Розробка системи електричної тяги змінного струму

Abstract

Мета роботи: Підвищення енергоефективності, пропускної здатності та електромагнітної сумісності тягових мереж шляхом розробки та оптимізації структур систем електричної тяги змінного струму із застосуванням сучасних пристроїв компенсації реактивної потужності та інтелектуального керування, а також інженерне проектування, алгоритмічна оптимізація та апаратна реалізація високоефективної системи електричної тяги на базі асинхронного приводу, адаптованої до просторових обмежень, теплових режимів та вимог вибухозахисту рудникових локомотивів. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання: Провести комплексний аналіз конфігурацій тягових мереж змінного струму промислової частоти та їхнього впливу на живлячу трифазну енергосистему (проблеми несиметрії напруг, генерації вищих гармонік та зниження коефіцієнта потужності). Спроектувати силову топологію тягового перетворювача (автономного інвертора напруги на базі IGBT- або SiC-модулів), враховуючи специфіку живлення від акумуляторної батареї або контактної мережі постійного струму з високим рівнем завад. Обґрунтувати вибір оптимальної системи живлення (класична або автотрансформаторна) для ділянок із різною густотою та масою поїздів. Розробити масогабаритні та теплові моделі для інтеграції тягових асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором у наявні габарити екіпажної частини електровоза. Розробити математичні моделі перехідних та усталених процесів у тяговій мережі з урахуванням змінного характеру навантаження та розподілених параметрів контактної підвіски. Створити комплексну систему відведення тепла (наприклад, рідинне охолодження або теплові труби) для силової електроніки, що розміщується у герметичних вибухонепроникних оболонках. Запропонувати інтеграцію пристроїв FACTS (Flexible AC Transmission Systems), зокрема STATCOM, для динамічної компенсації реактивної потужності та симетрування струмів у точках приєднання до зовнішньої мережі. Синтезувати мікропроцесорні алгоритми бездаатчикового векторного керування (Sensorless FOC) для забезпечення номінального тягового моменту на нульових швидкостях (під час рушання поїзда з місця). Дослідити взаємодію сучасного рухомого складу з чотириквадрантними перетворювачами (4qS) та тягової мережі, мінімізувавши ризики виникнення низькочастотних резонансів. Розробити апаратно-програмний комплекс захисту системи тяги від струмів короткого замикання, перенапруг, перегріву та втрати ізоляції.