Автореферат

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т     Н А

Д И С Е Р Т А Ц И О Н Е Н      Т Р У Д

за придобиване на образователна и научна степен

„Доктор”

на тема:

Изследване приложението на съвременни технически решения в енергозахранващата система на градски наземен електрически транспорт

маг. инж. Явор Здравков Исаев 

       

  Научен ръководител:

проф. д-р инж. Георги Митков Павлов

Факултет „КЕТ”, катедра „ЕЕТ” при ВТУ „Тодор Каблешков” София, 2017 г.

Дисертационният труд е обсъден и насрочен за защита от разширен катедрен съвет на катедра „Електроснабдяване и електрообзавеждане на транспорта” при факултет „Комуникации и електрообзавеждане в транспорта” на ВТУ „Тодор Каблешков” – София, състоял се на 15.05.2014 г.

Дисертантът работи в „ВТУ Тодор Каблешков“ – гр. София като „асистент“ към катедра ЕЕТ и като „Главен енергетик“.

Дисертационният труд съдържа 130 страници, 90 фигури, 13 таблица и

131 броя литературни източници. Към дисертационния  труд, са  подвързани отделно приложения, съдържащи схеми, изгледи на устройствата, референций, спецификации на основната елементна база, и експерименталната екипировка.

Тема на дисертационния труд:

Изследване приложението на съвременни технически решения в енергозахранващата система на градски наземен електрически транспорт

Автор: маг. инж. Явор Здравков Исаев

Област на знанието:

5. „Технически науки”

Научна специалност:

5.2 „Електротехника, електроника и автоматика“ („Електроснабдяване и електрообзавеждане в транспорта“)

научен ръководител:

проф. д-р инж. Георги Митков Павлов

Технически редактор: маг. инж. Явор Здравков Исаев Тираж: 15 броя

Излиза от печат:

Печатна база на ВТУ „Тодор Каблешков” – София

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Актуалност на проблема

София притежава най-голямата и най-сложна градска транспортна система в Република България. Транспортната система на София включва трамваен, тролейбусен, автобусен транспорт и метрополитен. Основен транспортен оператор на Столицата е „Столичен електротранспорт” ЕАД (СЕТ). Към момента във фирма „Столичен електротранспорт” ЕАД се експлоатират електрически транспортни средства (ЕТС) (тролейбуси и трамвайни мотриси) от различни поколения с променливотоково и постояннотоково електрозадвижване, а електрозахранването се осъществява от 24 бр. Токоизправителни станции (ТИС).

Тематиката на дисертационния труд е ориентирана към решаването на конкретни проблемни задачи в Тяговата енергозахранваща система (ТЕС) на Столичния наземен електротранспорт, в т.ч. и в неавтономните и автономните ЕТС, експлоатирани в момента. Предложените нови технически решения дават възможност за оптимизиране на режимите на работа на конкретните устройства и повишаване на тяхната надеждност, сигурност и ефективност.

Изследванията в тази област са доказали, че най-съществено влияние върху параметрите, характеризиращи енергийната ефективност на ТЕС, като цяло оказват нивото на напрежението в тяговата мрежа, както и тяговите електрозадвижвания (ТЕЗ) на ЕТС. Ето защо всички изследвания в тази посока са актуални, важни и създават възможности за подобряване на режима на работа на ТЕС.

Всички производители на съвременни ЕТС ги изработват с възможност за рекуперативно спиране, кето по същество представлява генериране на електрическа енергия и връщането й в контактната мрежа. С това се постигат значителни икономии на електрическа енергия. Доказано е че рекуперираната електрическа енергия може да достигне 40% от общата консумирана енергия от ЕТС. Рекуперативното спиране от се осъществява до значително по-високо напрежение (800 V) от поддържаното в тяговата мрежа при работен режим без рекуперация (около 660 V). По-високото напрежение при рекуперация увеличава енергийната ефективност на ЕТС, вследствие на по-голямото количество електрическа енергия върната в мрежата.   Това повишаване на напрежението води до създаване на проблеми за по-старото поколение ЕТС и за някои електрически съоръжения присъединени към КМ.

Във връзка с казаното до тук в дисертационния труд (ДТ) са изследвани режимите на рекуперация на ЕТС, експлоатирани в столичния електротранспорт и изменението на напрежението в ТЕС. На базата на експериментално и симулационно моделиране е направен анализ на преходните процеси  при повишаване на напрежението при рекуперация и влиянието му върху режимите на работа на ЕТС и конкретни устройства свързани към ТЕС. Проектирани, изградени и внедрени в експлоатация са електронни микропроцесорни устройства за повишаване на надеждността, устойчивостта и ефективността на работа на конкретни проблемни елементи от ТЕС и ЕТС на Столичния наземен електротранспорт.

Цел и задачи на дисертацията

Целта на Дисертационния Труд е:

1.     Да се извърши разширено експериментално и аналитично изследване на рекуперативните режими в ТЕС на Столичния електротранспорт.

2.     На база получените аналитични и експериментални резултати да се предложат технически решения за подобряване на функционалността на конкретни проблемни устройства, свързани към ТЕС.

3.     Получените резултати от изследването да бъдат представени в подходящ вид, така че да се използват за проектиране и разработване на микропроцесорни устройства, целящи адаптиране на режима на работа на конкретните електрически обекти към текущите експлоатационни условия в ТЕС.

Задачите необходими за изпълнение на

 Дисертационния Труд са:

1.     Да се направи анализ за възможните причини за възникване на  пренапрежения в тягова контакта мрежа (ТКМ) на СЕТ;

2.     Да се направят теоретични и експериментални изследвания и анализ на изменение на напрежението в различни точки на ТКМ на СЕТ при наличие на рекуперативни режими на ЕТС;

3.     Да се проектира и разработи микропроцесорно управление за статичен тиристорен преобразувател, намиращ приложение в трамвайни мотриси T6A2. Основната цел е да се адаптира режимът му на работа към изменението на конкретните параметри на ТКМ. Да се проведат експериментални изследвания за определяне на неговата функционалност и надеждност;

4.     Да се проектира и разработи транзисторен стабилизатор на напрежение с микропроцесорно управление, съобразно техническите изискванията на ЗС за захранване на АЕБ. Да се проведат експериментални изследвания за определяне на неговата функционалност и енергийна ефективност;

5.     Да се проектира и разработи микропроцесорен стенд за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори, който да даде възможност за оптимизиране на работните режими и управлението на трифазните инвертори. Да се проведат експериментални изследвания за функционалност и пригодност.

Обект на изследванията

 в дисертацията

Обект на изследване в дисертационния труд е „Столичен електротранспорт” ЕАД. Обърнато е сериозно внимание на причините, които предизвикват отклонения над максималната стойност на захранващото напрежение  720 V, за ТКМ на СЕТ. Недопустимите нараствания на напрежението в ТКМ имат различна амплитуда,  продължителност и характер на изменение в зависимост от причините, които са ги породили. Подходът за стабилизация на напрежението при всички недопустими нараствания на напрежението и реализацията на защитата трябва да бъде конкретен и адаптиран към характера на изменение на процеса.  

Използвани методи, 

апаратура и програми

1.     Математическо и програмно моделиране на електромагнитните процеси в  ТЕС на СЕТ  на основата на използване на специализирани програмни продукти;

2.     спектрален анализ на токовете и напреженията на отделните елементи в съставената схема с цел изследване и определяне на характера на изменение на параметрите на ТЕС;

3.    Експериментални реални измервания на различни режими на работа на ТЕС (номинални и аварийни) в избрани за целта участъци от ТКМ посредством специализирана измервателна микропроцесорна техника.

Практическа приложимост

1.         Транзисторният регулатор за напрежение за зарядна станция (ЗС) на АЕБ е изработен и внедрен в експлоатация повече от една година, като е доказал своята функционалност и ефективност. Приложена е референция за качествата на  устройството от Столичен електротранспорт ЕАД.

2.         Статичен преобразувател (СП) е изработен и внедрен в експлоатация от две години в трамвайните мотриси. Приложена е една референция за качествата и функционалността на устройството от Столичен електротранспорт ЕАД.

3.         Изработен е стенд за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори, с чиято помощ могат да бъдат провеждани научно-изследователски и експериментални дейности, и подпомагане на учебната дейност

Резултати от изследванията

1.         Направено е теоретично разглеждане на специфичните схемни особености, параметри и характеристики на основните елементи структуриращи ТЕС (ТИС и ТКМ), както и ЕТС експлоатирани в СЕТ. Анализирани са отделните видове ЕТС, според вида на ТЕЗ, както и възможностите им за реализация на спирачни рекуперативни режими;

2.         На базата на теоретично и експериментално изследване са определени и анализирани основните причини за възникване на пренапрежения в ТКМ на СЕТ. Разглеждането е направено в няколко основни аспекта, влияещи върху характера на нарастване на напрежението. Получени са конкретни теоретични резултати, показани в графичен вид, касаещи влиянието на параметрите на входния филтър на ИР и режимът на работа на ЕТС за възникване на пренапрежения и проблемни нараствания на напрежението в ТКМ;

3.         Създаден е математичен модел за изчисляване на основните параметри структуриращи силовата схема и схемата за управление на стабилизатор на напрежение за ЗС. Като начални входни условия са заложени основните резултати получени от експерименталното изследване на преходните процеси при изменение на напрежението в ТКМ при рекуперация на ЕТС;

4.         Въз основа на теоретично и експериментално изследване е анализирано влиянието на рекуперативните режими на ЕТС върху изменението на напрежението в ТКМ. Анализът е направен и на базата на проведени експериментални измервания в конкретни ЕТС на СЕТ. По създадена методика е извършено експериментално изследване на възможностите за рекуперация на експлоатираните ЕТС в СЕТ. Оценена е ефективността на рекуперативните режими в СЕТ. Част от получените резултати са анализирани и показани в табличен и графичен вид;

5.         На базата на експериментално изследване са оценени основните параметри на преходните процеси в ТКМ на СЕТ при  рекуперативни режими. Изследвани са измененията на напрежението в подходящо избрани за целта участъци от ТКМ и са оценени основните параметри. Анализът на резултатите от това изследване са използвани при проектирането на основните елементи (хардуер и софтуер) на стабилизиращи устройства и микропроцесорна система за управление (МСУ) на проблемни консуматори, свързани към ТКМ;

6.         Създаден е математически модел на силовата схема на стабилизатор за ЗС, МСУ, както и модел на ТИС, захранваща конкретната секция на ТКМ. Посредством използването на средата на MATLAB Simulink са изследвани основните режими на работа на ЗС и стабилизатора.  Изследвани и анализирани са също така аварийните режими на работа и преходните процеси в ТЕС при различни начални условия. От анализа на получените резултати е извършено окончателното проектиране на устройството и избора на елементите, структуриращи силовата схема и МСУ;

7.                  Направено е аналитично и експериментално изследване и анализ на основните режими на работа на СП и определяне на основните параметри и характеристики. Извършен е анализ на получените резултати и на тази база е направено окончателното проектиране на устройството и избора на елементитеструктуриращи силовата му схема и МСУ.

СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

ГЛАВА 1. Литературен обзор по темата на дисертационната работа

1.1.     Специфични особености на ТЕС на столичния електротранспорт. Основни режими на работа, технически параметри и характеристики

Структурата на ТЕС включва ТИС, тролейбусна и трамвайна ТКМ, захранващи и обратни фидери, релси, както и допълнителни съоръжения свързани към ТКМ.

1.1.1.     Общи сведения за експлоатираните в Столичен електротранспорт ТИС

В СЕТ се експлоатират няколко вида ТИС в зависимост от годината на въвеждане в експлоатация и типа на електрообзавеждането. В повечето случаи  електрообзавеждането е от смесен тип по отношение на производител. Всички ТИС са близки по структура и включват:

·         КРУ 10 kV (20 kV):

- въводи 10 kV (20 kV) - до 4 бр;

- изводи за силови трансформатори и токоизправители - до 3 бр;

- извод за трансформатор собствени нужди - до 1 бр.

·         Силови трансформатори - до 3 бр.

·         Силициеви токоизправители - до 3 бр.

·         КРУ +660V:

- шинна система +660V - до 2 бр.

- секторни автомати (бързопрекъсвачи) - до 25 бр.

·         КРУ – 660 V:

- шинна система – 660 V - до 1 бр.

- ножови разединители  - до 25 бр.

·         Блок собствени нужди:

- трансформатор за собствени нужди 10(20) / 0.4 kV - до 1 бр.

- резервно захранване 380/220V;50Hz  - до 1 бр.

- захранващи агрегати 110V - до 2 бр

- захранващи агрегати   60V - до 2 бр.

1.1.2.                       Диодни ТИС

Захранващото напрежение 10 kV (20 kV) постъпва във въводни килии, оборудвани със защитни прекъсвачи, през които се захранват шини 10 kV (20kV). От тях напрежението се подава на силовите подстанционни трансформатори, които го понижават до необходимата за нормална работа на токоизправителите (ТИ) стойност. Това напрежение се преобразува от ТИ, които основно са неуправляеми диодни, в постоянно напрежение с номинална стойност 660V.

1.1.3.                       Тиристорни ТИС

Последните години се изградиха няколко управляеми тиристорни ТИС. Посредством възможността за управление на тиристорните токоизправители може да се регулира и стабилизира захранващото напрежение подавано към съответните секции на ТКМ.

1.1.4.                       ТИС с херметизирано елегазово комплектно-разпределително устройство (ХЕКРУ)

Тези уредби намират широко приложение в изграждането на разпределителни устройства за средни и високи напрежения. Същественото за тях е това, че монтажът на основното обзавеждане на разпределителните устройства се осъществява в изолирана газова среда, като за целта се използва газ SF6 (елегаз). С това се постига висока степен на изолация, независимост на комутационните устройства от околната среда, рязко увеличаване на сигурността, намаляване на обслужваемостта на устройствата и увеличаване на експлоатационния ресурс.

1.1.5.                       Специфични особености, параметри и характеристики на основни елементи от електрообзавеждането на ТИС

·         Тягови изправители в ТИС

В ТИС се използват два вида тягови изправители (ТИ). Първият вид са трифазни неуправляеми мостови изправители, известни като схема на свързване  „Ларионов“ показан на фиг. 1.1.а) Вторият тип е шестфазен двуполупериоден изправител, също схема „Ларионов” показан на фиг.1.1.б). Тази схема се използва при новите типове ТИС. 

Амплитудата на междуфазното напрежение U_2ФТ се определя от зависимостта:

(1.1) 

Средната стойност на изправеното напрежение U_Т се изчислява от:

(1.2)                       

Максималното обратно напрежение върху диодите е:

(1.3)                                      

    

Фиг. 1.1.а), б), . Трифазната схема на токоизправителите

         

Честотата на пулсациите f_п е шест пъти по-голяма от тази на захранващата мрежа f_м, а коефициентът на пулсациите е к_п=0,06.

На фиг. 1.2. са показани диаграмите на токовете и напреженията

 Фиг. 1.2.  диаграмите на токовете и напреженията

·         Защитни апарати в ТИС

Основен силов защитен апарат в ТИС след ТИ е бързодействащия прекъсвач (БДП). Той служи за оперативно включване и изключване на фидерите и изправителите, както и за защита на съответните вериги от късо съединение и претоварване. По начина си на действие той съчетава две основни функции – на прекъсвач и на мигновенно действаща максималнотокова защита. Тези апарати се характеризират с голямо бързодействие и изключват веригите за няколко ms.

На фиг.1.3.а) е показана кривата на нарастване на тока на късо съединение при постоянен ток и изменението му при изключване на бързодействащ прекъсвач. Процесът на изключване може да се раздели на три етапа:

t₀ – период на нарастване на тока на к.с. до стойността на настройка на защитата;

t₁ – собствено време на изключване (включва времето за сработване на защитата до момента на отделяне на контактите на прекъсвача);

t₃ – време за гасене на дъгата. То е сума от две времена: t₂ – нарастване на тока въпреки разделянето на контактите; t₃-t₂ – намаляване на тока до нула.

Пълното време за изключване се определя от:

(1.4)               t_изкл = t₀ + t₁ + t₃       

                                                      

Фиг. 1.3.а) Крива на нарастване на тока на късо съединение при постоянен ток в процес на изключване на БДП

На Фиг. 1.3.б)  е показана крива на нарастване на тока на късо съединение и напрежението при постоянен ток в процес на изключване на БДП експолатирано в ЕЕС на ГЕТ. Изменението на тока на късо съединение зависи от параметрите на веригата, в която се развива[12, 100]:

(1.5)    

                                        

Фиг. 1.3. б) Крива на нарастване на тока на късо съединение и напрежението

i_kc – моментна стойност на тока на късо съединение [А];

U_d – изправено напрежение [V]; R_k – активно съпротивление на късо

1.2.         Особености, параметри и характеристики на ТКМ, експлоатирана в Столичен електротранспорт.

Непосредственото захранване на неавтономните ЕТС в градския електротранспорт (ГЕТ) (трамваи и тролейбуси) се осъществява от ТКМ. Тя се разделя на два вида – трамвайна и тролейбусна.

В общия случай ТКМ представлява модел със съсредоточени елементи, съставени от последователно включени активни и индуктивни съпротивления, съответстващи на участъци с дължина ΔХ .

ТКМ е изградена от положителна тоководеща част +660 V, и ходова релса ХР (при трамваен транспорт), по която се движи ЕТС. КМ е съединена чрез захранващи кабели, БДП и разединители с шина РУ„+660 V” на „РУ 660 V” на ТИС. Тролейбусната мрежа (ТМ) включва плюсов и минусов проводник разположени успоредно като плюсовият е от вътрешната страна по посока на движението.

1.2.  Видове ЕТС експлоатирани в СЕТ. Видове ЕЗ, специфични схемни особености. Основни режими на работа, технически параметри и характеристики.

Към момента в „Столичен електротранспорт” ЕАД, се експлоатират ЕТС от различни поколения. Тяговите електрозадвижвания на съвременните ЕТС са реализирани на базата на най-новото поколение силови полупроводникови прибори и микропроцесорни управления. 

Паралелно с това се експлоатират и различни тролейбуси и трамвайни мотриси с променливотоково и постояннотоково електрозадвижване, при които захранването и регулирането на режимите на работа на ТД се осъществява посредством инвертори и импулсни регулатори.

1.3.1. Основни видове ТЕЗ прилагани в експлоатираните ЕТС в СЕТ. Схемни особености, режими на работа, основни параметри.

В зависимост от вида на ТЕЗ ЕТС експлоатирани в ГЕТ се разделят на:

ЕТС за постоянен ток с постояннотоково електрозадвижване;

ЕТС за постоянен ток с променливотоково електрозадвижване.

1.3.2.  ЕТС за постоянен ток с постояннотоково ТЕЗ.

Към настоящият момент голям процент от тяговите задвижвания използвани в ЕТС в СЕТ и метрополитен са реализирани с двигатели за постоянен ток (ДПТ).

·           ЕТС за постоянен ток с постояннотоково ТЕЗ и степенно регулиране на режимите на работа.

В съвременните ЕТС този начин на регулиране не се прилага поради ниската енергийна ефективност и липсата на комфорт.

В режим на тяга ПТД е с последователно възбуждане, а необходимите параметри на теглителния процес се постигат посредством групата от последователно и паралелно свързани резистори в силовата схема на тролейбуса. ЕТС реализира само електродинамично (реостатно) електрическо спиране.

·           ЕТС за постоянен ток с постояннотоково ТЕЗ и плавно регулиране на режимите на работа.

При импулсното регулиране на скоростта, подаваната към елек­тродвигателя енергия се регулира не чрез непрекъснато изме­нение на някой неин параметър (напрежение или ток), а чрез периодичното и скокообразно изменение. В най-простия случай това изменение се свежда до включване и изключване на двигателя към захранващия източник, както е показано на фиг. 1.4.а). Ключът К показан, на схемата, в реалните изпълнения на импулсни регулатори, представлява тиристорен или транзисторен комутатор. Ако се приеме, че контакторът К е включен през времето tр и изключен през времето tп, то формата на напрежението, подавано към двигателя, ще изглежда, както е показано на фиг. 1.4.б).

              

Фиг. 1.4, а,б. Режим на работа на системата ИР-Двигател

Ако захранващото напрежение и моментът,  с който е натова­рен двигателят,са постоянни средната скорост ще зависи единствено от относителната продължителност на включване γ (или коефициент на импулсна модулация):

(1.7)                             

            Където  tp - работен период ,tп - период на пауза, Uз - захранващо напрежение, Ud – средна стойност на напрежението.

При импулсното регулиране скоростта и моментът се изменят непрекъснато около определена средна стойност. Поради специфичността на този режим на работа се въвежда понятието – квазиустановен режим. Това е режим при който се разглеждат не моментните стойности на параметрите, а техните средни стойности.   

Средната стойност на напрежението, подавано към котвата на двигателя при импулсно захранване, е:

(1.8)        

                 

Като се отчете 1.8 уравненията на електромеханичната и механичната характеристики получават следния вид:

(1.9)          

  (1.10)        

                         

Където ωср е средната стойност на ъгловата честота, RΣ сумарно съпротивление, M ср - средната стойност на момента на двигателя.

Когато двигателят е включен към захранващия източник (през t_р) , се предава енергия от източника към ЕЗ, основната част, от която чрез вала на двигателя се предава на предавателния механизъм, а част от нея се запасява във вид на кинематична и електромагнитна енергия. През този период токът на двигателя е равен на постъпващия от захранващата мрежа. Когато двигателят е изключен от захранващата мрежа (през t_п), той продължава да работи, използвайки запасената енергия във веригата си, като токът му се затваря през паралелно включения диод Д₀, наречен нулев диод.

На фиг. 1.5. е показана принципна силова схема на тролейбус с импулсно регулиране на теглителната и спирачната сила и паралелен тип комутатор, експлоатиран в СЕТ.

Фиг. 1.5. Схема на тролейбус с импулсно регулиране

На фиг. 1.6. е показана принципна схема на импулсно захранване и управление на ПТД изградена на базата на IGBT, която за градски ЕТС е особенно актуална. Схемата включва входен филтър L1, C1, опорният кондензатор C2, който осигурява стабилизация и изглаждане на напрежението, както и елементите Q1, Q2, D1 и D2 осигуряващи основните режими на работа на регулатора тягов и спирачен – рекуперативен, елементите Q3, D3 и R1 осидуряват електродинамичното спиране. На схемата не е показан модула за електродинамично спиране.

Фиг.1.6. Импулсен регулатор с IGBT

На фиг. 1.7. е показана принципната електрическа схема на трамвайна мотриса Т6А2 експлоатирана в СЕТ. Двата транзистора VT1A и VT1B заедно с допълнителната комутационна апаратура реализират двата основни режима на работа на ЕТС - тягов и спирачен (рекуперативен), а резисторното спиране се управлява от транзистора VTS1.

Фиг. 1.7. Принципна електрическа схема на трамвай Т6А2 с IGBT

1.3.3. ЕТС за постоянен ток с променливотоково електрозадвижване.

Основната тенденция в електрическия транспорт е постепенно променливотоковите ТЕЗ да изместят постояннотоковите поради безспорните си предимства. Напредъкът на тази система на ТЕЗ е свързан с динамичното развитие на полупроводниковата техника и на тази база създаване на ново поколение ПРУ, отговарящи на съвременните изисквания за вграждане в тягов подвижен състав. Трифазният мостов независим напреженов инвертор е намерил масово приложение във всички схеми на ЕТС експлоатирани в ГЕТ.

1.3.4. Основни функции и параметри на мостовите независими инвертори. Особености при управлението им.

Основната функция на инвертора е да създаде трифазно напрежение с регулируема амплитуда и честота, като основно изискване се поставя и към неговото качество, отсъствие на висши хармоници от нисък порядък. Синусоидално изменение на изходящата величина се получава чрез изменение на относителната продължителност на импулсите γ по синусоидален закон.

Най-често използвания схемен вариант на инвертор е показан на фиг.1.8. Той представлява шестомостов трифазен инвертор  има 6 ключа, реализирани чрез IGBT транзистори. Всеки от тях се управлява чрез възбуждане на гейта  с конкретна прекъсваща функция q_i(t) равна на 1 когато прекъсвачът е затворен и 0 когато прекъсвачът е отворен. За да се изпълнят законите на Кирхов, двойките транзистори трябва да действат допълвайки се (да са в противоположни състояния), така че винаги да е изпълнено условието

(1.11)                        q_i (t) +q' _i (t) = 1,  i = a,b,c          

Тъй като двойките прекъсвачи на всяко рамо са допълват, има само три градуса  свобода в състоянията на прекъсване.

От уравнение (1.11) се предполага, че има само осем възможни състояния за инвертора. В табл. 1.1. са обобщени осемте състояния и съответните условия на прекъсване. 

Фиг.1.8. Електрическа схема на инвертор

Състояния 0 и 7 са наречени нулеви състояния, докато останалите се наричат активни състояния.

Таблица 1.1. Определение на състоянията на прекъсване на инвертора

Прекъсвач	Състояние
	S0 (000)	S1 (001)	S2 (010)	S3 (011)	S4 (100)	S5 (101)	S6 (110)	S7 (111)
Qa	Отворен	Отворен	Отворен	Отворен	Затворен	Затворен	Затворен	Затворен
Qb	Отворен	Отворен	Затворен	Затворен	Отворен	Отворен	Затворен	Затворен
Qc	Отворен	Затворен	Отворен	Затворен	Отворен	Затворен	Отворен	Затворен

Качеството на изходното напрежение на инвертора, сравнено със синусоидалното, е прието да се определя от така наречения “коефициент на хармоника» K_x, %.

(1.12)  

    (1.13)            

                              

където U_n е ефективна стойност на хармоник с номер n; U₁ е ефективната стойност на първия хармоник; U – ефективна стойност на изходното напрежение; n_min e номерът на хармоника близък до основният.       

За оценка на синусоидалността на напрежението се използва и параметърът коефициент на изкривяване (несинусоидалност), К_нс. Най-ефективен критерий при инверторите за оценка на синусоидалността е коефициентът на хармониците K_х,ф за напрежение получено на изхода на стандартен   ”Г” – образен  LC филтър със зададени параметри, относителна честота ω_ot.

(1.14)  

където ω_о е собствена честота на филтъра; ω – работна честота на филтрираното напрежение (на първия хармоник); L и C - индуктивност и капацитет на филтъра. С подходящи математически преобразувания за K_х,ф може да се изведе следната зависимост:

(1.15)      

           Основната цел е да се реализира такова управление на инвертора, което да обезпечава изходни сигнали (напрежение и ток) максимално близки до синусоидалните.  

При ШИМ интервалът от време, през който q_i(t) е 1 е променлив (варира) за да се постигне желаната функция. Пример за това е показан на фиг. 1.9. Съотношението между времето, когато q_i(t) е 1 и периода на прекъсване се нарича

 Фиг. 1.9. Функция на прекъсване на ШИМ   

                  коефициент на запълване. 

ШИМ може да се реализира като еднократна и многократна. Многократната модулация се прилага основно в съвременните електрозадвижвания. Тя може да е еднополярна или двуполярна. На фиг.1.10. е показана многократна еднополярна модулация. На този метод се основава управлението на модерните инвертори. При многократната двуполярна модулация, фиг.1.11.

       

Фиг. 1.10. Еднополярна модулация   

     

    Фиг. 1.11. Двуполярна модулация

1.4.  Схемни особености на ЕТС с променливотоково ТЕЗ, експлоатирани в СЕТ

1.4.1.         Тролейбуси 26 и 27 Tr SOLARIS.

Това са тролейбуси в единичен и съчленен вариант, експлоатирани от СЕТ. Основните елементи от силовото електрообзавеждане на тролейбуса са разположени на покривната част. На фигури 1.12 и 1.13 са показани силовата схема на тролейбусите и схемата на статичния преобразувател (СП),

осигуряващ необходимите

     Фиг. 1.12. Силова схема на тролейбуса  напрежения за спомагателните                                                              машини и заряд на АБ.

Фиг. 1.16. Схема на свързване на СП на тролейбуса

1.4.2. Схемни особености и параметри на АЕБ

През 2014 г. фирма „Столичен електротранспорт” ЕАД въведе в експлоатация и първия в Европа автономен електробус (АЕБ), захранван от суперкондензатори (СК), с променливотоково тягово електрозадвижване. Това наложи  изграждането на зарядни станции(засега две на брой) в град София, захранвани от тяговата мрежа. В момента се предвижда увеличаване на броя на този тип ЕТС, като за целта се изграждат ЗС, които да осигурят захранването на АЕБ от трифазната градска мрежа.

·         Особености и технически параметри на ЗС

Системата за бързо зареждане на електробуса се осъществява чрез специално проектирана за случая ЗС , състояща се от:

1.         зареждащо поле – състоящо се от специлно изградена метална конструкция, на която са закрепени по подходящ начин двете захранващи шини.

2.         зарядна кабина - в нея са разположени всички силови и управляващи електронни компоненти на станцията.

3.         кабелна връзка – чрез нея се реализира електрическа връзка между зарядната кабина и зареждащото поле.

Основни технически параметри на ЗС:

Захранване на зарядната станция:

Диапазон на изменение на входното напрежение: 660V, + 10%, -15%;

Диапазон на изменение на входния ток – 0,8А до 250А;

Изходни параметри на зарядната кабина:

Изходна мощност: 150kW;

Регулиране на изходното напрежение: DC 350÷600V;

Регулиране на тока: 0.8÷240A (цифрово регулиране степенно);

Глава 2. Анализ на причините за възникване на пренапрежения в ТКМ на СЕТ

Известно е, че пренапреженията в ТЕС се разделят на комутационни и атмосферни. Атмосферните пренапрежения се характеризират с голямо бързодействие (от порядъка на µs или ms), както и високи амплитудни стойности на напрежението и тока. Комутационните пренапрежения в ТЕС на СЕТ са с по ниски амплитудни стойности, но са често срещано явление и представляват, сериозен проблем за всички устройства, свързани към ТКМ на СЕТ.

В ДТ е обърнато сериозно внимание на причините, които предизвикват появата на комутационни пренапрежения, както и на всички отклонения от стойността на захранващото напрежение над 720 V, което е максимално допустимото за ТКМ на СЕТ. За всички бавни недопустими нараствания на напрежението, причинени от различни работни режими на ЕТС, подходът за стабилизация на напрежението и реализацията на защитата трябва да бъде конкретен и адаптиран към характера на изменение на процеса. 

 2.1. Влияние на ЕТС с импулсни регулатори върху изменението на напрежението в ТКМ.
                Използването на импулсните регулатори в подвижния състав с неавтономно захранване е свързано с допълнителни проблеми, определени от факта, че източникът на напрежение е една притежаваща индуктивност контактна мрежа.

В зависимост от стойността на индуктивността на контактната мрежа на входа на регулатора възникват пренапрежения, които могат да достигнат няколко kV. За целта входът на регулатора се изпълнява с един поглъщащ кондензатор. Поглъща­щият кондензатор C_Ф образува с индуктивността на контактната мрежа L_КМ един колебателен LС контур с резонансна честота:

(2.1)         

На фиг. 2.1 е показан характерът на изменението на напрежението върху кондензатора и на тока в контактната мрежа. Когато работната честота на регулатора е равна или кратна на резонансната честота на контура се получават теоретично безкрайно големи амплитуди на променливото напрежение на кондензатора, които практически се ограни­чават от затихването на веригите.

Фиг. 2.1. Изменение на напрежението на филтровият кондензатор и тока в ТКМ

Максималната амплитуда на колебанието на напрежението на кондензатора може да се определи с уравне­ние (2.2).

(2.2)     

    

На фиг.2.2. са представени зависимостите 

 като параме­тър за един конкретен случай, построени по уравнение (2.2).

Фиг. 2.2. Семейство характеристики при 

С_ф=const

Изследванията са показали, че най-благоприятно решение за стойностите на допълнителната индуктивност L_ф и по­глъщащият капацитет С_ф трябва да се търси приблизително в областта:
(2.3)

Втората причина, пораждаща вероятност за повишаване на напрежението на контактната мрежа, може да бъде обобщена по следният начин. При включване на кондензатора под напрежение той се зарежда, при което в LC - контура се развива преходен процес и амплитудата на напрежението върху кондензатора може да превиши два пъти напрежението на контактната мрежа.

Пренапрежение върху кондензатора може да се получи и ако регулаторът внезапно изключи за време, което е значително по-голямо от продължител­ността на периода на включване. Напрежението върху кондензатора нараства, докато токът от източникът стане нула и ще достигне стойност:

(2.4)       

                        
 2.2. Влияние на рекуперативните режими на ЕТС върху изменението на напрежението в ТКМ
             Другата сериозна и актуална причина за евентуално опасно повишаване на напрежението в контактната мрежа е реализацията на рекуперативно електрическо спиране от значителен процент ЕТС в СЕТ.

    Електрическото спиране протича в следните етапи:

·         предварително възбуждане на генераторите;

·         рекуперация

·         реостатно-рекуперативно спиране – осъществява се при нарастване на напрежението на филтъра, над 800 V;

·         реостатно спиране – включва се при изпълнено изискване U_K<U_СФ.

        На фиг. 2.3 са показани тяговите (а) и спирачни (б) характеристики на трамвайната мотриса.

а)

б)

Фиг. 2.3 Тягови (а) и спирачни (б) характеристики на трамвайната мотриса Т6А2

На фиг. 2.4 е показана осцилограма на изменението на основните  параметри на ЕТС и ТКМ в режим на електрическо спиране на трамвайната мотриса.

Фиг. 2.4. Осцилограма 1 - напрежение на рекуперативния транзистор, Осцилограма 2 - напрежение на спирачния транзистор, Осцилограма 3 - напрежение на контактната мрежа.

2.3. Експериментални изследвания и анализ на напрежението в различни точки на ТКМ на СЕТ при наличие на рекуперативни режими на ЕТС

Към момента в редица наши градове се експлоатират тролейбуси SKODA SOLARIS. Тези тролейбуси реализират ефективна рекуперация, която според заводски изследвания е около 10-20% от общата консумирана енергия за тяга. Системата за управление на рекуперативното спиране е настроена на 800V, превишаваща максимално допустимото напрежение на захранване на ТКМ на СЕТ.

С цел да се установи ефективността на рекуперативните режими на ЕТС,  експлоатирани в СЕТ, е направено експериментално измерване в реални експлоатационни условия на определен брой тролейбуси.

2.3.1. Експериментално изследване на възможностите за рекуперация на съвременните ЕТС в СЕТ

Експерименталното изследване на разхода на енергия на тролейбуса е направено в нормални експлоатационни условия при движение на линия.

Таблица 2.1. Общ разход на електроенергия на "Skoda 26 TR Solaris

На фиг. 2.5 е показана в графичен вид зависимостта на относителният разход на енергия за изследваните тролейбуси.                                                      На фиг. 2.6 за конкретно избрани дни е изследван и показан разходът на електроенергия за тяга и върнатата в мрежата рекуперирана енергия.

Фиг. 2.5. Относителен тягов разход на енергия на изследваните тролейбуси

Фиг. 2.6. Консумирана и рекуперирана електроенергия

2.3.2. Експериментално изследване на преходните процеси в ТКМ на СЕТ при  рекуперация.

Целта на проведените експериментални измервания е да се изследват параметрите на преходния процес при промяна на напрежението в ТКМ на СЕТ при наличие на рекуперативни режими. Част от резултатите от измерванията са показани на фиг.2.7, където изменението на напрежението е показано в пет характерни зони. Те са дефинирани както следва:

 Зона 1 - напрежение на тяговата мрежа преди настъпване на рекуперацията;

Зона 2 - преходен процес след началото на рекуперацията;

Зона 3 –напрежението в режим на рекуперация;

Зона 4 - напрежението след края на рекуперацията;

Зона 5 –напрежение след края на рекуперацията.

Фиг. 2.7. Изменение на напрежението при рекуперация в контактната мрежа

Показан е преходен процес на изменението на U_КМ, при преминаване на рекупериращо ЕТС, за даден период от време, преди момента на настъпване на рекуперацията в зона 1.

Фиг. 2.8. Изменение на U_КМ преди началният момент на рекуперацията.

Показан е процесът на изменение на напрежението в характерна зона 2.

Фиг. 2.9. Изменение на U_КМ след началният момент на рекуперацията

Вижда се, че напрежението по време на рекуперация е със значително по-малки колебания, т.е. по-стабилно. Характерно за изменението в тази зона е, че пулсациите са под 1% и със стойности под 8 Vpp. Продължителността на тази фаза се определя от конкретните условия на протичане на рекуперативния процес.

Фиг. 2.11. Изменение на напрежението по време на рекуперация

Показан е процесът на възстановяване на напрежението в характерна зона 4. Напрежението се понижава от 800 V като се стабилизира на  650V за време от 0,3 s.

Фиг. 2.12. Преходен процес на възстановяване на напрежението след края на рекуперацията.

Експерименталните измервания, анализът на резултатите и направените изводи за характерните времена и амплитуди на напреженията по време, преди и след рекуперацията и обособените зони поставят началните условия за входните величини. Те трябва да се обработят и заложат посредством алгоритъм в програмата на микроконтролера, като обособяват и избора му.

Глава 3. Проектиране и разработване на транзисторен стабилизатор на напрежение с микропроцесорно управление

Проектирането и изпълнението на транзисторния стабилизатор е направено по договор, сключен със Столичен електротранспорт ЕАД, в който са  формулирани и основните параметри на заданието. Целта на проекта е създаване на устройство, което да регулира плавно входните параметри (захранващо напрежение и ток) в необходимите граници, съобразени с техническите изисквания и параметри на инсталираната ЗС в тролейбусно депо „Искър“, за зареждане на СК на АЕБ.  

  Основният проблем е значителното повишаване на захранващото напрежение на ЗС при реализиране на рекуперативно спиране от страна на ЕТС, в съответния участък на ТКМ. За да се проектира оптимално силовото устройство, се направи експериментално изследване на процесите в тяговата мрежа на Столичен електротранспорт при различни режими на работа (с и без рекуперация).

3.1. Основни етапи на проектиране на транзисторен регулатор за ЗС.

Проектирането на регулатора е направено на няколко основни етапа:

·           Аналитично и експериментално определяне на основните параметри на преходния процес на изменение на напрежението при рекуперация.

·           Програмно симулационно моделиране в средата на MATLAB SIMULINK;

·           Анализ на получените резултати от симулациите и на тази база избор на окончателното схемно решение и на структуриращите го елементи;

·           Изграждане на регулатора, системата за управление и провеждане на контролни изпитания за функционална годност и ефективност.

3.2. Работна среда MATLAB Simulink.

Продуктът MATLAB и неговата графична среда за симулиране SIMULINK са се наложили както в практиката, така и в обучението при почти всички инженерни области. Една от възможните области на приложение на този продукт е за решаване на основните типове задачи по моделиране, симулиране и анализ на динамични системи.

Със SIMULINK се симулират системи, които се описват най-общо с набор диференциални (непрекъснати системи) или диферентни уравнения (дискретни системи).

3.3.  Избор на силова схема и симулация на основни режими на работа.

Разнообразните режими на работа на ЗС, включващи: режим на заряд на АЕБ  (250 А) и режим на празен ход (0,8 А), случайната продължителност на

 възникналите рекуперации, както и различният времеви интервал между две последващи рекуперации, са важни фактори при избора на типа на силовата схема и основните ù параметри.На фиг. 3.1 е показана избраната силовата част на регулатора. ТИС е изпълнена с трифазен неуправляем токоизправител, като източник на постоянно напрежение, симулирани на МАTLAB. 

Фиг. 3.1. Силова схема на регулатора и захранването (симулация на МАTLAB)

На фиг. 3.2 са показани някои резултати от симулациите направени при максимален товар и фиксирана честота в режим на включване на регулатора.

На най-горната осцилограма е показана стойността и формата на тока през обратния диод D9.  На средната осцилограма е показано напрежението върху С1. На последната осцилограма са симулирани напреженията върху индуктивностите.

Фиг. 3.2. Симулация на токове и напрежения при фиксиран работен режим на избраната схема на регулатор

3.4. Обосновка, анализ и избор на необходимите защити на транзисторния регулатор на напрежение.

От направените симулации на избраната силова схема се определят  очакваните напрежения и токове при нормални и преходни режими за работа на устройството. От съществено значение за защита на ЗС са входните напрежения и токове получени през захранването от КМ.

Рекуперативните режими повишават напрежението в границите от  720V до 800V, като основната функция на транзисторния регулатор е да изрязва този диапазон на изменение на напрежението към ЗС.

Реализирани са: максималнонапреженова защита, която да реагира на напреженията с по-висока стойност от 800V и с по-голяма продължителност.

Защитата по ток на изхода, аналогично на защитата по пренапрежение

3.5. Проектиране и избор на основните електронни компоненти на силовата схема на регулатор за напрежение.

Предвид направените моделирания и експериментални измервания, получените резултати и анализът им по отношение на напреженията в КМ и вида на преходните процеси преди и след рекуперация бе проектирана и изработена принципна схема на транзисторния регулатор, която се състои от силова част и система за управление.

3.5.1. Силова част на транзисторен регулатор

·         Избор на IGBT модул

IGBT модулът е ключовият елемент в схемата и изборът му трябва да бъде съобразен както с направените измервания и симулации, така и с възможността му за съгласуване с микропроцесора, който ще го управлява. Токът, напрежението и честота са водещи в избора.

Схемата на свързване на силовия транзистор в регулатора е направена в общ емитер. Представени са характерните зависимости за изчисляване на ключовия елемент.

Коефициента на усилване по мощност е;

(3.1)             

                                                                    

Коефициента на усилване на схемата β при известна каталожна стойност на конкретен транзистор се получава от;

(3.2)                  

      

С определяне на топлинното съпротивление с изчислява с колко ще се повишава температурата на колекторния преход с увеличаване на мощността;

(3.3)          

                      

Максималната мощност разсейвана от колектора се определя с помощта на горната зависимост и има следния вид;

(3.4)                      

                

Определяне на приблизителната необходима площ на охлаждащия радиатор;

(3.5)            

        

На фигура 3.3 са симулирани токът и напрежението през IGBT модула в ключов режим по време на пускане на регулатора при заряд на станцията.

Фиг. 3.3. Ток и напрежение през IGBT модула в ключов режим по време на пускане на регулатора при заряд на станцията

·         Избор на диоди D7, D8

Тези два диода трябва да пропускат максималния ток на IGBT модула и да са съобразени с напрежението, получено при симулацията. Тяхната основна функция е да пазят КМ от пренапрежения, получени от станцията и рeгулатора, както и да пазят регулатора от обратни напрежения по вход. Зависимости за определяне на параметрите на диодите:

Статично при постоянен ток определя се от следната зависимост;

(3.6)                  

                         

Динамично при променлив ток определя се от следната зависимост;

(3.7)                                      

                                 

Избрани са силови високочестотни диоди тип VS-400VR120D за номинален ток 300 А и клас по напрежение 17.

На фигура 3.4 са показани преходните процеси при симулация на MATLAB. На горната графика е показано входното напрежение на регулатора, а на долната токовете през D7 и D8 в ключов режим на работа на IGBT модула по време на заряд на станцията.

Фиг. 3.4. Преходни процеси при симулация на MATLAB

·         Избор на индуктивност „Inducance”

Индуктивността в схемата е оразмерена по големина на тока, амплитуда на напрежението и работна честота..

Методика за изчисляване:

1. Изчислява се величината LI₀² и от графиката на фиг. 3.5. се определя обемът на стоманата в магнитопровода V_ст;

2.  От каталог се избира стандартен магнитопровод;

3.  Изчислява се спомагателната величина М;

                                       

            (3.8)      

      

4. От графиката на фиг 3.6. чрез изчислената стойност на М графично се определя оптималната магнитна проницаемост [µ_допт ] и оптимална­та въздушна междина в % за

дадения вид материал на магни­топровода.

Фиг. 3.5. Графика на величината L o във функция от обема на магнито­провода

   Фиг.3.6. Зависимост на оптималната динамична магнитна проницаемост и на относителната въздушна междина за някои феромагнитни материали във функция от величината М.

5. Изчислява се дебелината на немагнитната подложка от пресшпан в магнитопровода за образуване на въздушната меж­дина;

(3.9)                                  

        

 6. Изчислява се броят на навивките по формулата;

(3.10)      

7. Сечението на проводника се определя по формулата;

(3.11)    

8. Изчислява се действителната плътност на ток;

(3.12)        

                                                                  

9. Проверява се запълването на прозореца на магнитопрово­да. Коефициентът на запълване е;

(3.13)      

       

10. Където S_проз е сечението на прозореца;

(3.14)      

                     

 11. Избрана е стандартна индуктивност която е двунамотъчна със сумарна индуктивност при съпосочно свързване 1,5 mH.

·         Избор на „Обратен диод” D9 модул

Диодът D9 се избира съобразно индуктивността и токът през товара. Диодът е Шотки STTH9012TV1 за честоти до 100 kHz.

·         Избор на кондензатори C1, C2

Кондензаторите трябва да се избират, по напрежение, капацитет и по работна температура.

Напрежението при зареждане се определя като единично стъпаловидно въздействие с амплитуда напрежението;

(3.15)U c ( t ) = U 0 ( 1 − e − t / R C ) . {\displaystyle \,\!U_{c}(t)=U_{0}\left(1-e^{-t/RC}\right).}          

                 

Кностантата за време τ на този процес е равна на;

(3.16)τ = R C . {\displaystyle \tau =RC.}      

           

Реактивното съпротивление и импедансът на кондензатора са съответно;

(3.17)X = − 1 ω C = − 1 2 π f C Z = 1 j ω C = − j ω C = − j 2 π f C {\displaystyle {\begin{aligned}X&=-{\frac {1}{\omega C}}=-{\frac {1}{2\pi fC}}\\Z&={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}}\end{aligned}}}        

    

Избраните кондензатори са конфигурирани в две паралелни групи по три последователно свързани, с капацитет на всеки кондензатор 100 μF и Uном 450 V.

3.5.2. Система за управление на регулатора на напрежение

Управлението на регулатора се извършва от микропроцесор, който се избира съобразно входните и изходни параметри на регулатора. Управлението е осъществено с микропроцесор 8-битов PIC16F1459.

·         Избор на датчици на напрежение и ток

Датчиците за напрежение и ток са линейни и имат възможност за съгласуване с микропроцесора. Бързодействието на датчиците ще е от съществено значение за бързодействието на защитите по напрежение и ток. Поради фиксираните стойности на рекуперация и напрежение на контактната мрежа се използва резистивен делител за датчик на напрежение. За датчик на ток е избран подходящ галванично разделен датчик, с преводно отношения 5000:1  модел HAL500-S. [5, 8, 43, 53, 77]

·         Избор на драйвер за IGBT модул

Всеки съвременен IGBT модул e съобразен с възможностите за управление и съгласуване с микропроцесорите. Има интегрални изпълнения, които освен съгласуването по напрежение, имат възможност за присъединяване на датчици по напрежение и ток, както и да следят установяването на захранващото напрежение. За нуждите на регулатора се избира такъв драйвер, който позволява присъединяването на датчик по ток.

Избира се драйвер TC4431, който има възможност за бързодействащо софтуерно гасене.

·         Избор на микропроцесор

Управлението на регулатора се осъществява с микропроцесор, който трябва да управлява IGBT модула по зададен алгоритъм и да обработва всички входни величини. Изборът на датчици за напрежения и ток определят необходимостта от 4 ТТL входа и един ADC вход на процесора,  един ТТL изход за управление на IGBT модула, три ТТL изхода за визуализация на режима на работа на регулатора, един TTL изход за защита по напрежение и ток. Избира се микропроцесор 16F1549. 

3.6. Принципна схема на транзисторния регулатор за напрежение

На базата на получените резултати от експерименталните измервания и симулации, както и направените анализи на напреженията в КМ и вида на преходните процеси, преди и след процеса на рекуперация, се изработи  транзисторен регулатор, състоящ се от силова част и управление. Принципната схема на силовата и управляваща част е показана в Приложение 1.  

Изходните параметри на проектирания и изработен транзисторен регулатор са точно съгласувани с изискваните по задание входни параметри на ЗС. Основните изходни параметри и функции са както следва:

U_изх= от 660 до720 V;

I_изх= от 0,8 до 250, A;

Активни защити U_max, I_max, t_max  и други;

3.7. Изпитания за функционалност и енергийна ефективност на  транзисторния регулатор за напрежение.

Изработеното устройство (транзисторен регулатор на напрежение с микропроцесорно управление) беше присъединено към входа на една от зарядните станции, захранващи експлоатирания в момента в гр. София електробус. На фиг. 3.7. е показан общ изглед на устройството, монтирано странично на ЗС.

След монтажа на реализираното устройство към една от ЗС и пускането му в експлоатация бяха проведени комплексни функционални изпитания на регулатора в период от един месец.

На фиг. 3.8. са показани измерените входен ток и напрежение при включване на регулатора.

Фиг. 3.7. Общ вид на стабилизатора на напрежение монтиран към ЗС

На следващите фигури 3.9. и 3.10 са показни изходното напрежение на регулатора в режим на рекуперация и I_ЗС=200A и изходно напрежение на регулатора в режим на рекуперация и празен ход (без заряд).

Фиг. 3.8. Входен ток и напрежение при включване на регулатора

     Фиг. 3.9. Изходно напрежение на регулатора в режим на рекуперация и I_ЗС=200A

Фиг. 3.10. Изходно напрежение на регулатора в режим на рекуперация и празен ход (без заряд)

Направени са и измервания на напрежението и тока при първоначално включване на станцията, показани на фиг. 3.11.

Фиг. 3.11. Напрежение и ток при първоначално включване на станцията

В тази глава на ДТ e представено проектирано, изработено и внедрено в експлоатация устройство за регулиране и стабилизиране на напрежението, захранващо изградените две ЗС в гр. София. Те зареждат суперкондензаторите на експлоатирания в момента АЕБ от СЕТ ЕАД  в гр. София. Проектирането и изработването на устройството беше направено от колектив от катедра «ЕЕТ» съвместно със студенти и докторанти от специалност «ЕЕЕО». Устройството е уникално и представлява иновативно техническо решение за подобряване на режима на работа на ЗС.

Удостоверителен документ за качествата и функционалността на устройството, от Столичен електротранспорт ЕАД, е показан в Приложение 3.

Глава 4. Проектиране и разработване на микропроцесорно управление за статичен тиристорен преобразувател

Статичните преобразуватели намират широко приложение в градските електрически транспортни средства (трамваи и тролейбуси). Те захранват всички спомагателни електромеханични устройства в ЕТС, както и поддържат заряда на акумулаторните батерии.  За тази цел захранващото мрежово напрежение и ток се преобразуват и понижават до необходимите стойности.

В момента в Столичен електротранспорт се експлоатират различни поколения тролейбуси и трамвайни мотриси с променливотоково и постояннотоково електрозадвижване в зависимост от типа на тяговите двигатели. Използват се два вида СП с постояннотоков или комбиниран (постояннотоков и променливотоков) изход, определящ се от вида на захранващите параметри на спомагателните консуматори.

4.1. Основни етапи на проектиране на транзисторен регулатор за СП

Проектирането на СП е направено на няколко основни етапа:

·         Аналитично и експериментално изследване на основните режими на работа на СП, определяне на основните параметри и характеристики;

·         Анализ на получените резултати от симулациите и на тази база избор на окончателното схемно решение и на структуриращите го елементи;

·         Изграждане на СП, системата за управление и провеждане на контролни изпитания за функционална годност и ефективност.

4.2. Проектиране и разработване на микропроцесорно управление за статичен тиристорен преобразувател за трамвайни мотриси T4DM

Основната цел е адаптиране на режимът му на работа към недопустимите нараствания на напрежението в ТКМ на СЕТ. Основният проблем и тук е появата на комутационни пренапрежения в ТКМ при различни работни режими на ЕТС за постоянен ток, предизвикващи откази и аварии в работата на СП от този тип.

В ДТ е предложен вариант на модернизация на силовата схема на конкретен тип СП за трамвайна мотриса Т4-DM. Модернизацията на това устройство включва изграждането на микропроцесорна система за управление, обезпечаваща необходимият алгоритъм на работа на устройството, както и контрол на входните и изходните параметри при основните режими на работа.

В момента от този тип СП се експлоатират на повече от 70 броя трамвайни мотриси. Причината за модернизацията на силовата схема на базата на IGBT и системата за управление са честите откази при работа и ниската им надеждност при нарастване на напрежението в ТКМ.

             

4.2.1. Основни параметри и характеристики на статичен преобразувател тип 2-UKSBR-DB
Номинални технически данни:
Номинално входно напрежение - 600 V;
Допустим диапазон на изменение на напрежението - 400 - 720 V;
Номинален входен ток - 8 А;
Номинална мощност - 3,9 kW;
Номинално изходно напрежение - 26 V;
Диапазон на изменение на изходното напрежение – 25,5 – 26,5 V;
Номинален изходен ток - 150 А;
Максимален изходен ток - 160 А;
Работна честота на СП – 400 Hz.

В схемата на фиг.4.1 от стойностите на комутиращите индуктивностти L₁₁ и L₁₂ и капацитети C₁₁ и C₁₂ се определят големините на схемното време (t_сх) за запушване на тиристорите и презарядният ток на комутиращия кондензатор C_k по формулите:

Фиг. 4.1. Силова електрическа схема на СП
(4.1)     

(4.2)              

където 

e кръгова честота на собствени колебания на комутиращия контур; I_Т и I_m са големините на товарния ток на СП и максималната (пикова) стойност на презарядния ток на комутиращия контур.

Реализираната фабрична силова схема на СП има редица недостатъци, които могат да бъдат отстранени. Те могат да се формулират по-следният начин:

·           Ниска комутационна честота, ограничена от типа на използваните еднооперационни тиристори. Увеличава габаритите на устройството и намалява комутационната му способност;

·           Наличието на комутиращи контури, необходими за запушване на главните тиристори. Увеличават габарита и усложняват силовата схема на СП. При промяна на стойностите на реактивните елементи (при стареене на капацитетите) се намалява нейната надеждност и се създават условия за поява на аварийни режими;

·           Проектираната и вградена от една година микропроцесорна СУ. Тя дава възможност за използване на съвременни IGBT транзистори, които по силови и управляващи параметри многократно превъзхождат използваните тиристори. Това до голяма степен води до опростяване на силовата схема и отпадане на голям брой сапътстващи елементи с висока себестойност, габарити и маса. Бързодействието й осигурява надеждно управление и защита във всички работни режими на СП.

4.3. Избор, проектиране и изграждане на силова схема за модернизация на статичен преобразувател тип 2-UKSBR-DB

Модернизацията включва проектиране и изработване на силова схема на СП на базата на използване на IGBT транзистори вместо еднооперационни тиристори. Съгласуващите импулсни трансформатори се заместват с драйверни стъпала, които са оптронно разделени от СУ. Те превъзхождат съществуващите трансформатори, по консумация, изолационно съпротивление,  габарити и себестойност, като не са разгледани в ДТ.

Използването на IGBT транзистори (Фиг. 4.2) опростява и намалява теглото и обема на предлаганата схема. Отпадат LC контурите C₁₁, L₁₁ и C₁₂, L₁₂, които са със значителни габарити, обем и маса, диодите D₁₁, D₁₃, които служат за тяхното презареждане,  обратните диоди D₁₂, D₁₄ поради наличието на вградени диоди в структурата на IGBT транзисторите. Отпада също бързият, силов диод D₁₅, който отдавна е спрян от производство  и е трудно заменим със съвременен аналог.

Фиг. 4.2. Модернизирана силова електрическа схема на СП

Реализираната система за управление гарантира висока енергийна ефективност на режимът на работа на СП и транспортното средство,  лесна софтуерна настройка при необходимост в зависимост от конкретните изисквания на режима на работа.

4.4. Избор, проектиране и изграждане на МСУ за модернизация на статичен преобразувател тип 2-UKSBR-DB

С цел да се осъществи нормална работа на силовата схема на СП, а от там на ЕТС, в новоизграденото микропроцесорно управление са вградени следните функции:

o    Кварцово стабилизиран източник на напрежение с честота 400 Hz;

o    Контрол на напрежението на входният контур – следят се минимална и максимална стойност на входното напрежение;

o    Контрол на напрежението в специфични точки на силовата верига на СП, с цел обезпечаване на сигурна и надеждна работа на тиристорите Т₁₁, Т₁₂ и Т₂₁;

o    Контрол на зададената външна характеристика на устройството;

o    Блокиране на управляващите импулси при аварийни режими и др.

На фиг.4.4 е показана принципната схема на системата за управление на СП.

Модернизацията включва проектиране и изработване на микропроцесорна система за управление на базата на използване на 8 битов  микроконтролер, от който се използват три аналогови входа и един ТТL изход.

Фиг. 4.4. Принципна схема на СУ на СП

Входовете и изходите на микропроцесора са защитени от пренапрежения и претоварване по ток със съответните пасивни елементи.

Генератора реализира импулси с дължина 20 μS  и период 2,5 mS показани графично на  фиг. 4.7.

Фиг. 4.5. Входно-изходни портове на използвания микропроцесор в управлението

Удостоверителен документ за качествата и функционалността на устройството, от Столичен електротранспорт ЕАД, е показан в Приложение 3.

4.5 Анализ и характерни особености на работните режими при трифазните инвертори в СП на ЕТС експлоатирани в СЕТ 

Фиг. 4.7. Алгоритъм на управление

                Основната функция на инвертора е да създаде трифазно напрежение с регулируема амплитуда и честота, като основно изискване се поставя и към неговото качество, отсъствие на висши хармоници от нисък порядък. Синусоидално изменение на изходящата величина се получава чрез изменение на относителната продължителност на импулсите по синусоидален закон.

                 В тази връзка повишаването на енергетичните параметри на инверторите се постига основно чрез реализация на ефективно микропроцесорно управление по зададени алгоритми в зависимост от конкретните изисквания и специфичните особености на схемното решение.

                                Качеството на изходния сигнал при преобразувателите от този тип зависи и може да бъде повлияно от редица фактори. На първо място стои методиката и алгоритъма за построяването на синусоидата. В зависимост от нейното качество и устойчивост се определя възможността нейната правилна форма да бъде повлияна от характера на товара и диапазона на натоварване.

                В СП на ЕТС инверторните преобразуватели намират широко приложение за захранване на променливотоковите асинхронни двигатели, задвижващи спомагателните им машини. Разходът на енергия за спомагателни нужди и надеждната работа на тези системи до голяма степен зависят от правилната настройка на режимът на работа на МСУ.

                Поради тази причина е проектиран, разработен и реализиран стенд за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори. Той дава възможност да се изследват възможностите за намаляване на загубите и оптимизиране на режимите на работа на преобразувателя и товара, в зависимост от вида и характера му, като се  променя алгоритъма за формиране на синусоидата. Това позволява да се определят граничните стойности и характеристики на работните процеси и енергетичните параметри на инвертора.

Направен е обстоен анализ на  прилаганите в техниката схеми, алгоритми и методи за управление на трифазните DC/AC преобразуватели. Анализът на тази предварителна информация даде възможност за избор на силова схема на трифазен DC/AC преобразувател и проектиране на микропроцесорна схема за управление с възможност за провеждане на изследвания в тази насока.

4.6 Проектиране и изработване на стенд за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори при различни алгоритми на управление.

Построяването на устойчива и правилна синусоида на трифазното напрежение е една не лека задача за осъществяване. Управляващите импулси се съставят от два насложени един върху друг сигнала единият от тях е триъгълен а другият е правоъгълен. Триъгълният сигнал е носещият, а правоъгълният може да бъде с променлива дължина в зависимост от натоварването като по предварително задание има възможност броя на правоъгълните импулси за един полупериод да варира. На фигура 4.8. а) е изобразена методиката за формиране на импулсите при една фаза, а на фигура 4.8. б) при три фази.                                                                          

Фиг.4.8 Методика за формиране на синусоида.

Синусоидалния управляващ сигнал се получава като трети интерферентен сигнал от насложените триъгълен и правоъгълен, а неговата честота е равна на разликата от честотите на двата насложени сигнала.

Направени са редица изследвания при конкретна изходна честота на инветора

на влиянието на броя на импулсите и началните ъгли на комутация.  

На фиг.4.9. е показан алгоритъма на управление. Прекъсващият сигнал qi(t) се получава чрез сравняване на модулиращия сигнал с пренасящ триъгълен сигнал  при амплитуда 1 и честота равна на честотата на прекъсване.

Фиг.4.9. Алгоритъм на управление при еднополярна многократна ШИМ

Генерирането на сигнала qi(t) включва процес на извадка тъй като

местещата се средна стойност qi(t) трябва да следи желания сигнал на изходно напрежение:

(4.3)                                              

                     

Двете най-популярни техники за постигане на тази цел са естествена извадка ШИМ (ЕШИМ) и постоянна извадка ШИМ (ПШИМ). И двата метода се базират на управляващ сигнал, наречен модулиращ сигнал m(t). Модулиращите сигнали за трите фази са:

                                              m_a (t) = A [cos(ωt) + e_o(t) + e_da(t)];

(4.4)                                      m_b(t) = A [cos(ωt - 2π/3) + e_o(t) + e_db(t)];

                                              m_c(t) = A [cos(ωt + 2π/3) + e_o(t) + e_dc(t)].   

Обикновено модулиращият сигнал се изразява като променлив във времето ъгъл θ = ωt при това положение уравненията в (4.4) Придобиват следния вид:

                                           m_a (θ) = A [cos(θ) + e_o(θ) + e_da(θ)];

(4.5)                                   m_b(θ) = A [cos(θ - 2π/3) + e_o(θ) + e_db(θ)];

                                           m_c(θ) = A [cos(θ + 2π/3) + e_o(θt) + e_dc(θ)].                             

Модулиращите сигнали се разделят на 6 времеви интервала наречени сектори, всеки с радиани π/3, както е показано на Фиг. 4.10. 

На изхода на устройството са монтирани три разделителни трансформатора с коефициент на трансформация 1:1.

За избор на изходни трансформатори с оптимални параметри  са извършени следните изчисления при предварително зададени условия:

U1 = 220 V; U2 = 220 V; I = 3A; f = 50 Hz; 

Фиг. 4.10. Основни сигнали с eHi(t) = 0, показващи секторите на всеки цикъл

Мощността на трансформатора се определя от следната зависимост:

(4.7)                                   P = U2 I2         

Определя се максимална и минимална ширина на ламелите:

(4.8)                                  

         [34, 40, 78]

(4.9)                                    

        [16, 34, 40, 54, 78]

От каталог се избира подходящ стандартен пакет ламели с дебелина на ламелите между максималната и минималната изчислена стойност, след което по нататъчните изчисления продължават с неговите стойности.

Изчисляват се броя на навивките:

За първичната страна;

(4.10)                                      

          

За вторичната страна;

(4.11)                    

 

За компенсация на пада на напрежение в трансформатора навивките на вторичната страна се увеличават с 10%:

(4.12)              

              

Изчислява се тока на първичната страна:

(4.13)           

При изчисление на мощността на първичната страна тя също се увеличава с 10% за преодуляване на загубите.

Изчислява се диаметъра на проводниците без изолацията при избрана плътност на тока σ’₁ = σ’2 = 2.5

На първичната намотка:

(4.14)    

   

От каталог се избира най- близкия стандартен диаметър проводник.

Действителната плътност на тока се изчислява от зависимостта:

(4.15)              

На вторичната страна:

(4.16)    

        

Аналогично както на първичната страна се определя действителната плътност на тока:

(4.17)    

                 

Изчислява се общото сечение на проводниците:

(4.18)      

  

Изчислява се коефициента на запълване на прозорците на магнитопровода:

          (4.19)      

                       

Изчислява се масата на медния проводник:

                              

        (4.20)            

    

Изчисляват се загубите в проводниците:

         (4.21)  

  

Изчислява се масата на магнитопровида:

        (4.22)                            

Изчисляват се загубите в магнитопровода:

         (4.23)        

    

Изчислява се коефициента на полезно действие:

         (4.24)    

                 

Изчислява се температурата на повърхността на трансформатора:

         (4.25)  

       

След извършените изчисления е избран стандартен разделителен трансформатор тип: Магнит Годеч 0.7 KVA 50 Hz № 1А 5239

Изходните трансформатори на първичната страна са свързани в звезда, а изводите на вторичните намотки са изведени свободно, това дава възможност за присъединяване на товар, свързван в звезда или триъгълник.     

 На фигура 4.11. е показана схема на управлението

На фигура 4.12. е подазана схема на драйвера. Драйверът е галванично разделен от управлението посредством оптроните U3A, U5A, U6A.

За предусилвател и защита се използва интегрална схема IR2127, която осигурява нужният ток на крайното стъпало изпълнено с MOSFET транзисторите Т1÷Т4. Консумацията на празен ход на драйвера е под 50 mA.

Фиг.4.11. Схема за управление

На фигура 4.13. е изобразена моделираната силова схема на устройството. Крайния тягов елемент е реализиран с трифазен мостов преобразувател съставен от 6 бр. IGBT транзистора осъществяващи променливото напрежение. Транзисторът IGBT2_7 служи за  понижаване и стабилизиране  на напрежението върху рамената на инвертора посредством широчинно- импулсна

Фиг.4.12. Схема на драйвер

модулация на висока честота. Входното напрежение са накъсва на импулси с период на повторение Т и продължителност t1, средната стойност на напрежението се изчислява от:

(4.26)                        

  

При изменение на t1и T се изменя и изходното напрежение.

За изглаждане на пулсациите породени от  импулсния режим на транзистора се свързва паралелно филтров кондензатор на изхода, който се оразмерява по напрежение и капацитет зависещ от мощността на товара и се определя от следната зависимост:

(4.27)            

                   

При наличието на изходен кондензатор изходното напрежение ще започне да се колебае между минималната и максималната стойност на напрежението във функция от времето:

(4.28)                           ΔU_изх = U_{изх max} – U_{изх min}          

4.7. Изпитания на стенда за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори

Направени са експериментални измервания  с осцилоскоп при постоянен товар 20Ω и обща 

Фиг. 4.13. Силова схема на стенда за изследване на енергетичните параметри при трифазните инвертори

индуктивност на товара и  трансформатора 2mH, при променлива честота на  модулиращия сигнал на еднополярната  ШИМ  от 500 до 5000 Hz. Осцилограмите  при 500 Hz на модулиращия сигнал са показани на Фиг.4.14. На горните три осцилограми се виждат управляващите импулси подавани от микропроцесорното управление към трите рамена на мостовия инвертор, а на най-долната осцилограма се вижда формата на изходното напрежение.

                Осцилограмите  при 2500 Hz на модулиращия сигнал са показани на Фиг.4.15 а).  Управлението на транзисторите чрез ШИМ  на първите три осцилограми, а на най-долната осцилограма формата на изходното напрежение.

Фиг.4.14. ШИМ при 500Hz на модулиращия сигнал

Осцилограмите  при 5000 Hz на модулиращия сигнал са показани на Фиг.4.15. б)  Управлението на транзисторите чрез ШИМ  на първите три осцилограми, а на най-долната осцилограма е показана формата на изходното напрежение.

 

  

Фиг.4.15. ШИМ при 2500Hz на модулиращия сигнал а), ШИМ при 5000Hz на модулиращия сигнал б)

Вижда се, че с увеличаване на честотата формата на изходния сигнал е със значително по малки изкривявания.

На фигура 4.17 е показан общ изглед на стенда. Проектираният и изработен стенд позволява  изследването и настройката на параметрите на МСУ на експлоатираните в момента СП в ЕТС на СЕТ, и провеждане на лабораторни упражнения по много от текущите дисциплини в катедра ЕЕТ (Силова електроника, електрозадвижване и др.). 

   

Фиг.4.17. Общ изглед на стенда за изследване на енергетичните параметри на трифазните инвертори.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дисертационния труд е направено е теоретично и експериментално изследване на основните причини за възникване на пренапрежения в ТКМ на СЕТ. Разглеждането е направено в няколко аспекта, определящи характера на нарастване на напрежението.

·           Направено е теоретично изследване на влиянието на ЕТС с импулсни регулатори върху изменението на напрежението в ТКМ и възникване на комутационни пренапрежения. Получени са конкретни теоретични резултати, показани в графичен вид;

·           Направено е теоретично и експериментално изследване на влиянието на рекуперативните режими на ЕТС върху изменението на напрежението в ТКМ. Проведени са експериментални измервания в конкретни ЕТС на СЕТ;

·           Извършено е експериментално изследване на възможностите за рекуперация на експлоатираните ЕТС в СЕТ. Оценена е ефективността на рекуперативните режими в СЕТ. Част от получените резултати са анализирани и показани в табличен и графичен вид;

·           На базата на експериментално изследване са оценени основните параметри на преходните процеси в ТКМ на СЕТ при  рекуперативни режими. Получените резултати ще послужат за проектиране на основните елементи (хардуер и софтуер) на стабилизиращи устройства на проблемни консуматори, свързани към ТКМ.

·           Създаден  е математичен модел за изчисляване на основните параметри структуриращи силовата схема и схемата за управление на стабилизатора. Като начални входни условия са заложени основните резултати получени от експерименталното изследване на преходните процеси при изменение на напрежението в ТКМ при рекуперация на ЕТС;

·           Създаден е математически модел на силовата схема на стабилизатора и микропроцесорната система за управление (МСУ), както и модел на ТИС захранваща конкретната секция на ТКМ;;

·           На базата на математическият модел е създаден  имитационен модел на ТЕС, проектираният регулатор и ЗС посредством елементите на MATLAB Simulink. Накратко са описани възможностите на програмната система;

·           На базата на създаденият математически модел и възможностите на симулацията чрез MATLAB Simulink са изследвани основните режими на работа на ЗС и стабилизатора.  Изследвани и анализирани са също така аварийните режими на работа и преходните процеси в ТЕС при различни начални условия;

·           Получени са масиви от данни, на чиято база е извършено окончателното проектиране на устройството и избора на елементите структуриращи силовата му схема и МСУ;

·           Транзисторният регулатор за напрежение е изработен и внедрен в експлоатация, като за да се докажат качествата му са проведени изпитания за функционалност и енергийна ефективност. Устройството е уникално и представлява иновативно техническо решение за подобряване на режима на работа на ЗС, то е в редовна експлоатация повече от една година. Приложена е една референция за качествата и функционалността на устройството, от Столичен електротранспорт ЕАД.

·           Направено е аналитично и експериментално изследване и анализ на основните режими на работа на СП и определяне на основните параметри и характеристики;

·           На базата на направеното изследване и последващия анализ на резултатите е  е извършено окончателното проектиране на устройството и избора на елементите структуриращи силовата му схема и МСУ;

·           Изграждане на СП, системата за управление и провеждане на контролни изпитания за функционална годност и ефективност.

·           СП е изработен и внедрен в експлоатация от две години в трамвайните мотриси. Приложена е една референция за качествата и функционалността на устройството от Столичен електротранспорт ЕАД.

·           Проектиран и изработен е стенд за моделиране и изследване на основните режими на управление на трифазен независим инвертор на напрежение;

·           Асемблирането на стенда позволява оптимален и достъпен монтаж при присъединяване на всички конструктивни и електрически компоненти. Осигурена са възможности за дигитална визуализация на текущите стойностти на товарните параметри, свързване на товарни устройства за симулация и изследване на основните функции, както и снемане на основни параметри и характеристики;

·           Разработеният стенд осигурява възможност за лабораторни изследвания на основните функции, параметри и характеристики на инвертора при различни режими на управление(модулации) и изследване на енергийната ефективност.

ПРИНОСИ НА

 ДИСЕРТАЦИОННИЯТ  ТРУД

Научни приноси на дисертационната работа:

1.         Направено е теоретично разглеждане на специфичните схемни особености, параметри и характеристики на основните елементи структуриращи ТЕС (ТИС и ТКМ), както и ЕТС експлоатирани в СЕТ. Анализирани са отделните видове ЕТС, според вида на ТЕЗ, както и възможностите им за реализация на спирачни рекуперативни режими;

2.         На базата на теоретично и експериментално изследване са определени и анализирани основните причини за възникване на пренапрежения в ТКМ на СЕТ. Разглеждането е направено в няколко основни аспекта, влияещи върху характера на нарастване на напрежението. Получени са конкретни теоретични резултати, показани в графичен вид, касаещи влиянието на параметрите на входния филтър на ИР и режимът на работа на ЕТС за възникване на пренапрежения и проблемни нараствания на напрежението в ТКМ;

3.         Създаден е математичен модел за изчисляване на основните параметри структуриращи силовата схема и схемата за управление на стабилизатор на напрежение за ЗС. Като начални входни условия са заложени основните резултати получени от експерименталното изследване на преходните процеси при изменение на напрежението в ТКМ при рекуперация на ЕТС;

Научно-приложни приноси на дисертационната работа:

1.         Въз основа на теоретично и експериментално изследване е анализирано влиянието на рекуперативните режими на ЕТС върху изменението на напрежението в ТКМ. Анализът е направен и на базата на проведени експериментални измервания в конкретни ЕТС на СЕТ. По създадена методика е извършено експериментално изследване на възможностите за рекуперация на експлоатираните ЕТС в СЕТ. Оценена е ефективността на рекуперативните режими в СЕТ. Част от получените резултати са анализирани и показани в табличен и графичен вид;

2.         На базата на експериментално изследване са оценени основните параметри на преходните процеси в ТКМ на СЕТ при  рекуперативни режими. Изследвани са измененията на напрежението в подходящо избрани за целта участъци от ТКМ и са оценени основните параметри. Анализът на резултатите от това изследване са използвани при проектирането на основните елементи (хардуер и софтуер) на стабилизиращи устройства и МСУ на проблемни консуматори, свързани към ТКМ;

3.         Създаден е математически модел на силовата схема на стабилизатор за ЗС, МСУ, както и модел на ТИС, захранваща конкретната секция на ТКМ. Посредством използването на средата на MATLAB Simulink са изследвани основните режими на работа на ЗС и стабилизатора.  Изследвани и анализирани са също така аварийните режими на работа и преходните процеси в ТЕС при различни начални условия. От анализа на получените резултати е извършено окончателното проектиране на устройството и избора на елементите, структуриращи силовата схема и МСУ;

4.         Направено е аналитично и експериментално изследване и анализ на основните режими на работа на СП и определяне на основните параметри и характеристики. Извършен е анализ на получените резултати и на тази база е направено окончателното проектиране на устройството и избора на елементите структуриращи силовата му схема и МСУ;

ДОКЛАДВАНЕ НА РЕЗУЛТАТИТЕ ОТ ДИСЕРТАЦИОННАТА РАБОТА

1.       Основните резултати от дисертационната работа са докладвани и обсъждани на конференции и семинари провеждани у нас, както и са публикувани в научни списания. Списъка на публикациите е:

2.       Павлов Г., Л. Секулов, М. Томчева, Я. Исаев, Р. Стоицев. Модернизация на блок за управление за статичен преобразувател за трамвайна мотриса. Научна конференция с международно участие – „КЕИТ 2014”, с. Баня, 2014 г. ISSN 1322-3823.

3.       Павлов Г., В. Димитров, Я. Исаев, М. Томчева, Т. Лалев, Л. Секулов. Проектиране и изследване на транзисторен регулатор с микропроцесорно управление. VI Научна Конференция ЕФ 2014, Созопол, Годишник на ТУ-София, 15.09. – 17.09.2014 г., ISSN 1311-0829.

4.       Павлов Г., Л. Секулов, М. Томчева, Я. Исаев, Т. Лалев. Проектиране и изграждане на товарно устройство за конвенционални и цифрови релейни защити. XII Научна Конференция ЕФ 2015, Созопол, Годишник на ТУ-София, 19.09. – 21.09.2016 г., ISSN 1311-0829.

5.       Павлов Г., Я. Исаев, Л. Секулов, М. Томчева. Проектиране и изграждане на стенд за изследване на трифазни DC/AC инвертори . XII Научна Конференция ЕФ 2016, Созопол, Годишник на ТУ-София, 19.09. – 21.09.2015 г., ISSN 1311-0829.

6.       Исаев Я., Г. Павлов, Л. Секулов, Т. Лалев, Р. Стоицев. „Проектиране и изработване на лабораторна токоизправителна станция за 1000 V постоянно напрежение”. Сп. Механика, транспорт, комуникации, бр. 3/3, 2015 г., ISSN 1312-3823.