде трехлучевой звезды, свободным выводом элемента 8, моделирующего его первичную обмотку, подключен к одному выводу блока питания 1, свободным выводом элемента 9, моделирующего его полуобмотку, присоединяемую к контактной сети, соединен с одним из выводов блока моделирования контактной сети 4, а свободным выводом элемента 10, моделирующего его полуобмотку, присоединяемую к питающему проводу, соединен с одним из выводов блока моделирования питающего провода 5. Блоки моделирования автотрансформаторов 3 одними выводами подключены к одному из промежуточных выводов блока моделирования контактной сети 4, а другими - к соответствующему промежуточному выводу блока моделирования питающего провода 5. Блок моделирования рельсов 11 выполнен проводником с малым активным сопротивлением из нескольких секций с промежуточными выводами. Другим выводом блок питания 1 подключен к входу блока моделирования рельсов 11.

Электровоз моделируется с соблюдением формы тока и напряжения на пантографе. Трансформатор его конструктивно выполнен в виде дросселя с большим воздушным зазором. Схема выпрямления имитирована двухполупериодной мостовой схемой. Выпрямители моделируются диодами. Сглаживающий реактор, индуктивности двигателей, активное сопротивление выпрямленной цепи имитируются дросселями и резистором. Тяговый двигатель имитируется цепочкой RC, воспроизводящей достаточно точно процессы в реальном двигателе. Нагрузка блока моделирования электровоза 12 регулируется нагрузочным резистором.

Выбор параметров элементов в соответствии с приведенными выше соотношениями позволяет расширить функциональные возможности моделирующего устройства. В результате можно моделировать не только систему 2х25 кВ с равными напряжениями контактная сеть-рельсы и питающий провод-рельсы, но и трехпроводную систему электроснабжения с автотрансформаторами, когда напряжение контактная сеть-рельсы отличается от напряжения питающий провод-рельсы. Например, напряжение контактная сеть-рельсы 25 кВ, а напряжение питающий провод-рельсы 50 кВ.

При необходимости сопротивление питающей сети (не показана) можно учесть увеличением на соответствующую величину сопротивления элемента 8, моделирующей первичную обмотку трансформатора подстанции.

Устройство работает следующим образом. Блоки моделирования электровозов 12 включаются между блоком моделирования контактной сети 4 и блоком моделирования рельсов 11. Подключая ключами коммутации 13 в различных заданных точках электровозы, с помощью блока измерений (не показан) производятся замеры токов в контактной сети, питающем проводе, автотрансформаторах, обмотках трансформатора и питающей сети. Для нахождения токораспределения в элементах системы электроснабжения при двустороннем питании тяговой сети подключается блок питания 1 и блок моделирования 2 втрой тяговой подстанции (не показаны).

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ, содержащее блок питания с двумя выводами, блоки моделирования контактной сети и питающего провода, выполненные в виде последовательно соединенных реакторов, блок моделирования рельсовой цепи, блок моделирования тяговых подстанций, выполненный из трех реакторов, вывод первого из которых подсоединен к одному из выводов блока питания, один из выводов второго и третьего реакторов соединены между собой, другой вывод второго реактора соединен с одним из выводов блока моделирования контактной сети, а другой вывод третьего реактора соединен с одним из выводов блока моделирования питающего провода, блоки моделирования линейных автотрансформаторов, выполненные в виде реакторов и подключенные одними выводами к одному из выводов блока моделирования контактной сети, блоки моделирования электровозов, подключенные ключами коммутации одними выводами к промежуточным выводам блока моделирования контактной сети, а другими выводами - к промежуточным выводам блока моделирования рельсовой цепи, и блок измерений, отличающееся тем, что блок питания другим выводом подключен к входу блока моделирования рельсовой цепи, выполненного в виде проводника из нескольких секций, концы которых являются промежуточными выводами блока, при этом другой вывод первого реактора блока моделирования тяговых подстанций соединен с первыми выводами второго и третьего реакторов, а блоки моделирования линейных автотрансформаторов подключены другими выводами к промежуточным выводам блока моделирования питающего провода.

РИСУНКИ

Рисунок 1