Wpływ warunków początkowych na stabilność przekształtnikowych napędów trakcyjnych

Advance in a field of design and production of fully controllable high-power semiconductor devices enables increase of operating frequency of traction vehicle converter-based drive systems. Due to increased operating frequency and at determined allowable fluctuations of voltage and current in a traction network, the capacitance and inductance of an input filter can be significantly decreased. However, the significant change of the parameter values of these elements might be unacceptable, among other things due to necessity to ensure the stable operation of the drive system. Stability of the traction drive operation depends on parameters of the traction system such as resistance and inductance of traction network and input filter, supply voltage value, drive power and capacitance of the input filter capacitor. In a non-linear system, the initial values of input filter capacitor voltage and inductor current can also influence the conditions of the stable drive operation. On the basis of a simplified traction system model, consisting of an energy source, traction network, input filter and pulse-mode controlled drive system with speed and torque controllers, the analysis of influence of initial values of filter capacitor voltage and filter inductor current on conditions of stable drive operation was carried out. Necessary calculations were made using the Maple program and obtained results were verified by modelling the analysed system in IsSpice program.

Postęp w dziedzinie projektowania i produkcji w pełni sterowalnych elementów półprzewodnikowych dużej mocy umożliwia zwiększenie częstotliwości pracy przekształtników układów napędowych pojazdów trakcyjnych. Przy zwiększonej częstotliwości pracy i określonych dopuszczalnych wahaniach napięcia i prądu sieci trakcyjnej zmniejszone mogą być pojemność i indukcyjność filtru wejściowego. Znaczne zmniejszenie wartości tych parametrów może być jednak niedopuszczalne, między innymi ze względu na konieczność zapewnienia stabilnej pracy układu napędowego. Stabilność pracy napędu trakcyjnego zależy od parametrów systemu trakcyjnego, takich jak rezystancja i indukcyjność sieci trakcyjnej i filtru, wartość napięcia zasilania, moc napędu i pojemność kondensatora filtru. W układzie nieliniowym także wartości początkowego prądu dławika i napięcia kondensatora filtru wpływają na warunki stabilnej pracy napędu. Na podstawie uproszczonego modelu zastępczego systemu trakcyjnego, obejmującego źródło zasilania, sieć trakcyjną, filtr wejściowy i układ napędowy pojazdu z regulatorami momentu i prędkości zbadano wpływ napięcia początkowego kondensatora i prądu początkowego dławika filtru na warunki stabilnej pracy napędu. Badania wykonano z wykorzystaniem programu Maple, a ich wyniki zweryfikowano modelując analizowany układ w programie IsSpice.