Харкiвська державна академiя залiзничного транспорту

ГУСЄВСЬКИЙ Юрiй Iллiч

УДК 629.424.4: 621.335-833

НАУКОВI ОСНОВИ СТВОРЕННЯ ЕФЕКТИВНИХ СИСТЕМ ТЯГОВОГО

ЕЛЕКТРОПРИВОДУ З ТИPИCTOPHИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ ДЛЯ

АВТОНОМНИХ ЛОКОМОТИВIВ

05.22.07 - Рухомий склад залiзниць

та тяга поїздiв

А в т о р е ф е р а т

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

доктора технiчних наук

Харкiв 1999

Дисертацiєю є рукопис

Робота виконана на кафедрi "Системи електричної тяги"

Харкiвської державної академiї залiзничного транспорту Мiнiстер-

ства транспорта Україны

Науковий консультант: доктор технiчних наук, професор ПАНАСЕНКО

Mикола Васильович, завiдувач кафедрою

"Системи електричної тяги" Харкiвської

державної академiї залiзничного транспорту

Офiцiйнi опоненти :

1. Доктор технiчних наук, професор, директор

Українського науково-дослiдного iнсти-

туту електровозобудiвництва,

м. Днiпропетровськ БРАТАШ

Вiктор Oлександрович

2. Доктор технiчних наук, професор кафедри

"Експлуатацiя та ремонт рухомого складу"

Харкiвської державної академiї залiзнич-

ного транспорту, м.Харкiв КОЛЕСНИК

Iван Кузьмич

3. Доктор технiчних наук, професор,

завiдуиач кафедрою "Електротехника"

Харкiвської державної академiї мiсь-

кого господарства, м.Харкiв СОСКОВ

Анатолiй Георгiєвич

Провiдна органiзацiя - Харкiвський полiтехнiчний унiверситет, ка-

федра "Локомотивобудування", Мiнicтерство

освiти України, м.Харкiв

Захист вiдбудеться "_6_ "__05___1999 p. о 1400 годинi в ауд.

417_ на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д64.820.04 при Хар-

кiвськiй академiї залiзничного транспорту за адресою: 310050,

м. Харкiв-50, площа Фейєрбаха, 7

З дисертацiєю можна ознайомитися в бiблiотецi академiї

Автореферат рoзiсланий " 2" __04___1999 р

Вчений секретар

спецiалiзованої вченої ради ЗАПАРА В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми дисертацiї. Основний вид залiзничної тя-

ги на неелектрифiкованих дiльницях залiзниць України - тепловозна.

По даним 1994 року приписний парк залiзниць України складав майже

2200 одиниць магiстральних тепловозiв рiзноманiтного призначення

i потужностi. Iз них найбiльш масовими є тепловози:

2ТЕ10 (424 од.), 2ТЕ116 (588 од.), М62 (536 од), ТЕП60 (231 од.).

Маневрова робота на залiзничних станцiях також виконується тепло-

возами. Парк маневрових тепловозiв на Українi налiчує понад 2100

одиниць. В основному це тепловози типу ЧМЕ3 рiзноманiтних модифi-

кацій. Видно, що за два останнiх десятирiччя тепловози не зазна-

ли серйозних технiчних удосконалень i характеризуються показника-

ми, що застарiли, практично за всiма технологiчними та експлуата-

цiйними параметрами. Тому в умовах старiння локомотивного парку,

обмеженостi фiнансових,виробничих i трудових ресурсiв надто акту-

альною стає проблема пiдвищення ефективностi автономних локомоти-

вiв. Це пiдтверджується прийнятими Мiнiстерством транспорту Укра-

їни i Укрзалiзницею рiшеннями, що вiдбитi в документi "Концепцiя

та програма реструктуризацiї на залiзничному транспортi України".

Щодо автономних локомотивiв, то в ближчий час намiчено списати

тепловози типу ТЕП60, 2ТЕ10Л, що вiдпрацювали свiй ресурс i мора-

льно застарiли, а також оновити локомотивний парк України новими

магiстральними пасажирськими, маневровими тепловозами та дизель-

поїздами. В тепловозах нового поколiння,опрацьованих ведучими за-

рубiжними фiрмами, на пiдставi попереднiх науково-дослiдних робiт

застосованi новi технiчнi рiшення в конструкцiї локомотивiв.В пе-

ршу чергу,це торкається широкого застосування тягових асинхронних

електродвигунiв (АД), що дозволило суттєво пiдвищити надiйнiсть,

коефiцiєнт тяги та продуктивнiсть локомотивiв, покращити їх ста-

тичнi i динамiчнi характеристики, знизити поточнi витрати на екс-

плуатацiю i ремонт.Cучаснi тенденцiї розвитку локомотивобудування

складаються з широкого впровадження систем асинхронного тягово-

го електроприводу,що пiдтверджується успiшним досвiдом експлуата-

цiї кiлькох тисяч локомотивiв.Це говорить про те,що рiшення проб-

леми удосконалення вiтчизняних автономних локомотивiв неможливо

без утворення бiльше прогресивних систем тягового електроприводу

(ТЕП) i пiдвищення їх ефективностi. Для рiшення цiєї важливої на-

родногосподарської проблеми створенi сприятливi передумови,що ба-

зуються на досягненнях сучасної електронiки та перетворювальної

технiки. Застосування тиристорних перетворювачiв електроенергiї в

системах автономного ТЕП є якiсно новим i перспективним напрямком

удосконалення вiтчизняних автономних локомотивiв. Їх використання

придає ТЕП новi iнтегративнi (системнi) властивостi. В той же час

проблема створення бiльш удосконалених систем автономного ТЕП з

тиристорними перетворювачами сполучена з необхiднiстю рiшення но-

вих складних та нетрадицiйних для сучасного локомотивобудування

завдань, зв'язаних з недостатньою вивченiстю електроенергетичних

процесiв в силових ланцюгах автономних локомотивiв, недостатньою

обгрунтованiстю технiчних рiшень,що приймаються, необхiднiстю за-

безпечення умов електромагнiтної сумiсностi тягових перетворюва-

чiв з джерелом живлення i тяговими електродвигунами, оптимiзацiєю

режимiв роботи силового тягового електрообладнання. В зв'язку iз

зростаючими вимогами до якостi сучасних автономних локомотивiв та

з урахуванням необхiдностi всiлякої економiї топливно-енергетич-

них ресурсiв та дефiцитних електротехнiчних матерiалiв в дисерта-

цiї виконанi дослiдження, спрямованi на вирiшення важливої прик-

ладної наукової проблеми створення ефективних методiв та засобiв

управлiння електроенергетичними процесами в системах автономного

ТЕП з тиристорними перетворювачами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася вiдповiдно до Цiльової комплексної

програми розвитку транспортного комплексу України "Транспорт",

по бюджетним темам Мiнiстерства транспорту України (тема:"Розроб-

ка, макетування та дослiдження рацiональних структур асинхронного

тягового електроприводу для перспективного електрорухомого скла-

ду"),по замовленню Укрзалiзницi (тема:"Проведення дослiджень,роз-

робка конструкторської документацiї,та доводка стенду електричної

передачi дизель - поїзду з двофазними асинхронними тяговими дви-

гунами") i т.д.

Мета i задачі дослiдження.

Мета роботи мiстить рiшення науково-технiчної проблеми

пiдвищення ефективностi систем ТЕП шляхом розширення їх функцiо-

нальних можливостей та пiдвищення керованостi за рахунок застосу-

вання в силових схемах ТЕП тиристорних перетворювачiв з урахува-

ням зовнiшнiх обмежень, що накладаються специфiкою автономних ло-

комотивiв,а також в уточненнi закономiрностей протiкання електро-

енергетичних процесiв i в опрацюваннi методiв та засобiв управ-

лiння тяговим електрообладнанням i ТЕП в цiлому.

Для досягнення зазначеної цiлi необхiдно вирiшити ряд нас-

тупних взаємозв'язаних завдань :

- синтез i дослiдження ефективних структур автономного ТЕП з ти-

ристорними перетворювачами;

- удосконалення схемотехнiки i режимiв роботи силових перетворю-

вачiв з урахуванням специфiки автономних локомотивiв i динамiки

розвитку нових виробiв силової i слабкострумової електронiки;

- аналiз можливих аварiйних станiв в ТЕП та синтез ефективних за-

собiв захисту основного тягового електрообладнання;

- пiдвищення якостi систем автоматичного управлiння i регулювання

ТЕП, удосконалення елементiв автоматики;

- опрацювання більш досконалих методiв аналiзу, синтезу,розрахун-

ку i експериментальних дослiджень елементiв i систем автономно-

го ТЕП в цiлому;

- опрацювання заходiв, сприятливих компонуванню тягового електро-

обладнання, що знову створюється, в обмеженому просторi кузову

локомотива.

Методика дослiдження.

Об'єктом дослiдження є перспективнi системи тягового елек-

троприводу автономного локомотива,а предметом дослiджень - основ-

не i допомiжне тягове електрообладнання.

При проведеннi дослiджень використанi методологiчнi основи

дослiджень ефективностi технiчних систем,включаючи методи систем-

ного аналiзу. Теоретичнi дослiдження базуються на теорiї диферен-

цiальних i iнтегральних рiвнянь, засобах чисельного i гармонiйно-

го аналiзу, теорiї матриць. Дослiдження електроенергетичних про-

цесiв в тиристорних перетворювачах ТЕП змiнно-постiйного струму

виконанi способрм iмiтацiйного моделювання складних логiко - дифе-

ренцiальних систем, експериментальнi дослiдження проведенi на на-

турних стендах i на реальних об'єктах.

Достовiрнiсть одержаних в дисертацiї наукових результатiв

пiдтверджується коректнiстю прийнятих допущень, обгрунтованiстю

теоретичного аналiзу,стiйкою збiжнiстю результатiв аналiтичних та

експериментальних дослiджень (погрiшнiсть результатiв в статичних

режимах не перевищує 5%, в динамiчних режимах - не бiльше 15%).

Наукова новизна одержаних результатiв :

Наукова новизна полягає в одержаннi нових науково-обгрун-

тованих результатiв в галузi рухомого складу залiзниць та тяги

поїздiв, що є основою для рiшення важливої науково-практичної

проблеми утворення ефективних систем ТЕП з тиристорними перетво-

рювачами для автономних локомотивiв:

- розроблений i теоретично обгрунтований спосіб синтезу iнварiант-

них систем фазо-iмпульсного керування (СIФК) випрямлячами, що

керуються (КВ), при напрузi i частотi джерела живлення, що змi-

нюються, i пов'язано з регулюванням частоти обертання тягового

синхронного генератора (СГ); при використаннi вiдомих методiв

cинтезу не можна створити систему фазового управлiння з гранич-

ною швидкодiєю та iз стабiлiзацiєю коефiцiєнту передачi блокiв

КВ-СIФК в указаних умовах;

- виконаний теоретичний аналiз режимiв роботи гiбридного КВ, що

складається iз двох послiдовно включених трифазних нульових ти-

ристорних схем i живиться вiдповiдно вiд двох трифазних джерел

з довiльним фазовим зсувом мiж ними; дано математичний опис ре-

гулювальних характеристик та передаточних коефiцiентiв гiбрид-

ного КВ, працюючого в напiвкерованому та керованому режимах; до

цього часу зазначенi КВ дослiдженi тiльки в режимi симетричного

управлiння i при фiксованому фазовому зсувi p/6 між двома джере-

лами живлення;

- розроблений метод компенсації надмірної реактивної енергії на-

вантаження в інверторному ТЕП тепловозу з АД і з джерелом жив-

лення, який не має зворотної провiдностi; метод заснований на

введеннi фазового зсуву моментiв комутацiї мiж паралельно пра-

цюючими автономними iнверторами напруги (АIН) на кут,кратний їх

кiлькостi; це дозволило вiдмовитися вiд застосування спецiаль-

них компенсуючих конденсаторiв i звести до мiнiмуму об'єм i ма-

су перетворювальної установки;

- виконано теоретичне обгрунтування доцiльностi застосування на

перспективних автономних локомотивах систем ТЕП з двофазними

блоками АIН-АД; цi висновки базуються на результатах аналiзу

тимчасових гармонiк магнiтного потоку в повiтряному зазорi АД

( при m і 2 ), аналiзу електроенергетичних процесiв в АIН, якi

показали можливiсть спрощення силової схеми ТЕП i зниження при-

близно в 2 рази додаткових втрат в АД при несiнусоїдальному жи-

вленнi; наведенi способи технiчної реалiзацiї таких систем i

розробленi методи розрахунку фазних струмiв АД та синтезу оп-

тимальних кривих фазної напруги АИН,наведенi способи їх технiч-

ної реалiзацiї i розробленi узагальнений метод розрахунку фаз-

них струмiв АД та метод синтезу оптимальних кривих фазної нап-

руги АIН;

- розроблено метод синтезу швидкодiючих логiчних захистiв тяго-

вого блоку СГ-В (В - силовий некерований випрямляч), заснований

на безперервному контролi фазних напруг СГ,виявi та iдентифiка-

цiї аварiйного стану з ознакою одночасної рiвностi потенцiалiв

всiх фаз хоч би в однiй iз зiрок тягового СГ; пристрої захисту,

що реалiзують зазначений принцип, спрацьовують при всiх видах

коротких замикань на боцi постiйного i змiнного струму чи при

пробої довiльного числа плеч В, а час спрацьовування не переви-

щує тривалостi перiоду живлячої напруги; пристрої захисту, що

застосовуються в схемах вiтчизняних тепловозiв,заcнованi на ко-

нтролi рiзницi потенцiалiв мiж нулями зiрок тягового СГ, не ре-

агують на симетричнi короткi замикання i не мають високою швид-

кодiєю;

- дано теоретичне обгрунтування нових принципiв побудови багато-

ступiнчатих безударних захистiв тягового блоку АIН-АД; в якостi

першого ступеня такого захисту рекомендовано логiчний захист,що

спрцьовує в разi некомутацiї плеча головних тиристорiв iнверто-

ра, блокує подачу керуючих iмпульсiв на протифазнi тиристори i

здiйснює прискорену повторну комутацiю аварiйного плеча, не до-

пускаючи перекидання iнвертора при умовно - обернутих вiдмовах

тиристорiв; другий ступiнь спрацьовує при перекиданнi iнверто-

ра, включає тиристорний короткозамикач (ТКЗ) i протягом пер-

шої (позитивної) пiвхвилi коливального перезаряду конденсатора

фiльтру вимикає аварiйний iнвертор вiд джерела живлення, а про-

тягом другої пiвхвилi - вимикає ТКЗ, не допускаючи виникнення

ударних механiчних впливiв на елементи тягового приводу; зару-

бiжнi тепловози з асинхронним ТЕП аналогiчних захистiв не мають.

Винесенi на захист науковi положення та результати є теоре-

тичною базою для вирiшення науково - технiчної проблеми утворення

ефективних систем ТЕП з тиристорними перетворювачами для теплово-

зiв вiтчизняного виробництва, що наново проектуються або модернi-

зуються.

Особистий внесок здобувача:

- теоретичнi дослiдження та модулювання ефективної системи ТЕП

змiнно-постiйного струму з тиристорними перетворювачами,в якому

використанi максимально вiдпрацьованi в умовах виробництва та

експлуатацiї серiйнi тяговi електродвигуни постiйного струму з

послiдовним збудженням (ТЕД)*;

- дослiдження електромагнiтних процесiв в двофазних системах АIH-

-AД, розробка методiв синтезу оптимальних кривих фазної напруги

[7] та розрахунку фазних стумiв двофазного АД* , обгрунтування

* Тут і далі особистий внесок автора підтверджується опублікова-

ними тезами доповідей і матеріалами конференцій та семінарів.

доцiльностi застосування двофазних тягових блокiв АИН-АД в ТЕП

автономних локомотивiв

- опрацювання iнварiантної системи автоматичного керування (САК)

тягового асинхронного електроприводу тепловоза [24];

- опрацювання методики розрахунку тягових та регулювальних харак-

теристик асинхронного ТЕП автономного локомотива з АIН, що ура-

ховує роботу СAК, нелiнiйнiсть магнiтного ланцюга тягових АД та

несинусоїдальностi їх напруги живлення;

- дослiдження впливу пульсацiй струму живлення в багатодвигунному

ТЕП з АIН та АД на стабiльнiсть тягових та регулювальних харак-

теристик автономного локомотиву;

- оцiнка вiдхилення розподiлу кривої магнiтного потоку в повiтря-

ному зазорi АД вiд синусоїдального закону для рiзноманiтних си-

стем АIH-AД при m і 2 [9];

- аналiз електромагнiтних процесiв та дослiдження регулювальних

характеристик гiбридних КВ у рiзноманiтних режимах його роботи

при довiльному фазовому зсувi мiж двома симетричними трифазними

джерелами живлення [10,11];

- опрацювання принципiв iнварiантного управлiння тиристорними ви-

прямлячами в умовах, коли змiнюються напруга та частота джерела

живлення [8].

Роботи [2,7-11,24] написанi автором. Результати робiт [1,

3,23] належать авторам в рiвнiй мiрi. В статтях [4-6,12-23], якi

опублiкованi в спiвавторствi, вiдбитi результати робiт, виконаних

пiд науковим керiвництвом автора. В них автору належать постанов-

ка наукових завдань, обгрунтування шляхiв i методiв їх рiшення,

аналiз результатiв.В роботах [25,26] особистий внесок автора виз-

начений довiдками про творчу участь в створеннi винаходiв.

Практичне значення одержаних результатiв полягає в розроб-

цi методiв синтезу, розрахунку, експериментальних дослiджень сис-

тем автоматизованого ТЕП з тиристорними перетворювачами i засобiв

їх технiчної реалiзацiї. Основнi висновки та рекомендацiї автора

використанi при створеннi комплектiв тягового електрообладнання,

при створеннi макетних та дослiдних тепловозiв, а також в процесi

проведення експериментальних та експлуатацiйних дослiджень. Вико-

ристання результатiв наукової роботи автора пiдтверджено прикла-

деними до дисертацiї актами впровадження вiд НДI "Електроважмаш"

(м. Харкiв), ОАО ХК "Коломенський завод" (м. Коломна, Росiя), НВО

"Електротехнiка" (зараз пiдприємство ESTEL AS,м.Таллiнн,Естонiя).

Апробацiя результатiв дисертацiї. Основнi положення дисер-

тацiйної роботи доповiдалися та обгорювалися на Всесоюзнiй науко-

во-технiчнiй конференцiї "Утворення локомотивiв великої потужнос-

тi та пiдвищення їх технiчного рiвня" (Ворошиловград,1981р.), III

Всесоюзнiй науково-технiчнiй конференцiї "Проблеми розвитку локо-

мотивобудування" (Луганськ,1990 р.), Всесоюзнiй науково-технiчнiй

конф. "Проблеми створення рухомого складу з асинхронними тяговими

двигунами" (Москва, 1986 р.), Республiканськiй (мiжнароднiй) шко-

лi-семiнарi "Мiкропроцесорнi системи зв'язку та управлiння на за-

лiзничному транспортi" (Алушта, 1986...1998 р.р.), II Мiжнароднiй

науково - технiчнiй конф. "Проблеми створення рухомого складу з

асинхронними тяговими двигунами" (Рига, 1990 р.), II Мiжнароднiй

конф. "Стан та перспективи розвитку електрорухомого складу" (Но-

вочеркаськ, 1997 р.), науково-технiчних конф. кафедр ХарДАЗТ та

фахiвцiв залiзничного транспорту.

У повному обсязi матерiали дисертацiї докладалися на поши-

рених засiданнях кафедри "Системи електричної тяги" Харкiвської

державної академiї залiзничного транспорту травня 1996 р та 30

травня 1998 р.

Публікацiї.

Основний змiст дисертацiї вiдбито в 1 монографiї, 33 стат-

тях,34 авторських посвiдченнях,40 опублiкованих матерiалах та те-

зах доповiдей на мiжнародних, Всесоюзних, Республiканських науко-

во-технiчних конференцiях та семiнарах, включаючи науково-технiч-

нi конференцiї ХарДАЗТ.

Структура та обсяг роботи.

Дисертацiя складається iз вступу, семи роздiлiв та виснов-

ку, що включають 298 сторiнок машинописного тексту, 75 сторiнок з

малюнками, 14 таблиць. Список лiтератури iз 225 назв (в тому чис-

лi 33 закордонних джерел) та двох додаткiв, якi мiстять 52 сто-

рiнки.

З М I С Т Р О Б О Т И

У вступi обгрунтована актуальнiсть теми дисертацiї та дана

загальна характеристика роботи, показано iснування великої прик-

ладної наукової проблеми,пов'язаної iз необхiднiстю удосконалення

ТЕП автономних локомотивiв на базi статичних перетворювачiв елек-

троенергiї, сформульованi мета та основнi завдання дослiдження.

В першому роздiлi проаналiзовано поточний стан тепловозно-

го парку в Українi та в країнах далекого зарубiжжя i обгрунтовано

iснування значної прикладної науково-технiчної проблеми, пов'яза-

ної з необхiднiстю удосконалення вiтчизняних автономних локомоти-

вiв. Показано,що одним з кардинальних шляхiв вирiшення цiєї проб-

леми є пiдвищення ефективностi систем автономного ТЕП на базi до-

сягнень перетворювальної технiки.В загальному випадку,система ав-

тономного ТЕП, як деяка цiлiснiсть, представляє собою сукупнiсть

окремих елементiв (тяговi електричнi машини, апаратура управлiння

i регулювання, пристрої захисту ), що знаходяться в певних спiв-

вiдношеннях один з одним.В неї додатково вводяться тиристорнi пе-

ретворювачi. В зв'язку з цим,ТЕП набуває новi специфiчнi системнi

(iнтегративнi) властивостi, якi не належать до iснуючої системи i

жодному з вхiдних в неї елементiв. Здавалось би ускладнення ТЕП

приведить до зниження надiйностi локомотива,але насправдi при ти-

ристорному управлiннi силовими агрегатами є можливiсть на високо-

якiсному рiвнi вирiшити проблему пiдвищення ефективностi ТЕП та

локомотива в цiлому:

- пiдвищити тягово-енергетичнi характеристики автономних локомо-

тивiв з ТЕП змiнно-постiйного струму за рахунок оптимiзацiї ре-

жимiв роботи силового тягового електрообладнання;

- застосувати на перспективних локомотивах бiльш простi i надiйнi

асинхроннi електродвигуни у виглядi тягових;

- пiдняти на (15...20)% коефiцiєнт тяги локомотиву за рахунок

пiдвищення жорсткостi електромеханiчних характеристик тягових

електродвигунiв при втратi зчеплення;

- пiдвищити культуру обслуговування локомотивiв i скоротити част-

ку важких робiт по ремонту тягового електрообладнання.

Науковi основи утворення ТЕП сучасних вiтчизняних теплово-

зiв були закладенi в роботах О.Є. Алексєєва, А.Д. Степанова, I.П.

Iсаєва, К.Я. Гаккель.В теорiю асинхронного ТЕП i тягових перетво-

рювачiв помiтний внесок зробили Н.А. Ротанов, А.Т. Бурков, А.С.

Курбасов, Ю.Г. Биков, Ю.М. Iньков. Створенню сучасних систем ав-

томатичного управлiння автономного ТЕП присвяченi роботи А.М. Ко-

стромiна, Г.I. Загарiя, М.I. Аронова. Проте, накопичений до цього

часу теоретичний базис i досвiд практичних розробок не дозволяють

в повнiй мiрi вирiшити питання створення ефективних систем авто-

номного ТЕП.Для формування перспективних варiантiв вирiшення про-

блеми удосконалення систем ТЕП, вияву масштабiв невизначеностi по

кожному з варiантiв i їх зiставлення по ефективностi запропонова-

на класифiкацiя систем ТЕП. При її проведеннi у виглядi найбiльш

чiтко вiдбитої категорiї прийнято кiлькiсть перетворень електро-

енергiї, а у виглядi достатнього признаку ( критерiю ) прийнятий

вид її перетворення.Особливу актуальнiсть ця класифiкацiя здобула

в умовах безупинного зростання потокiв науково-технiчної та пате-

нтної iнформацiї,що надходить. Вона не вичерпує всiх можливих ва-

рiантiв структур силового кола ТЕП автономних локомотивiв,але дає

можливiсть чiтко визначити тип електропередачi,склад силового тя-

гового електрообладнання в її силовому колi i вказати призначення

та тип статичних перетворювачiв в системах перспективного ТЕП.

Аналiз науково-технiчної iнформацiї у галузi систем ТЕП

сучасних автономних локомотивiв показує, що тривалi тенденцiї їх

розвитку пов'язанi виключно з асинхронним електроприводом. Проте

вибiр варiанту ТЕП для конкретного типу локомотиву може бути ви-

конаний тiльки внаслiдок аналiзу i зiставлення варiантiв по цiло-

му ряду показникiв. Тому першочерговим стає завдання опрацювання

наукових основ створення ефективних систем ТЕП на принципi їх де-

композицiї (на узагальненому i детальному рiвнях).В якостi форма-

лiзованого критерiю ефективностi для оцiнки перспективних систем

ТЕП в рамках концепцiї оптимiзацiї прийнятий критерiй найбiльшого

середнього результату, що має властивостi аддитивностi. Сформулю-

ванi основнi показники ефективностi перспективних систем ТЕП.

В другому роздiлi приведенi результати дослiджень по удос-

коналенню тягових електропередач змiнно-постiйного струму на базi

застосування тиристорних перетворювачiв в силовiй схемi i в схемi

енергопостачання власних потреб автономного локомотиву.

Вирiшена важлива прикладна проблема, яка пов'язана з роз-

мiщенням силових перетворювачiв, що наново створюються, в обмеже-

ному просторi кузову локомотива шляхом впровадження на тепловозах

розробленою автором системи енергопостачання власних потреб з са-

мозбужденням СГЕ та тиристорними перетворювачами в ланцюгах збуд-

ження тягових СГ.Цьому сприяло також об'єднання тягових СГ в єди-

ний електромашинний агрегат, застосування комплектних пристроїв

автоматики i виключення окремих електромашинних збудникiв. Вперше

в практицi вiтчизняного тепловозобудування зазначенi технiчнi рi-

шення пiсля всебiчних теоретичних та експериментальних дослiджень

застосованi на тепловозах ТЕ120, 2ТЕ121, ТЕП75, ТЕ136. При утво-

реннi систем самозбудження СГЕ з КВ установлена неефективнiсть

СIФК, робота яких грунтується на реалiзацiї широковживаного вер-

тикального принципу управлiння з лiнiйними або арккосинусними фа-

зовими характеристиками. Це пояснюється тим, що напруга та часто-

та тепловозних СГ змiнюються (по умовам їх роботи) в широких ме-

жах, а в системi самозбуждення СГЕ в разi незалежного формування

куту керування тиристорами через ланцюг живлення КВ завжди формує

внутрiшнiй контур позитивного зворотного зв'язку, що iстотно по-

гiршує динамiку системи в цiлому. Тому автором проведено пошук та

теоретичне обгрунтування ефективних алгоритмiв iнварiантного ке-

рування тиристорами КВ.В основу розробленого алгоритму iнварiант-

ного керування покладений принцип интегрування в часовiй областi

пiдiнтегральної функцiї Fi(wt), яка входить до формули обчислення

середнього значення напруги на виходi наданої схеми КВ. Iнтегру-

вання в кожному з каналiв керування ведеться з нульовими початко-

вими умовами,причому за початок вiдлiку прийнятий момент включен-

ня даного тиристора, який вiдповiдає еквiвалентнiй дiоднiй схемi.

Iнтегрування провадиться до моменту виходу наданого тиристора з

роботи. Алгоритм формування куту включення (a) тиристорiв КВ

загальному видi описується виразом:

( 1 )

де F(d) - первiсна по вiдношенню до функцiї Fi(wt) при

wt = a;

Um - амплiтуда фазної напруги джерела живлення;

tи - постiйна часу iнтеграторiв в кожному iз каналiв

СІФК;

Uик - кiнцеве значення iнтегралу на попередньому iнтервалi

iнтегрування.

Iнварiантна СIФК, побудована по описаному вище алгоритму, забез-

печує стабiлiзацiю коефiцiєнту передачi блока КВ - СIФК, має гра-

ничну швидкодiю та високу перешкодозахиснiсть.

В другому роздiлi показано також, що неодноразовi спроби

удосконалення систем автономного ТЕП змiнно-постiйного струму з

некерованими В не дали вiдчутних результатiв i що успiшне вирi-

шення цiєї проблеми можливо при використаннi в ТЕП тиристорних

перетворювачiв при збереженнi традицiйних ТЕД послiдовного збуд-

ження.Збереження в силовiй схемi тепловозу максимально вiдпрацьо-

ваних у виробництвi та експлуатацiї сeрiйних ТЕД при дефiцитi ма-

терiальних та виробничих ресурсiв може дати швидкий та iстотний

економiчний ефект,бо не вимагає для реалiзацiї чималої перебудови

виробництва i утворення нової ремонтної та експлуатацiйної бази.

Автором запропонована та дослiджена тиристорна схема автономного

ТЕП змiнно - постiйного струму, що на вiдмiну вiд традицiйних си-

стем дозволяє:

- при втратi зчеплення пiдвищити протибуксовальнi властивостi ло-

комотива за рахунок автоматичного переводу ТЕД в режим квазiне-

залежного збудження;

- реалiзувати режим плавного ослаблення поля ТЕД i, вiдповiдно,

пiдвищити iнтегральний ККД електропередачi в тяговому режимi;

- пiдвищити ефективнiсть схеми електричного гальмування за раху-

нок тиристорного керування збудженням ТЕД та виключення iз кон-

туру регулювання каналу струму збудження тягового СГ;

- значно скоротити кiлькiсть силової контактної апаратури;

- пiдвищити протиаварiйнi властивостi ТЕП шляхом реалiзацiї швид-

кодiючого "сіткового" захисту;

- реалiзувати більш ефективнi алгоритми управлiння ТЕП.

Автономний ТЕП змiнно-постiйного струму, як об'єкт дослiд-

ження, становить складну електроенергетичну систему обмеженої по-

тужностi. Вона характеризується багаточисленнiстю та рiзнoманiт-

нiстю елементiв, несхожiстю їх по типу зв'язку,наявнiстю у систе-

ми iнтегративних функцiй,яких немає у частин складових її елемен-

тiв. Дослiдження цього ТЕП виконано способом iмiтацiйного моделю-

вання (IМ). Структурна схема системної моделi тиристорного ТЕП

приведена на рис.1. Позначення: ФДР i СДР - вiдповiдно блоки фор-

мування i рiшення системи диференцiйних рiвнянь;БФС - блок форму-

вання стану вентилiв перетворювача;БРП - блок розрахунку парамет-

рiв; Fкер та Fв - логiчнi вектори вiдповiдно керування та стану

вентилів перетворювача.

Застосування технологiї iмiтацiйного моделювання дозволило

без iстотних допущень дослiдити електромагнiтнi процеси в автоно-

мному тиристорному ТЕП змiнно-постiйного струму, визначити показ-

ники якостi електричної енергiї, що характеризують електромагнiт-

ну сумiснicть електрообладнання з перетворювачами, i основнi тех-

нологiчнi характеристики системи в цiлому. Аналiз результатiв мо-

делювання в режимах тяги при повному та при послабленому полi ТЕД,

втратi зчеплення,режимах електричного гальмування пiдтвердив при-

веденi вище переваги тиристорного ТЕП у порiвняннi з традицiйними

системами та показав доцiльнiсть його застосування на тепловозах,

зокрема, для модернiзацiї iснуючого локомотивного парку.

В режимi електродинамiчного гальмування ТЕП вироджується в

двi одноконтурнi схеми для ланцюгiв якоря ТЕД та просту схему

ланцюгiв їх струму збудження, що складається iз двох послiдовно

включених трифазних нульових тиристорних КВ. Джерелами живлення

гiбридного КВ служать двi зсуненi в просторi трифазнi статорнi

обмотки тягового СГ. Тому,що такi схеми ранiше не дослiджувалися,

постала необхiднiсть в їх детальному вивченнi. Автором проведений

теоретичний аналiз роботи гiбридних КВ для загального випадку,

коли фазовий зсув * мiж двома трифазними джерелами живлення може

приймати довiльне значення. Виявленi та докладно дослiдженi нас-

тупнi чотири режима роботи схеми :

- режим 1: всi тиристори працюють в дiодному режимi;

- режим 2: тиристори анодної групи працюють в дiодному режимi,

тиристори катодної групи працюють в керованому режимi;

- режим 3: тиристори анодної групи працюють в керованому режимi,

тиристори катодної групи працюють в дiодному режимi;

- режим 4: всi тиристори працюють в керованому режимi.

Четвертий режим дослiджений в наступних варiантах керування:

- симетричне управлiння, для якого вимагається шiсть незалежних

каналiв фазо-iмпульсного керування;

- несиметричне управлiння ( три незалежних каналу управлiння ) iз

синхронiзацiєю вiд джерела живлення з ЕРС, що випереджає ;

- несиметричне управлiння ( три незалежних каналу управлiння ) iз

синхронiзацiєю вiд джерела живлення з ЕРС, що вiдстає.

Аналiз режимiв роботи гiбридного КВ та засобiв його управ-

лiння дозволив вiддати пeревагу четвертому режиму роботи при не-

симетричному управлiннi iз сiнхронiзацiєю вiд джерела з ЕРС, що

вiдстає. Тодi регулювальна характеристика гiбридного КВ має виг-

ляд:

( 2 )

а коефiцiєнт передачi ( у вiдносних одиницях ) доpiвнює :

( 3 )

Застосування в замкнутих САК гiбридного КВ, який працює в

режимi несиметричного управлiння з синхронiзацiєю вiд джерела

живлення з ЕРС, що випереджає,не рекомендується iз-за наявностi в

його регулювальнiй характеристицi зон,якi вiдповiдають позитивним

та вiд'ємним значенням коефiцiєнту передачi.

В третьому роздiлi розглянутi питання, зв'язанi з пiдвище-

нням ефективностi автономного ТЕП з трифазними АД та АIН, i роз-

ширено теоретичний базис для удосконалення таких систем.

Зокрема,уточнено значення одного з показникiв ефективностi

ТЕП, зв'язаного з повним використанням вiльної потужностi первин-

ного двигуна при роботi ТЕП не тiльки по граничнiй тяговiй харак-

теристицi,але i в часткових режимах. Для цього виконано теоретич-

ний аналiз граничного режиму роботи автономного ТЕП з АД по умовi

його cтатичної стiйкостi. Установлена закономiрнiсть змiни грани-

цi статичної стiйкостi асинхронного ТЕП в залежностi вiд виду

економiчної характеристики первинного двигуна при роботi локомо-

тива в режимах повної i неповної потужностi:

, ( 4 )

де Nсв(wд) - економiчна характеристика первинного двигуна.

Вираз (4) i iншi розрахунковi формули,якi одержанi внаслiдок ана-

лiзу,дозволяють вже на стадiї проектування правильно обрати пара-

метри тягового електрообладнання та механiчної передачi.

З цiєю ж метою дослiдженi також умови компенсацiї надмiр-

ної реактивної енергiї в багатодвигунному ТЕП автономного локомо-

тиву з АIН та АД при загальному джерелi живлення, що не має зво-

ротньої провiдностi. Умовою повної компенсацiї реактивної енергiї

навантаження в такiй системi є однонаправленiсть потоку енергiї в

ланцi постiйної напруги. В трифазнiй системi АIН-АД ця умова ви-

конується при c > 0,525. Якщо вiдбувається зниження коефiцiенту

потужностi тягового АД, що можливо при втратi зчеплення, в ланцi

постiйної напруги в певнi моменти часу потiк енергiї змiнює свiй

напрям. Для компенсацiї цiєї надмiрної реактивної енергiї звичай-

но установлюють спецiальнi компенсуючi конденсатори. В роботi по-

казано, що найбiльш ефективним способом компенсацiї надмiрної ре-

активної енергiї є синхронне управлiння всiма тяговими блоками

АIН-АД з рiвномiрним фiксованим зсувом мiж ними на iнтервалi ко-

мутацiї одиночного iнвертора. В цьому випадку граничне значення

коефiцiєнту потужностi навантаження, при якому ще здiйснюється

повна компенсацiя реактивної енергiї, визначається виразом:

( 5 )

де граничний режим агр=а=ехр(-1/6f1Тн) наступає при значеннях

частоти вихiдної напруги iнвертора f1 та параметрах навантаження

Тн, коли виконується умова:

( 6 )

де коренi цього рiвняння мають фiзичний змiст при 0,5 Ј а Ј 1.

Зокрема, при синхронному управлiннi трьома тяговими блоками АIН-

-АД iз фазовим зсувом мiж ними на p /9 повна компенсацiя реактив-

ної енергiї тягових АД можлива при зниженнi їх коефiцiєнту потуж-

ностi до c = 0,18. В цьому випадку обмiн надмiрною реактивною

енергiєю здiйснюється мiж тяговими блоками АIН-АД крiзь загальнi

шини ланки постiйної напруги. Супутнє пiдвищення частоти та зни-

ження амплiтуди пульсацiй струму на виходi В дозволяє мiнiмiзу-

вати встановлену ємнiсть конденсаторiв фiльтру i iстотно знизити

масу та габарити перетворювальної установки в цiлому.

Розроблений уточнений метод розрахунку фазних струмiв в

системi АIН-АД при управлiннi головними тиристорами АIН по зако-

ну qт=const, де qт належить iнтервалу [2p/3; p]. Вiн є спрощенням

методу гармонiчних складових та базується на допущеннi про рiв-

нiсть струмiв вищих гармонiк, розрахованих для схем замiщення з

параметрами АД на вiдповiдних частотах i для схеми замiщення за-

гальмованого АД. Процедура розрахунку миттєвих значень фазного

струму АД способом двох складових зводиться до:

- видiлення першої гармонiки живлячої напруги;

- знаходженню та пiдсумовуванню синусоїдальної складової фазного

струму (як рiзницi реакцiй cхеми замiщення АД для першої гармо-

нiки та схеми замiщення для загальмованого АД на першу гармонi-

ку фазної напруги) i несинусоїдальної складової (реакцiя схеми

замiщення загальмованого АД на повну фазну напругу iнвертора).

Форма фазної напруги АIН при 2p/3 Ј qв Ј p та його складові:

(синусоїдальна i сума напруг вищих гармонiк), приведенi на рис.2.

Одержанi аналiтичнi рiшення миттєвих значень фазного струму на

всiх дев'яти iнтервалах постiйності кривої фазної напруги в функ-

цiї кутів провiдного стану тиристорiв (qт) та реактивних дiодiв

(qд), що при введеннi амплiтудної Gn i кутової Qn комутуючих фун-

кцiй, можна подати у виглядi одного виразу :

( 7 )

де Zc,j - параметри схеми замiщення АД для синусоiдальної

складової фазного струму;

U1m,y - амплiтуда i фазовий зсув синусоiдальної складо-

вої фазної напруги;

q - поточний кут.

По цьому виразу для фiксованих значень qт i qд (крива напруги за-

дана) можна з високою точнiстю (погрiшнiсть не бiльш 5%) розрахо-

вувати середнi по модулю, дiючi i пiковi значення фазних струмiв

на межах iнтервалiв, в тому числi, їх передкомутацiйного i перед-

аварiйного значення. Рiшення ж зворотнього завдання (визначення

форми фазної напруги) вимагає обчислення куту qд та призводить до

необхiдностi рiшення трансцендентних рiвнянь.

Проаналiзованi можливi варiанти схем АIН. Показана доцiль-

нiсть застосування в автономному ТЕП АIН з амплiтудним регулюван-

ням напруги, а для зниження їх масо-габаритних показникiв на су-

часному етапi рекомендовано виконувати iнвертори на базi одноопе-

рацiйних тиристорiв середньої швидкодiї з однополярною низько-

вольтною С-комутацiєю та двохоперацiйними тиристорами в контурах

комутацiї.

На пiдставi результатiв виконаного автором ранiше теорети-

чного аналiзу електромагнiтних процесiв в системi АIН-АД по мето-

ду однiєї реакцiї при законi управлiння iнвертором qт=5p/6 за-

пропонованi засоби формування сигналiв зворотнього зв'язку по струму та магнiтному потоку АД. Методична погрiшнiсть вимiру активного реактивного i повного значень фазного струму не перевищує 2,5%, а

погрiшнiсть вимiру магнiтного потоку не перевищує 5%. Результати теоретичних та

експериментальних дослiджень використанi при створеннi тепловозу ТЕ120 секцiйною потужнiстю 4000 к.с. Розробленi методики безреостатного настроювання електропередачi тепловозу з АIН i АД та експлуатацiйних iспитiв. Проведенi тягово - енергетичнi iспити теп-

ловозу ТЕ120 на залiзницях МШС, в процесi яких досягнутi всi розрахунковi параметри ТЕП. За час тяговоенергетичних iспитiв тепловоз виконав пробiг понад 5000 км.

Максимальна маса вантажних поїздiв склала 5100 т. Результати теоретичних та експериментальних дослiджень пiдтвердили перспективнiсть широкого впровадження в практику систем асинхронного ТЕП.

В четвертому роздiлi приведенi результати дослiджень систем ТЕП з АН i АД, число фаз яких не дорiвнює трьом.

Проведення таких дослiджень викликане необхiднiстю пiдвищення тягово-енергетичних показникiв асинхронного ТЕП. Показанаможливiсть рiшення цього завдання шляхом полiпшення форми годографа вектору магнiтного поля в повiтряному зазорi АД i при виконаннi умов електричної рiвноваги асинхронної машини, яка живиться

несинусоїдальною напругою вiд АIН. Останнє характеризує здiйсненiсть умов електромагнiтної сумiсностi АIН i АД у всьому полi робочих режимiв. Дослiдження базуються на аналiзi тимчасових гармонiк магнiтного поля в повiтряному зазорi багатофазних асинхронних

машин при живленнi їх несинусоїдальною напругою вiд перетворювача

частоти. Установлено, що для виконання умов електричної рiвноваги

асинхронної машини з симетричною m-фазною обмоткою на статорi (де

m > 2), яка живиться несинусоїдальною напругою вiд АIН, необхiдно,

щоб форми фазних напруг i вiдповiдних їм сумарних фазних ЕРС були

тотожнi. В найпростiйшому випадку це досягається варiацiєю числа

фаз системи з одночасним формуванням необхiдної форми живлячої

напруги. Умови електричної рiвноваги завжди виконуються для ста-

торних обмоток АД з непарним числом фаз при живленнi їх вiд мос-

тових АIН тiєї ж фазностi. Проте, якщо змiст першої гармонiки в

загальному дiючому значеннi напруги для трифазного АIН при повно-

му управлiннi дорiвнює 0,955, то при пiдвищеннi фазностi системи

гармонiйний склад вихiдної напруги АIН погiршується,наприклад при

m = 5 Кi = 0,922. В п'ятифазнiй системi АIН-АД можливо пiдвищен-

ня Ki до 0,985, а в несиметричнiй шестифазнiй системi - до 0,988,

що призводить до необхiдностi формування багатоступiнчатих кривих

фазної напруги та до невиправданого ускладнення схем АIН.

Автором розробленi способи синтезу оптимальної форми фазної

напруги АIН для асинхронної машини довiльної фазностi:

- по заданому годографу узагальнюючого вектору магнiтного поля АД;

- способом гармонiйного аналiзу.

Пiд оптимальною розумiється форма фазноЇ напруги АД, що не при-

зводить до надмiрного ускладнення схемотехнiки АIН, має високий

склад першої гармонiки в загальному дiючому значеннi, а також за-

безпечує повну електромагнiтну сумiснiсть системи АIН-АД довiль-

нiй фазностi в усiх робочих режимах.

Пiдвищений склад першої гармонiки у вихiднiй напрузi АIH

приводить до зниження додаткових втрат в АД та до пiдвищення ККД

всiєї системи ТЕП. По зазначеним методикам виконаний синтез опти-

мальних кривих фазної напруги для АД рiзноманiтної фазностi та

дослiдженi режими роботи двигунiв. Наприклад, на рис.3 приведенi

результати синтезу кривих фазної напруги для двофазної системи

АIН-АД по заданому годографу магнiтного поля АД для двох видiв

симетрiї вiсей фазних обмоток.Встановлено,що в двофазному АД умо-

ви електромагнiтної сумiсностi з АIН виконуються при будь-якiй

формi прикладеної напруги. Це пояснюється тим, що в двофазнiй ма-

шинi, осi фазних обмоток якої взаємо перпендикулярнi, всi тимча-

совi гармонiки напруг в сполучених фазах тотожно дорiвнюють нулю.

Можливо спрощення силової схеми двофазного ТЕП у порiвняннi з

трифазним варiантом шляхом вилучення з неї громiздких фiльтрiв

вищих гармонiк i контакторiв змiнного струму. При цьому скорочу-

ється витрата мiдi та дефiцитних електротехнiчних матерiалiв,пiд-

вищуються тягово-енергетичнi характеристики автономного електро-

приводу в номiнальному режимi i при швидкостях вище номiнальних.

Виконано теоретичний аналiз електромагнiтних процесiв у

двофазнiй системi АIН-АД при узагальненiй кривiй фазної напруги,

який приведено на рис.4а. На рис.4б приведенi залежностi U1/U при

різноманiтному поєднаннi параметрiв q i a узагальненої кривої

фазної напруги. Вирази, що описують фазнi струми АД для узагаль-

неної кривої фазної напруги (статичне навантаження), мають вигляд

. ( 8 )

де ;

На пiдставi цих виразiв одержано розрахунковi спiввiдношення, що

дозволять визначити всi параметри двофазної системи АIН-АД, якi

необхiднi при її проектуваннi.

Проаналiзованi рiзноманiтнi варiанти схем тягових АIН i

рекомендованi рацiональнi структури двофазних систем АIН-АД, що

спрощують силову схему ТЕП автономного локомотиву в цiлому.

В п'ятому роздiлi виконанi теоретичнi та експериментальнi

дослiдження тягового блоку СГ-В в аварiйних режимах.

Пiдвищенi вимоги до безпеки руху i надiйностi автономних

локомотивiв викликають необхiднiсть в проведеннi дослiджень нових

систем ТЕП в аварiйних режимах з метою створення бiльш ефективних

засобiв захисту силового тягового електрообладнання. Для структур

ТЕП сучасних тепловозiв з електропередачами змiнно-постiйного та

змiнного струму характерним є наявнiсть загального елементу - тя-

гового блоку СГ-В. Тяговий блок СГ-В складається iз СГ з двома

трифазними обмотками на статорi, зсунутими в просторi на кут 30

електричних градусiв, i двох мостових некерованих В,що включають-

ся паралельно або послiдовно.

В роботi проаналiзованi пристрої захисту тягових блокiв

СГ-В сучасних тепловозiв, в тому числi i тi, робота яких заснова-

на на контролi рiзницi потенцiалiв мiж нулями зiрок тягового СГ.

Установлено, що пристрої, що застосовуються, не володiють достат-

нiми чутливiстю та швидкодiєю, або не реагують на симетричнi ко-

роткi замикання (КЗ) в ланцюгах статорних обмоток СГ, або на КЗ в

ланцюзi навантаження.

Для утворення бiльш ефективних пристроїв захисту вимагало-

ся опрацювання надiйних засобiв iдентифiкацiї iмовiрних аварiйних

станiв. Для цього автором дослiджена робота блоку СГ-В в нормаль-

них та аварiйних режимах i одержанi новi науковi результати, що

дозволили удосконалити алгоритми побудови пристроїв захисту СГ i

В. У виглядi гарантованого джерела iнформацiї про виникнення ава-

рiї в тяговому блоцi СГ-В використаний факт про наступ в певний

момент часу рiвностi миттєвих значень всiх трьох фазних напруг

хоч би в однiй з зiрок тягового СГ. Показано, що це завжди вiдбу-

вається в тяговому блоцi СГ-В при g< p/3 (g - кут комутації

вентилiв) i тiльки тодi, коли виникає будь-яка iз iмовiрних ава-

рiй: симетричнi та несиметричнi КЗ на боцi змiнного чи постiйного

струму силової випрямної установки,пробою будь-якого числа венти-

лiв випрямляча. Аварiйний стан тягового блоку СГ-В можна iденти-

фiкувати за допомогою найпростiшого датчика, виконаного, наприк-

лад, на стабiлiтронах або стабiсторах. Датчики аварiйного стану

пiдключаються до виводiв нуля i фазних обмоток в кожнiй iз зiрок

тягового СГ.

Вихiдний сигнал на спрацювання захисту формується окремим

логiчним блоком, в якому виконуються також операцiї гальванiчно-

го розв'язування i запам'ятовування факту аварiйного стану. Для

винятку помилкових спрацьовивань захисту,можливих при роботi бло-

ку СГ-В в нормальному режимi з пiдвищеними значеннями куту кому-

тацiї (випрямнi мости працюють в третьому або в четвертому режи-

мах, коли одночасно включено по три або чотири вентиля), в логiч-

ний блок вводиться також iнформацiя про рiвень напруги на виходi

В. Це дозволяє блокувати вихiдний сигнал пристрою захисту за вiд-

сутністю аварiйного стану. Пiдвищенi значення куту комутацiї мож-

ливi при роботi локомотива в пускових режимах, що вiдповiдає ро-

ботi ТЕП в зонi обмеження струму.Виникнення аварiї в блоцi СГ-В в

цих випадках не викликає небезпеки i не супроводжується надстру-

мами короткого замикання.

По результатах виконаних теоретичних дослiджень розроблена

документацiя i виготовленi спробнi зразки пристроїв захисту ло-

гiчного типу.Експериментально (на стендi та на реальному теплово-

зi) пiдтверджено правильнiсть теоретичного аналiзу аварiйних ре-

жимiв в тяговому блоцi СГ-В та надiйне функцiонування спробних

зразкiв пристрою захисту при iмiтацiї iмовiрних аварiйних станiв.

Час спрацювання захисту не перевищує тривалостi перiоду живлючої

напруги.

В шостому роздiлi проведенi аналiз та дослiдження можливих

аварiйних станiв в тяговому блоцi АIН-АД i сформульованi принципи

побудови ефективних систем захисту. Тяговий АIН є найбiльш кри-

тичним елементом ТЕП до перевищення граничних параметрiв i вияв-

ляє чималий вплив на протиаварiйнi властивостi ТЕП та автономного

локомотиву в цiлому.

Аналiз можливих аварiйних станiв в блоцi АIН-АД дозволив

виявити основнi види вiдмов, сформулювати завдання дослiдження

найбiльш характерних етапiв розвитку аварiйного процесу та синте-

зу ефективних пристроїв захисту. Показано, що в переважнiй бiль-

шостi випадкiв первиннi вiдмови є умовно-оборотнi, причому най-

бiльш частими з них є некомутацiя плеча головних тиристорiв iн-

вертора.Така вiдмова майже завжди викликається порушеннями режи-

му комутацiї та характеризує перший етап розвитку аварiйного про-

цесу. На першому етапi виникає несиметрiя фазних напруг АIН i по-

чинається iнтенсивне зростання фазних струмiв двигуну. На другому

етапi виникає найбiльш небезпечний аварiйний режим - двофазне пе-

рекидання iнвертора.Другий етап аварiйного процесу супроводжуєть-

ся ударними струмами КЗ з боку конденсаторiв фiльтру та тягових

електричних машин,а також чималими механiчними впливами на дизель

та елементи тягової передачi.

У виглядi базового аналiтичного способу аналiзу передава-

рiйних процесiв в системi АIН-АД на першому етапi аварiйного ста-

ну (некомутацiя тиристорiв АIН) обраний спосiб двох складових,

докладно описаний в роздiлi 3.Розповсюдження цього способу на ви-

падок аналiзу аварiйних процесiв при некомутацiї базується на до-

пущеннi про збереження величини i знаку фазної напруги на наступ-

ному iнтервалi пiсля комутацiї, яка ще не