ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΥΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΜΑΞΟΣΤΟΙΧΙΩΝ, ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ

Abstract

Η ηλεκτροκινηση αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο έρευνας και εφαρμογών, με σημαντικούς επιμέρους στόχους στα πλαίσια του μετασχηματισμού του ενεργειακού μείγματος του πλανήτη, και την μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Σε αυτά τα πλαίσια, είναι σημαντικός ο ρόλος των ηλεκτρικών αμαξοστοιχειών. Οι σχετικές εφαρμογές, έχουν ξεκινήσει ήδη από τις αρχές του 20ου αιώνα, όμως η βελτιστοποίηση και επέκταση τους, παρουσιάζει προκλήσεις. Μια από αυτές είναι και ισχυρά ρεύματα αρνητικής ακολουθίας, που προκαλεί η ασύμμετρη φόρτιση του δικτύου. Η πηγή αυτής της ασσυμετρίας εδράζεται στην αρχιτεκτονική του δικτύου τροφοδοσίας των αμαξοστοιχιών. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, μελετήθηκε η καταστολή των συγκεκριμένων ρευμάτων, για δύο διαφορετικές διατάξεις του υποσταθμού τροφοδοσίας. Στο Κεφάλαιο 1 της εργασίας παρουσίαζεται αυτή η αρχιτεκτονική και οι λόγοι που οδήγησαν σε αυτήν. Συγκεκριμένα απαντάται το γιατί επιλέχθηκε οι αμαξοστοιχίες να αποτελούν τεράστια μονοφασικά φορτία, τροφοδοτούμενα από μια φάση του τριφασικού δικτύου. Παρατίθενται τα επιμέρους στοιχεία του συστήματος τροφοδοσίας (υποσταθμός, παντογράφος, διατάξεις αντιστάθμισης), ενώ παρουσιάζονται στο σύνολο τους, τα προβλήματα ισχύος των ηλεκτρικών αμαξοστοιχειών, πέρα από τα ρεύματα αρνητικής ακολουθίας. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται συνοπτικά, τα κυριότερα ηλεκτρικά στοιχεία του δικτύου τροφοδοσίας των διατάξεων που θα εξετάσουμε, ο Μετασχηματιστής ανοιχτού τριγώνου, ο Μετασχηματιστής Τριγώνου-Αστέρα και ο μονοφασικός αντιστροφέας. Στο Κεφάλαιο 3 αναλύεται η λειτουργία του υποσταθμού τροφοδοσίας, και της διάταξης αντιστάθμισης. Για τις δύο περιπτώσεις των διαφορετικών μετασχηματιστών, εξάγονται, αρχικά για καθαρά ωμικό φορτίο, τα διανυσματικά διαγράμματα πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, συμπεριλαμβανομένων των συνιστωσών των ρευμάτων αντιστάθμισης, και παρουσιάζονται οι μαθηματικές εκφράσεις των συνιστωσών αυτών, για κάθε περιοχή λειτουργίας του συστήματος. Οι σχετικές εκφράσεις γενικεύονται για τις διάφορες τιμές του συντελεστή ισχύος του φορτίου. Στο Κεφάλαιο 4 προσομοιώνεται, με βάση τους υπολογισμούς του προηγούμενου κεφαλαίου, το σύστημα, του υποσταθμού με το φορτίο και τη διάταξη αντιστάθμισης, σε περιβάλλον Simulink για τους δύο διαφορετικούς μετασχηματιστές. Παρουσιάζονται οι κυματομορφές των ρευμάτων του δικτύου πριν και μετά την αντιστάθμιση, καθώς και των ρευμάτων και τάσεων του αντιστροφέα. Δίνονται σχετικά παραδείγματα για όλες τις περιοχές λειτουργίας του συστήματος. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται, τα διαγράμματα των ρευμάτων του αντιστροφέα για τις διάφορες τιμές του συντελεστή ισχύος του φορτίου, για τους δύο διαφορετικούς μετασχηματιστές. Προσδιορίζονται οι μέγιστες τιμές των ρευμάτων του αντιστροφέα για τις διάφορες αυτές τιμές. Στο Κεφάλαιο 6 καταγράφονται τα συμπεράσματα της εργασίας, καθώς και σκέψεις μελλοντικού εμπλουτισμού της.