Определение оптимальных параметров широтно-импульсной модуляции 4qs-преобразователя для электроподвижного состава

Operating modes of the single-phase 4qs transducer with pulse-width modulation as part of the AC electric rolling stock are investigated. The method is developed for determining the PWM parameters, at which the optimum transducer mode in terms of minimizing the reactive power in the “locomotive-traction network” system is implemented.The features of the developed method are the division of the process of determining the optimum PWM parameters into 2 steps. This allows removing unnecessary blocks from the simulation model and reducing the total simulation time. At the first step, the values of the power factor and current of the DC link in the whole range of coefficients of modulation and shift between the network current and the reference sine-wave signal are determined. Further, from the received data array, pairs of values of the PWM parameters, which ensure the highest power factor of the “electric locomotive-traction network” system are allocated and entered into the table system for setting the PWM parameters. At the second step, the dependences of power loss, and, consequently, both the efficiency and total harmonic distortion of the network current on the transducer clock frequency are determined. The determination of power loss is based on the calculation of the energy dissipated for 1 s on the IGBT transistor and snubber resistor depending on instant values of current through them
Досліджено режими роботи однофазного 4qs-перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією в складі електрорухомого складу змінного струму. Розроблено методу визначення параметрів ШІМ, при яких реалізується оптимальний за критерієм мінімізації величини реактивної потужності в системі «локомотив – тягова мережа» режим роботи перетворювача.Особливостями запропонованої методи є розділення процесу визначення оптимальних параметрів ШІМ на 2 етапи, що дозволяє видалити з імітаційної моделі непотрібні на даному етапі блоки та зменшити сумарний час моделювання. На першому етапі визначаються значення коефіцієнту потужності та струму ланки постійного струму в усьому діапазоні коефіцієнтів модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Далі, з отриманого масиву даних виділяються пари значень параметрів ШІМ, за яких реалізується найвищій коефіцієнт потужності системи «електровоз – тягова мережа», та заносяться до табличною системи завдання параметрів ШІМ. На другому етапі визначається залежності електричних втрат, а, отже, й ККД, та коефіцієнту нелінійних спотворювань мережевого струму від тактової частоти перетворювачі. Визначення електричних втрат ґрунтується на обчисленні енергії, що була розсіяна протягом 1 с на IGBT-транзисторі та снаберному резисторі в залежності від миттєвих значень струму через них.Для знаходження параметрів ШІМ за наведеною методою розроблено імітаційну модель 4qs-перетворювача, проведено ідентифікацію параметрів ШІМ перетворювача електровозу для тестової задачі. Визначено, що енергетичні показники перетворювача залежать нелінійно від трьох керуючих величин, що є параметрами ШІМ: коефіцієнту модуляції, зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом, та тактовою частоти ШІМ.Визначено, що перетворювач з ідентифікованими параметрами ШІМ забезпечує одиничний коефіцієнт потужності тягової мережі при навантаженні більше 10 % від номінального в режимах тяги та рекуперативного гальмування.Отримано залежність електричних втрат перетворювача та коефіцієнту нелінійних спотворень в тяговій мережі від тактової частоти ШІМ. Визначено, що раціональне значення тактової частоти лежить в інтервалі 900…2000 Гц, при цьому ККД перетворювача досягає 98…95 %, коефіцієнт нелінійних спотворень складає 12…5 %. Визначено, що виключення з силового кола снаберної ланки може суттєво зменшити сумарні електричні втрати. Встановлено, що втрати на паразитних опорах фільтрів незначні, тому їх можна не враховувати в загальному балансі втрат
Исследованы режимы работы однофазного 4qs-преобразователя с широтно-импульсной модуляцией в составе электроподвижного состава переменного тока. Разработана методика определения параметров ШИМ, при которых реализуется оптимальный по критерию минимизации величины реактивной мощности в системе «локомотив - тяговая сеть» режим работы преобразователя.Особенностями разработанной методики является разделение процесса определения оптимальных параметров ШИМ на 2 этапа, это позволяет удалить из имитационной модели ненужные на данном этапе блоки и уменьшить суммарное время моделирования. На первом этапе определяются значения коэффициента мощности и тока звена постоянного тока во всем диапазоне коэффициентов модуляции и сдвига между сетевым током и опорным синусоидальным сигналом. Далее, из полученного массива данных выделяются пары значений параметров ШИМ, при которых реализуется наибольший коэффициент мощности системы «электровоз - тяговая сеть», и заносятся в табличную системы задания параметров ШИМ. На втором этапе определяется зависимости электрических потерь, а, следовательно, и КПД, и коэффициента нелинейных искажений сетевого тока от тактовой частоты преобразователи. Определение электрических потерь основывается на вычислении энергии, которая была рассеяна в течение 1 с на IGBT-транзисторе и снабберном резисторе в зависимости от мгновенных значений тока через них