Pełny numer elektro.info 9/2015 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Wykorzystanie niskonapięciowych przemienników częstotliwości (ich podzespołów) do modułowych podstacji trakcyjnych 3kV dc współpracujących ze źródłami energii OZE i zasobnikami energii

Modular 12-pulse diode rectifier for 3 kV DC traction substation with low voltage 6-pulse rectifiers
W artykule zaproponowano modułowy 12-pulsowy prostownik trakcyjny 3 kV dc zbudowany z niskonapięciowych modułów prostowników 6-pulsowych ze wstępnym ładowaniem baterii kondensatów jako alternatywa dla tradycyjnego rozwiązania.
W artykule zaproponowano modułowy 12-pulsowy prostownik trakcyjny 3 kV dc zbudowany z niskonapięciowych modułów prostowników 6-pulsowych ze wstępnym ładowaniem baterii kondensatów jako alternatywa dla tradycyjnego rozwiązania.
Rys. redakcja EI

Dla sprawdzenia prawidłowości przedstawionych w artykule wniosków opracowano elektryczny model obwodowy modułowego prostownika podstacji 3 kV dc i przeprowadzono badania symulacyjne [8]. Przeprowadzone badania symulacyjne przedstawione w [8] potwierdzają stałą wartość napięcia trakcyjnego niezależnie od zmian obciążenia podstacji.

W artykule:

• Opis właściwości i zasady działania zespołu tradycyjnego 12-pulsowego trakcyjnego prostownika diodowego

• Niskonapięciowy moduł prostownika 6-pulsowego dla podstacji trakcyjnej

• Idea trakcyjnego prostownika 12-pulsowego z niskonapięciowymi modułami prostowników 6-pulsowych

streszczenie

W artykule zaproponowano modułowy 12-pulsowy prostownik trakcyjny 3 kV dc zbudowany z niskonapięciowych modułów prostowników 6-pulsowych ze wstępnym ładowaniem baterii kondensatów jako alternatywa dla tradycyjnego rozwiązania. Duża wypadkowa pojemność kondensatorów elektrolitycznych proponowanego rozwiązania prostownika trakcyjnego zapewnia dużą stabilność napięcia sieci trakcyjnej 3 kV. Nowe rozwiązanie zespołu prostowniczego jest szczególnie przeznaczone do zasilania przekształtnikowych pojazdów trakcyjnych. Podstacja trakcyjna według proponowanego rozwiązania zapewnia współpracę z niskonapięciowymi zasobnikami energii (np. litowo-jonowe) i źródłami typu OZE (odnawialne źródła energii), w szczególności fotowoltaicznymi.



abstract

Proposition of 12-pulse 3kV DC traction rectifier with low voltage modules of 6-pulse rectifiers which have a pre-charged electrolytic capacitors is here presented as alternative to traditional solution. A big resultant capacitance of capacitors in proposed solution provide to good stability of traction voltage. A new traction rectifier solution is particularly dedicated for traction vehicles with adjustable frequency drives. Proposed solution of traction substation can be easily used to cooperation with low voltage energy storages (like a Li-Ion battery) and renewable energy sources, particular photovoltaics type.

Tradycyjnie zbudowany 12-pulsowy prostownik ma właściwości, które niekorzystnie oddziałują na napięcie kolejowej sieci trakcyjnej napięcia stałego. Relatywnie duża wartość indukcyjności L dławika zwarciowego (np. L = 4 mH) w stosunku do pojemności filtrów dolnoprzepustowych wykorzystujących kondensatory o pojemności łącznej mniejszej niż 1 mF powoduje, że prostownik ma charakter źródła napięciowego o dużej indukcyjnej impedancji wewnętrznej. Uproszczony schemat prostownika trakcyjnego przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Zespół tradycyjnego 12-pulsowego trakcyjnego prostownika diodowego z transformatorem trójuzwojeniowym Yyd w kolejowej podstacji trakcyjnej (bez filtrów rezonansowych LC) [1, 2]; rys. J. Szymański
Rys. 1. Zespół tradycyjnego 12-pulsowego trakcyjnego prostownika diodowego z transformatorem trójuzwojeniowym Yyd w kolejowej podstacji trakcyjnej (bez filtrów rezonansowych LC) [1, 2]; rys. J. Szymański

Przy zmianach obciążenia prostownika trakcyjnego występują znaczące wahania napięcia sieci trakcyjnej (UL = L di/dt). Wartości maksymalne i minimalne napięć granicznych w odniesieniu do czasu trwania dla systemu trakcji 3 kV dc według PN‑EN50163 przedstawiono w tab. 1.

Zamieszczone w tab. 1. wartości maksymalne napięcia trakcyjnego są mierzone na szynach zbiorczych podstacji trakcyjnej bez obciążenia, a wartości minimalne na pantografie pojazdu przy pełnym obciążeniu w warunkach normalnych.

Zadania powietrznego dławika zwarciowego trakcyjnego zespołu prostowniczego z rys. 1. to:

  • ograniczenie stromości narastania prądu zwarciowego, a przez to ograniczenie szybkości narastania i wartości maksymalnej prądu wstępnego ładowania kondensatorów filtrów wygładzających napięcie sieci trakcyjnej, po dołączeniu prostownika do sieci zasilania,
  • ograniczenie zawartości harmonicznych prądu w uzwojeniach d i y transformatora Yyd, przez co następuje zmniejszenie jego strat cieplnych, przebiegi prądów w uzwojeniach dolnych y i d transformatora moją kształt zbliżony do prostokątnego (THDi wynosi ok. 15%–20%).
Tab. Dopuszczalne wartości napięcia trakcyjnego dla trakcji 3 kV dc wg PN-EN 50163
Tab. Dopuszczalne wartości napięcia trakcyjnego dla trakcji 3 kV dc wg PN-EN 50163

Dwunastopulsowy prostownik szeregowy jest zasilany z transformatora trójuzwojeniowego Yyd.

Dla uzyskania 12 pulsów napięcia wyprostowanego wykorzystywane jest 30° przesunięcie napięć fazowych w uzwojeniach dolnych transformatora y i d.

W prostownikach 12-pulsowych uzyskujemy harmoniczne w prądzie uzwojenia pierwotnego (górnego) Y transformatora Yyd rzędów 12n±1 przy założeniu symetrii zasilania transformatora. Duża wartość indukcyjności dławika powietrznego zwarciowego (tu: L=4mH [2]) powoduje, że podstacja trakcyjna ma charakter źródła prądowego, dlatego do rozładowania energii zgormadzonej w indukcyjności dławika (WL = 1/2 L · IL2) dołączony jest tu przeciwrównolegle tyrystor rozładowczy.

Zawartość wyższych harmonicznych w wyprostowanym napięciu trakcyjnym ma być ograniczona do amplitudy 16,5 V dla podstacji trakcyjnej o napięciu nominalnym 3,3 kV [3] i do tego celu wykorzystuje się dolnoprzepustowe filtry gamma LC oraz szeregowe filtry rezonansowe LC dla częstotliwości 600 Hz i 1200 Hz.

Rozwój przekształtników napędowych powoduje ich szybkie rozpowszechnianie się w napędach urządzeń kolejowych. Trakcyjne napędy przekształtnikowe wymagają do właściwej pracy napięć trakcyjnych nie niższych niż 2,8–3 kV, w przeciwnym przypadku moc tych pojazdów jest ograniczona, a w skrajnych przypadkach ulegną zatrzymaniu [4].

Dla zapewnienia większej stabilizacji napięcia sieci trakcyjnej w szczególności dla potrzeb zasilania taboru trakcyjnego z napędowymi przekształtnikami energoelektronicznymi w artykule zaproponowany jest nowy rodzaj 12-pulsowego prostownika trakcyjnego wykorzystującego niskonapięciowe 6-plusowe moduły prostownicze z obwodami wstępnego ładowania baterii kontestatorów.

Każdy moduł prostownika 6-plusowego ma identyczną budowę, co znacząco ułatwia proces projektowania i eksploatacji modułowego układu prostowniczego podstacji trakcyjnej. 6-pulsowe moduły prostownicze mogą też dodatkowo wykorzystywać energię z niskonapięciowych paneli fotowoltaicznych i współpracować z zasobnikami energii.

Literatura

1. CNTK Standardy Techniczne: Szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych do prędkości Vmax ≤ 200 km/h (dla taboru konwencjonalnego) / 250 km/h (dla taboru z wychylnym pudłem) TOM IV URZĄDZENIA TRAKCJI ELEKTRYCZNEJ / ELEKTROENERGETYKI TRAKCYJNEJ Wersja 1.1, Warszawa, 2009
2. PROIN Projekt wykonawczy Elektroenergetyka. Tom 1. Podstacja trakcyjna Skokowa. Zlecenie Nr EZ12-Ez6-16/11/2012 – Wałbrzych, listopad - 2013
3. Szeląg A., Maciołek T.: Analiza efektywności filtrów wygładzających w podstacjach trakcji kolejowej 3kV DC przy zaburzeniach napięcia zasilającego. Technika transportu Szynowego, Nr 5, 2013
4. Rojek A.: Jakość energii elektrycznej w kolejowym systemie elektroenergetycznym. Problemy Kolejnictwa – Instytut Kolejnictwa, Tom 137/138, 2003
5. Szymański J. Harmoniczne prądu i napięcia w sieci zasilającej wprowadzane przez prostowniki wejściowe napędowych przemienników częstotliwości. ElektroInfo, Nr 9, 2007
6. ELHAND Transformatory Sp. z o.o. Filtry harmonicznych dla przekształtnikowych układów napędowych. ElektroInfo, Nr 4, 2016
7. Danfoss - Zalecenia projektowe VLT5000 - MG.52.B2.02, 2010
8. Szymański J. Model i badania symulacyjne modułowego 12-pulsowego prostownika podstacji trakcyjnej z 6-pulsowymi prostownikami diodowymi stosowanymi w przemysłowych przemiennikach częstotliwości. Technika Transportu Szynowego, nr 12, 2016
9. M.R. Islam et al., Power Converters for Medium Voltage Networks. Green Energy and Technology. DOI 10.1007/978-3-662-44529-7_2, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014

Czytaj też: Harmoniczne prądów w sieci zasilania z 12-pulsowymi prostownikami diodowymi >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
W celu uzyskania dostępu do pełnego tekstu
niniejszego artykułu wyślij SMS o treści:
AP.EL4ZL na nr 74068
Opłata za wysłanie SMS-a: 4 zł + VAT (4,92 zł brutto)
Serwis SMS obsługiwany przez Dotpay
Usługa dostępna jest w sieciach: T-mobile, Orange, Plus GSM, Play, Heyah, Sami Swoi. Usługę Premium SMS obsługuje Dotpay.
Właścicielem portalu jest Grupa MEDIUM Sp. z o.o. S.K.A., z siedzibą w Warszawie, przy ul. Karczewskiej 18.
Zwrotnym sms-em otrzymasz Kod Dostępu, który wpisz w poniższe okienko. Kod będzie aktywny przez 24 godziny od pierwszego zalogowania.
Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak zagwarantować utrzymanie ciągłości zasilania »
Jak zagwarantować utrzymanie ciągłości zasilania

Dzięki produktom i rozwiązaniom firmy EVER możliwe jest zabezpieczanie kluczowych odbiorników w różnych lokalizacjach. (...) czytaj dalej »


Zobacz inspirujące łączniki do nowoczesnych pomieszczeń »

Czym chronić dużą liczbę obwodów sygnałowych »

Jakie włączniki do nowoczesnych wnętrz Ochrona przed przepięciami dla wielkiej liczby sygnałów?
Zaproponuj projektantom wysmakowaną awangardę i nowoczesność charakteryzujące współczesne wnętrza... czytaj dalej » Dzięki nowym połączeniom Push-in oraz zastosowaniu szczególnych elementów składowych (...) czytaj dalej »

Sposoby oznaczania kabli i przewodów »

Sposoby oznaczania kabli i przewodów Zobacz w jaki sposób trwale opisywać kable i przewody w instalacjach  czytaj dalej »


Oto dlaczego warto korzystać z usług materiałowych dla instalatorów »
Usługi materiałowe dla instalatorów

Poznaj korzyści zintegrowanych usług materiałowych dla instalatorów, detalistów, przemysłu, instytucji publicznych w zakresie branży elektrotechnicznej, instalacyjno-sanitarnej, grzewczej, wentylacyjnej i klimatyzacyjnej(...) czytaj dalej »


Projekt systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych - zobacz » Poznaj niezbędne elementy układów zasilania wrażliwych odbiorów »
Projekt systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych nowa generacja urządzeń ups kompensacyjne
Pokazał się siwy dym i w powietrzu zawisł złowieszczy zapach spalenizny… No cóż – prototyp. Nerwowe przeglądanie schematów (…) czytaj dalej »
Środowisko techniczne, w jakim te urządzenia funkcjonują, opisują normy na urządzenia odbierające energię z sieci energetycznej oraz normy (...) czytaj dalej»

Jak projektować schematy elektryczne i jakiego używać oprogramowania wspomagającego »

Jak projektować schematy elektryczne i w jakim programie Niniejszy artykuł zawiera informacje o projektowaniu schematów elektrycznych i używaniu oprogramowania wspomagającego projektowanie w branży elektrycznej i automatyce(...) czytaj dalej »


   
Nowoczesne systemy napędowe
i pozycjonowania wymagają zastosowania rozwiązania zapewniającego
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:
10/2017

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych
  • - Straty mocy i energii w transformatorach rozdzielczych SN/nn
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl