№ 17 (ЕСБЗТ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14447

Browse

Now showing 1 - 3 of 3

Вибір параметрів перетворення Фур'є для спектрального аналізу тягового струму
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Гаврилюк, Володимир Ілліч; Мелешко, Василь Васильович
UK: У роботі досліджено вплив параметрів короткочасного перетворення Фур'є (КЧПФ) на точність та роздільну здатність спектрального аналізу тягового струму. Стаття є продовженням роботи, в якій досліджено вплив параметрів аналогово-цифрового перетворення на точність вимірювання спектру тягового струму при проведенні випробувань рухомого складу на електромагнітну сумісність з рейковими колами. На основі аналізу нормативних документів сформульовано вимоги до програмної частини комплексу. Спектральний аналіз має забезпечувати динамічний діапазон вимірювань на рівні не менше ніж динамічний діапазон тягового струму (84 дБ), мати необхідну точність визначення амплітуди і частотного інтервалу гармонійних завад для частот, визначених нормативами, а також розділяти в часі завади, тривалістю більше 0,3 с. Оскільки тяговий струм є нестаціонарним в широкому значенні, для спектрального аналізу необхідно використовувати короткочасне перетворення Фур'є. З літературного огляду зроблено висновок, що забезпечення необхідного динамічного діапазону і точності визначення амплітуди гармонік приводить до погіршення роздільної здатності у часовій і частотній області. Підвищення роздільної здатності у часі і частоті одночасно також не можливо в силу принципу невизначеності, згідно якому додаток похибок частоти і тривалості сигналу є обмеженим знизу. На основі аналітичного огляду віконних функцій для комп'ютерного дослідження було вибрано чотири типа віконних функції: прямокутну, Ханна, Хамминга в Блекмана. Дослідження проведено з використанням синтезованого струму, аналогічного за параметрами реальному тяговому струму і із значеннями гармонійних завад на рівні максимально допустимих, відповідно до нормативів. Використання синтезованого струму зі заздалегідь відомими параметрами дозволяє провести оцінку похибки спектрального аналізу. Частота дискретизації при моделюванні була взята на рівні 27500 Гц, що теоретично має забезпечити для віконної функції довжиною 0,3 с роздільну здатність за частотою 0,27 Гц для прямокутного вікна, 0,54 Гц для вікон Ханна та Хаммінга та 0,81 Гц для вікна Блекмана. Результати дослідження показали, що відносна похибка струму гармонійних завад є вищою для прямокутного вікна і зменшується у ряду вікон: прямокутне, Ханна, Хаммінга, Блекмана, але навіть для останнього точність для деяких частот є не задовільною для практичного застосування. Високі значення похибки пояснюються розмиванням полос та гребінцевими спотворюваннями спектру. При збільшенні довжини вікна (до 1 с) роздільна здатність у частотній області покращується, а відносна похибка визначення струму гармонік і частот є значно нижчою, ніж для вікон довжиною 0,3 с. Збільшення числа полос (бінів) в частотній області швидкого перетворення Фур'є при незмінних значеннях довжини вікна і частоти дискретизації приводить до збільшення роздільної здатності ШПФ для близько розташованих гармонік у тяговому струмі. Роздільну здатність КЧПФ у часовій області можна частково збільшити шляхом правильного вибору параметра стрибка (зсуву) вікна, в результаті чого збільшується число полос, на які поділяється сигнал у часовій області.
Електромагнітна сумісність і аналіз параметрів якості електричної енергії споживачів тягових підстанцій.
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Сердюк, Тетяна Миколаївна
UK: Актуальність. У програмі «Драйв Україна 2030» заплановано розвиток українських залізниць і інтеграція нашої системи інфраструктури в європейський транспорт. Необхідно провести модернізацію різних підрозділів інфраструктури України. Інтеграція українського транспорту в європейську транспортну систему вимагає застосування нових технологій. Це необхідно для участі в проекті «Новий шовковий шлях». Таким чином, реформа інфраструктури передбачає модернізацію електроенергетики в Україні і введення нових вимог ринку для споживачів. Залізничний транспорт повинен гармонійно вписуватися в нові умови взаємодії з енергетикою. Енергоефективність українських залізниць все ще недостатньо висока через моральний і технічний знос обладнання тягових підстанцій, термін служби яких у багатьох випадках становить 30 ... 40 років. 242 тягових підстанції потребують негайної реконструкції. Причини низької енергоефективності також полягають в поганому технічному стані електричних мереж через спрацювання устаткування, асиметричне навантаження фаз тягового трансформатора і неповнофазних режимів роботи ліній електропередач (ЛЕП), потоків потужності і відсутність коштів для впровадження систем скомпенсаціі реактивної енергії. Метою роботи є оцінка енергоефективності тягових систем змінного струму і сучасних технічних умов розвитку залізничного транспорту, аналіз системи тягового електропостачання і її електромагнітна сумісність з нетягових споживачами. Саме тому дослідження, пов'язані з вивченням енергоефективності тягових і нетягових електричних мереж, розробкою заходів щодо збереження і поліпшення якості електроенергії, компенсацією реактивної потужності і підвищенням надійності енергопостачання, є актуальними. Споживачі тягових підстанцій були класифіковані за категоріями електропостачання. Існує певний дисбаланс між одержуваною і споживаною потужністю. Відсоток енергетичного дисбалансу не перевищує 1,4%. Було встановлено, що нетягові споживачі (деякі станції, нетягові залізничні служби і підрозділи і власні потреби підстанції) мають тільки 5% всієї електроенергії для даної підстанції. Слід зазначити, що стандарти електромагнітної сумісності вимагають коректування і подальшого розвитку. Для забезпечення ЕМС обладнання необхідно мати набір взаємоузгоджених стандартів, які будуть застосовуватися як при проектуванні, так і при експлуатації електричних мереж і підприємств. У системах електропостачання багатьох компаній стандарти якості електроенергії не дотримуються, що призводить до значних економічних втрат і соціальних витрат.
Раціональний вибір параметрів апаратно-програмного комплексу для спектрального аналізу тягового струму
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Гаврилюк, Володимир Ілліч; Мелешко, Василь Васильович
UK: В роботі проведено наукове обгрунтування раціонального вибору параметрів і характеристик структурних елементів апаратно-програмного комплексу для вимірювання параметрів гармонік тягового струму за критеріями забезпечення необхідної точності і роздільної здатності амплітуди, частоти і тривалості гармонік, значення яких визначені вимогами по забезпеченню електромагнітної сумісності тягового струму з лініями сигналізації і зв'язку (зокрема рейковими колами). Апаратно-програмний комплекс (АПК) для вимірювання гармонійних завад в тяговому струмі складається, у загальному вигляді, з первинного безконтактного перетворювача тягового струму у напругу, пристрою узгодження, аналогового антіалайзінгового фільтру. аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) і програмного комплексу (в нашому випадку ноутбука), який виконує швидке перетворення Фур'є з представленням спектру тягового струму у табличному або графічному вигляді. Для досягнення поставленої мети в роботі проаналізовано критерії вибору параметрів АПК і вплив параметрів та характеристики АЦП на точність визначення параметрів гармонік. Загальна відносна похибка АПК, за умовою, що похибки від підсистем комплексу є незалежними між собою і носять випадковий характер, може бути визначена як СКЗ від відносних похибок що виникають в окремих ланках пристрою. В роботі розглянуто похибки, що виникають внаслідок аналогово-цифрового перетворення. Розглянуто критерії вибору параметрів і характеристик АЦП, зокрема для забезпечення необхідної частоти дискретизації і динамічного діапазону вимірювання. за умов забезпечення необхідної точності і роздільної здатності в часовій і частотній області відповідно до вимог галузевих нормативних документів по забезпеченню електромагнітної сумісності тягового струму з рейковими колами та іншими пристроями сигналізації та зв'язку на залізниці. Дослідження впливу параметрів АЦП на його динамічні властивості було проведено на моделі з використанням синтезованого тестового змінного струму частотою 50 Гц з діючими значеннями струму гармонійних зава, антологічних реальному тяговому струму з максимально допустими рівнями завад. Отримані в модельному експерименті значення порогу шумів для АЦП з розрядністю 10 і 12 біт є занадто великими для забезпечення необхідної точності визначення значень гармонік тягового струму. Відношення "сигнал-шум" для 10-ти розрядного АЦП є меншим ніж 21 дБ, а для 12-ти розрядного АЦП менше ніж 42 дБ, що недостатньо для спектрального аналізу тягового струму. Значення для 14 розрядного АЦП змінюється в межах 20..50 дБ, а 16 розрядного АЦП в межах 40..60 дБ в залежності від СКЗ тягового струму і числа точок перетворення Фур'є , що дає можливість провести раціональний вибір параметрів АПК для забезпечення необхідної точності вимірювання найменших гармонік. Еквівалентне число біт АЦП досягає значень більших 7 для розрядності АЦП 14 і 9 для розрядності АЦП 16 біт.