Расчёт параметров основных элементов силовой цепи преобразователя для электровоза постоянного тока с коллекторными вспомогательными машинами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современный электрический подвижной состав (ЭПС) содержит разнообразные преобразователи, построенные на базе современных полупроводниковых приборов.

Совершенствуются схемы силовых, а также вспомогательных цепей ЭПС, в трёх направлениях: создание более экономичных, более надёжных и более удобных в эксплуатации преобразователей.

В настоящее время могут быть предложены следующие схемы питания вспомогательных цепей:

а) непосредственно от контактной сети (современный подвижной состав постоянного тока);

б) от вращающегося фазоращепителя (современный подвижной состав переменного тока);

в) от непосредственного преобразователя частоты (на электровозах переменного тока с асинхронными вспомогательными машинами);

г) от трёхфазного автономного инвертора (асинхронные машины на электровозах постоянного тока);

д) от преобразователя «автономный однофазный инвертор - трансформатор - управляемые выпрямители» (на электровозах постоянного тока).

Возможны другие схемы питания вспомогательных машин, не перечисленные выше.

В курсовом проекте необходимо:

- перечислить основные преимущества выбранной схемы питания вспомогательных цепей;

- привести схему вспомогательных цепей и дать описание её работы;

- по данным, предложенным преподавателем, выбрать тип двигателя постоянного тока на напряжение 220 или 440 В для компрессора и вентилятора, определить номинальные значения токов всех вторичных цепей;

- определить номинальные значения ЭДС вторичных обмоток соответственно при номинальном токе с учётом падения напряжения, связанного с коммутацией;

- выбрать тиристоры и диоды вторичных цепей трансформатора по току, напряжению и частоте;

- рассчитать величину индуктивности сглаживающего реактора в цепи якоря двигателя компрессора и вентилятора;

- найти приведённые к первичной обмотке трансформатора значения токов вторичных обмоток и ток первичной обмотки;

- выбрать тиристоры и обратные диоды автономного инвертора;

- рассчитать параметры входного фильтра, общего для силовой и вспомогательной цепей электровоза;

- привести функциональную схему управления преобразователем и кратко описать её работу.

1. Основные преимущества схемы питания вспомогательных цепей

В данном курсовом проекте ставится задача рассчитать параметры основных элементов силовой цепи преобразователя «автономный однофазный инвертор - трансформатор - управляемые выпрямители» для электровоза постоянного тока с коллекторными вспомогательными машинами. Такая схема питания вспомогательных машин имеет следующие преимущества по сравнению с традиционной схемой:

а) меньшая установленная мощность вспомогательных машин из-за отсутствия колебаний напряжения на них и, в частности, падение напряжения до минимальной величины, что и является причиной завышения мощности приблизительно на (15.. .20) % у вспомогательных машин;

б) возможность установки стандартных машин общепромышленного применения;

в) выбор машин на сравнительно низкое напряжение (220, 440, 750 В) повышает надежность их работы, уменьшает габариты, понижает стоимость;

г) улучшенные условия эксплуатации машин, связанные со стабильностью напряжения на них, так как ни колебания, ни броски напряжения на них практически не возможны из-за наличия входного и выходного фильтров преобразователя и управляемого выпрямителя, стабилизирующего выходное напряжение;

д) возможность автоматического пуска вспомогательных машин при стабилизации пускового тока, а также возможность регулирования скорости вращения мотор-вентилятора в функции нагрева тяговых двигателей.

2. Схема питания вспомогательных цепей и описание её работы

Схема питания вспомогательных цепей постоянного тока приведена на рисунке 2.1. На этой схеме обозначены:

1) ХА - пантограф;

2) разрядник;

З) РV - вольтметр;

4) QS₁ - разъединитель, необходимый для проведения профилактических осмотров и ремонтов;

5) QF₁ - быстродействующий выключатель, защищающий электрическую цепь, как тяговых двигателей, так и вспомогательных цепей от токов короткого замыкания и токов аварийной перегрузки;

б) L₁C₁ - входной фильтр, необходимый для питания преобразователей тяговых двигателей (импульсные преобразователи) и автономного инвертора вспомогательных цепей;

7) автономный однофазный мостовой инвертор напряжения, построенный на запираемых тиристорах (VS₁ ... VS₄) и обратных диодах (VD₁ ... VD₄), преобразующий постоянное напряжение контактной сети в прямоугольное переменное напряжение;

8) многообмоточный трансформатор, который работает на повышенной частоте и прямоугольном напряжении. На высокой частоте трансформаторы имеют повышенные потери в меди и стали. Из-за эффекта вытеснения тока на периферию проводника его эффективное сопротивление возрастает. Чтобы уменьшить эти потери, используют полые проводники или выполняют обмотку из алюминиевой или медной фольги. Потери в стали на вихревые токи и перемагничивание также возрастают. Для борьбы с вихревыми токами применяют более тонкую сталь (толщиной 0,1 мм) с большим активным сопротивлением.

9) первая вторичная обмотка, питающая через управляемый выпрямитель якорь двигателя-компрессора.

10) QF₂ - линейный контактор, который отключается на период остановки двигателя. Установить выпрямителю угол = 90° не всегда возможно, поэтому может наступить явление «ползучей скорости». На ток короткого замыкания он не рассчитан.

11) QF₃ - автомат постоянного тока, который отключается при коротком замыкании и аварийной перегрузке;

12) сглаживающий реактор, сглаживающий ток и напряжение для якоря двигателя;

13) вторая вторичная обмотка, аналогичная первой и питающая двигатель вентилятора;

14) третья вторичная обмотка, через управляемый выпрямитель питающая обмотки возбуждения двигателей компрессора и вентилятора. Защита этих цепей осуществляется предохранителями (плавкими вставками);

15) четвертая вторичная обмотка, которая питает обмотки возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения, а также в тяговом режиме;

16) выпрямитель однофазный управляемый реверсивный нулевой:

17) VD₁, VD₂ - светодиоды, которые показывают машинисту направление движения (вперед или назад);

18) пятая вторичная обмотка, через регулятор переменного тока питающая другие вспомогательные цепи электровоза.

19) L₂С₂ - выходные фильтры; они необходимы для фильтрования гармоник напряжения с частотой, отличной от 400 Гц;

20) напряжение 220 В частотой 400 Гц; используется для:

а) питания цепей управления преобразователей;

б) питания цепей освещения и отопления;

в) питания собственных нужд машиниста.

3. Расчёт вторичных цепей

3.1 Расчёт вторичных ЭДС

Среднее значение выпрямленного напряжения холостого тока можно определить, суммируя заштрихованные площади, при угле коммутации = 0.

Рисунок 3.1 - Диаграммы напряжений и выпрямленного тока

Поскольку к первичной обмотке приложено прямоугольное напряжение, форма выпрямленного напряжения во вторичных цепях будет иметь некоторые особенности.

, (3.1)

где: среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходу при любом угле , В;

падение напряжения, связанное с углом (коммутацией), В.

, (3.2)

, (3.3)

Из формул 3.1 и 3.2 следует, что

, (3.4)

для определения Е₂ необходимо знать , , , . Из этого выражения определим Е₂ при номинальных значениях величин. Тогда

, = 0,

Поскольку величина реактивного сопротивления неизвестна, принимаем

, (3.5)

Поэтому

, (3.6)

Прежде чем определить величину , необходимо выбрать двигатели. Согласно заданию задаём мощность двигателя компрессора:

, (3.7)

где последняя цифра номера варианта, .

Задаём мощность двигателя вентилятора:

, (3.8)

где предпоследняя цифра номера варианта, .

.

Таблица 3.1 - Выбор двигателей для вентилятора и компрессора на 440 В

Тип двигателя	Мощность, кВт	Напряжение, В	Частота вращения, об/мин.	КПД, %	Сопротивление обмоток при 15С, Ом
			ном.	макс.		якоря	ДП
Вентилятор
2ПН250МYХЛ4	26	440	600	1800	81,5	0,38	0,195
Компрессор
2ПН250МYХЛ4	26	440	600	1800	81,5	0,38	0,195

Машины серии 2П предназначены для работы в широко регулируемых электроприводах. По сравнению с предшествующими сериями у машин серии 2П повышена перегрузочная способность, расширены диапазон регулирования частоты вращения, улучшены динамические свойства, уменьшены шум и вибрации, увеличены надёжность и ресурс работы.

Определяем ЭДС вторичных обмоток, питающих якоря двигателей компрессора и вентилятора

, (3.9)

Определяем ЭДС вторичных обмоток возбудителя двигателей компрессора и вентилятора

, (3.10)

Определяем ЭДС вторичных обмоток возбудителя тяговых двигателей. Напряжение, необходимое для получения максимального тока в обмотках возбуждения, может быть найдено из выражения

, (3.11)

где: число двигателей (осей) электровоза;

коэффициент перегрузки по току, ;

часовой (номинальный) ток тягового двигателя, А;

сопротивление обмоток возбуждения тягового двигателя, Ом.

Выбираем тяговые электродвигатели для пассажирского электровоза постоянного тока ЧС2. Шестиосный электровоз ЧС2 предназначен для обслуживания пассажирских поездов на линиях с шириной колеи 1520 мм. Всё электрическое оборудование электровоза рассчитано на работу при кратковременном повышении напряжения на токоприёмнике до 4000 В и снижении его до 2200 В.

Для регулирования скорости на электровозах ЧС2 применяются следующие соединения:

- последовательное;

- последовательно - параллельное;

- параллельное.

В качестве тягового используется электродвигатель постоянного тока . Его основные характеристики: I_ч = 495 А; R_ОВ = 0,0269 Ом.

Тогда

, (3.12)

Определяем ЭДС обмотки собственных нужд.

Поскольку необходимо учесть падение напряжения, связанное с коммутацией, а также на фильтре, принимаем превышение ЭДС над номинальным выходным напряжением, равное 20%.

, (3.13)

3.2 Выбор вентилей вторичных цепей

Максимальный ток двигателя компрессора

, (3.14)

где коэффициент перегрузки по току (при пуске), .

Максимальное значение тока двигателя вентилятора

, (3.15)

где коэффициент перегрузки по току (при пуске), .

Максимальный ток на выходе возбудителя двигателей компрессора и вентилятора

, (3.16)

.

Максимальный ток на выходе возбудителя тяговых двигателей

, (3.17)

Максимальный ток на выходе обмотки собственных нужд

, (3.18)

,

.

Среднее значение тока вентилей компрессорной обмотки

, (3.19)

Среднее значение тока вентилей вентиляторной обмотки

, (3.20)

Среднее значение тока вентилей третьей обмотки

, (3.21)

Среднее значение тока вентилей четвертой обмотки

, (3.22)

Действующее значение тока через симистор пятой обмотки

, (3.23)

Максимальное напряжение на вентилях компрессорной обмотки

, (3.24)

.

Номинальное напряжение на вторичных обмотках получаем при минимальном напряжении в контактной сети 2700 В. Тогда при максимальном рабочем напряжении в контактной сети напряжение на всех вторичных обмотках повысится в соответствующее число раз.

Максимальное напряжение на вентилях вентиляторной обмотки

, (3.25)

.

Максимальное напряжение на вентилях третьей обмотки

, (3.26)

Максимальное напряжение на вентилях возбудителя тяговых двигателей

, (3.27)

.

Максимальное напряжение на симисторе пятой обмотки

, (3.28)

.

В качестве вентилей компрессорной обмотки выбираем быстродействующие тиристоры типа ТБ151-50 (ТУ 16-729.230-79), которые применяются в преобразователях электроэнергии, а также в других цепях постоянного и переменного тока различных силовых установок, в которых требуются в первую очередь малые времена выключения и включения, а также высокие критические скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии и тока в открытом состоянии.

Тиристоры допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от - 60 до + 40°С, атмосферном давлении 0,085 - 0,105 МПа, относительной влажности 98% при 35С.

Климатические исполнения и категория размещения У2, ХЛ2, Т2 по ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70.

Тиристоры допускают воздействие синусоидальных вибраций в диапазоне частот (1...100) Гц с ускорением 49 м/с² и одиночных ударов длительностью 50 мс с ускорением 39,2 м/с².

Тиристоры выпускаются в штыревом исполнении. Анодом является медное основание корпуса, катодом - основной гибкий вывод.

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от до , импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, , , цепь управления разомкнута): (500...1200) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85°С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 50А.

Действующий ток в открытом состоянии ( = 40 Гц): 78 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс , ; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс, , внутреннее сопротивление источника управления 10 Ом, Т_j = 25°С): 1,1 кА.

То же при Т_j = T_jm : 1,0 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц ,

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для ): 400 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 125С;

минимально допустимая T_jmin : - 60°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 60C;

минимально допустимая T_stgmin : - 60°C.

Крутящий момент: 15 3 Нм.

В качестве вентилей компрессорной обмотки используем 4 быстродействующих тиристора.

Выбор вентилей вентиляторной обмотки. В качестве вентилей вентиляторной обмотки выбираем быстродействующие тиристоры типа ТБ 151-50 (ТУ 16-729.230-79) с такими же условиями работы.

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от T_jmin до T_jm импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (500... 1200) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85°С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 50А.

Действующий ток в открытом состоянии ( = 40 Гц): 78 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс , ; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс, , внутреннее сопротивление источника управления 10 Ом, T_j = 25°С): 1,1 кА.

То же при Т_j = T_jm : 1,0 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц,

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для ): 400 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 125С;

минимально допустимая T_jmin : - 60°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 60C;

минимально допустимая T_stgmin : - 60°C.

Крутящий момент: 30 6 Нм.

В качестве вентилей вентиляторной обмотки используем 4 быстродействующих тиристора.

В качестве вентилей третьей обмотки выбираем быстродействующие тиристоры типа ТЧ25 (ТУ 16-529.848-74).

Тиристоры допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от - 50 до + 40 °С, атмосферном давлении 0,085 - 0,105 МПа, относительной влажности 98% при 35С.

Климатические исполнения и категория размещения У2 по ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70.

Тиристоры допускают воздействие синусоидальных вибраций в диапазоне частот (1...100) Гц с ускорением 49 м/с² и многократных ударов с ускорением до 147 м/с².

Тиристоры выпускаются в штыревом исполнении. Анодом является медное основание, катодом - основной жесткий вывод.

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от T_jmin до T_jm , импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (300...900) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 70°С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 25А.

Действующий ток в открытом состоянии ( = 50 Гц): 39 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс , ; режим в цепи управления: , , внутреннее сопротивление источника управления 4,5 Ом, , T_j = 25°С): 770 А.

То же при Т_j = T_jm : 700 А.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц ,

параметры источника управления, как для ): 100 - 200 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 110С;

минимально допустимая T_jmin : - 50°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 50C;

минимально допустимая T_stgmin : - 50°C.

Крутящий момент: 12,5 2,5 Нм.

В качестве вентилей третьей обмотки используем 4 быстродействующих тиристора.

В качестве вентилей четвертой обмотки выбираем быстродействующие тиристоры типа ТБ 143-400 (ТУ 16-729.243-80) с такими же условиями работы.

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от T_jmin до T_jm , импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (600... 1200) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85°С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 400А.

Действующий ток в открытом состоянии ( = 50 Гц): 630 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс , ; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс, , внутреннее сопротивление источника управления (5...10) Ом, , T_j = 25°С): 8,0 А. То же при Т_j = T_jm : 7,0 А.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц ,

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для ): 800 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 125С;

минимально допустимая T_jmin : - 60°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 60C;

минимально допустимая T_stgmin : - 60°C.

Крутящий момент: 16 3,2 Нм.

В качестве вентилей четвёртой обмотки используем 4 быстродействующих тиристора.

Симистор рассчитан на работу при максимальной частоте 400 Гц, то есть на пределе по нашим условиям. Поэтому для надежности работы симистора необходимо, чтобы его ток, хотя бы на 50%, превышал необходимый.

Исходя из этих соображений, выбираем симметричный тиристор типа ТС 161-160 (ТУ 16-729.106-8 1), которые предназначены для применения в электротехнических и радиоэлектронных устройствах общего назначения в цепях постоянного и переменного тока.

Симметричные тиристоры допускают воздействие синусоидальных вибраций в диапазоне частот (1...100) Гц с ускорением 49 м/с² и многократных ударов длительностью (2...15) мс с ускорением до 147 м/с².

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии (диапазон температур от T_jmin до T_jm , импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (200...1200) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85°С, при двусторонней проводимости , угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 160А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток синусоидальный, одиночный импульс , ; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 1 мкс, , внутреннее сопротивление источника управления 5 Ом, , T_j = 25°С): 2,0 кА.

То же при Т_j = T_jm : 1,8 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц ,

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для ): 6,3 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 125С;

минимально допустимая T_jmin : - 60°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 60C;

минимально допустимая T_stgmin : - 60°C.

Крутящий момент: 50 5 Нм.

В схеме используем один симистор.

4. Выбор вентилей автономного инвертора

4.1 Определение коэффициентов трансформации

Коэффициенты трансформации всех обмоток определяем по условиям получения номинального напряжения на нагрузках при минимально допустимом напряжении в контактной сети, т.е. при Е_2К,В = 2700 В.

Коэффициент трансформации первой обмотки

, (4.1)

Коэффициент трансформации второй обмотки

, (4.2)

Коэффициент трансформации третьей обмотки

, (4.3)

Коэффициент трансформации четвертой обмотки

, (4.4)

Коэффициент трансформации пятой обмотки

, (4.5)

4.2 Приведение токов обмоток к первичной обмотке

Приведенный к первичной обмотке ток первой обмотки

, (4.6)

Приведенный к первичной обмотке ток второй обмотки

, (4.7)

.

Приведенный к первичной обмотке ток третьей обмотки

, (4.8)

Приведенный к первичной обмотке ток четвертой обмотки

, (4.9)

.

Приведенный к первичной обмотке ток пятой обмотки

, (4.10)

.

Определяем полный ток первичной обмотки

, (4.11)

.

Средний ток тиристора автономного инвертора

, (4.12)

.

Максимальное напряжение на тиристоре автономного инвертора

, (4.13)

где: максимальное напряжение в контактной сети, ;

пульсация напряжения на входном фильтровом конденсаторе, В.

, (4.14)

;

.

В качестве вентилей автономного инвертора выбираем GСТ - тиристоры большой мощности в интегральном исполнении фирмы АВВ.

Основной особенностью тиристоров GСТ, по сравнению с приборами GТО, является быстрое выключение, которое достигается как изменением принципа управления, так и совершенствованием конструкции прибора.

Быстрое выключение реализуется превращением тиристорной структуры в транзисторную при запирании прибора, что делает прибор нечувствительным к скорости .

Рисунок 4.1 - Схема тиристора GСТ

Тиристор GСТ в фазах включения, проводящего и блокирующего состояния управляется так же, как и GТО. При выключении управление GСТ имеет две особенности:

- ток управления равен или превосходит анодный ток (для тиристоров GТО меньше в 3 - 5 раз);

- управляющий электрод обладает низкой индуктивностью, что позволяет достичь скорости нарастания тока управления равной 3000 А/мкс и более (для тиристоров GТО значение составляет 30 - 40 А/мкс).

Рисунок 4.2 - Распределение токов в тиристоре GСТ при выключении

На рисунке 4.2 показано распределение токов в структуре тиристора GСТ при выключении прибора. Процесс включения подобен включению тиристоров GТО, а процесс выключения отличается. После подачи отрицательного импульса управления (), равного по амплитуде величине анодного тока (), весь прямой ток, проходящий через прибор, отклоняется в систему управления и достигает катода, минуя переход j3 (между областями р и n). Переход j3 смещается в обратном направлении, и катодный транзистор n - р - n закрывается. Дальнейшее выключение GСТ аналогично выключению любого биполярного транзистора, что не требует внешнего ограничения скорости нарастания прямого напряжения .

Изменение конструкции GСТ связано с тем, что динамические процессы, возникающие в приборе при выключении, протекают на один-два порядка быстрее, чем в GТО. Так, если минимальное время выключения и блокирующего состояния для GТО составляет 100 мкс, для GСТ эта величина не превышает 10 мкс. Скорость нарастания тока управления при выключении GСТ составляет 3000 А/мкс, GТО - не превышает 40 А/мкс.

Чтобы обеспечить высокую динамику коммутационных процессов, изменили конструкцию вывода управляющего электрода и соединение прибора с формирователем импульсов системы управления.

Вывод выполнен кольцевым, опоясывающим прибор по окружности. Кольцо проходит сквозь керамический корпус тиристора и контактирует: внутри с ячейками управляющего электрода; снаружи - с пластиной, соединяющей управляющий электрод с формирователем импульсов.

В качестве вентилей автономного инвертора выбираем GСТ - тиристоры большой мощности фирмы АВВ.

Предельные и характеризующие параметры GСТ - тиристора.

Блокирующее прямое напряжение , В, при Т_j = - 40 + 125С...4500

Прямой ток в закрытом состоянии , мА, при = 4500 В,

Т_j = 125С…..25

Обратное напряжение , В, при Т_j = - 40 + 125С….4000

Прямое напряжение , В, во включенном состоянии при = 4000 А,

Т_j = 125С……. 2,7

Пороговое напряжение , В, при = 1000 4000 А, Т_j = 125С…1,1

Динамическое сопротивление , мОм, при = 1000 4000 А,

Т_j = 125С…..0,4

Прямой ток , А, во включенном состоянии при синусоидальной форме сигнала частотой 50 Гц, Т_j = 85С…. 2000

Критическая скорость нарастания тока анода при = 4000 А,

= 50 Гц, ,А/мкс …3000

Время включения , мкс, при = 4000 А, = 350 А/мкс,

= 2500В, Т_j = 125С, С_s = 4мкФ, R_s = 5Ом…….40

Время выключения , мкс, при = 4000 А, = 2500 В, = 4500 В, Т_j = 125С, С_s = 4мкФ, L_s = 300 нГ……..10

Температура структуры, T_jGCT , C… - 40; +125

Масса, m_GCT , кг……1,2

Определяем средний ток обратных вентилей.

Исходя из опыта, реактивные токи подобных автономных инверторов составляют примерно 60% от общего тока :

, (4.15)

.

Максимальное напряжение на диодах

, (4.16)

.

Выбор диодов автономного инвертора. Для автономного инвертора выбираем быстро восстанавливающиеся диоды типа ДЧ151-80 (ТУ 16-729.230-79).

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от T_jmin до T_jm , импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (500...1400) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85°С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 80А.

Действующий ток в открытом состоянии ( = 40 Гц): 126 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс = 10 мс, = 0; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс, , внутреннее сопротивление источника управления 10 Ом, = 25 °С): 2,7 кА. То же при Т_j = Т_jm : 2,4 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии

(Т_j = T_jm , , , = (1…5) Гц ,

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для ): 400 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm : 140С;

минимально допустимая T_jmin : - 60°С.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm : 60C;

минимально допустимая T_stgmin : - 60°C.

Крутящий момент: 15 3 Нм.

Для обратных вентилей используем 4 диода.

Число последовательно включённых приборов обеспечивает отсутствие отказов приборов при атмосферных и коммутационных перенапряжениях:

, (4.17)

где: коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений;

коэффициент коммутационных перенапряжений, = 1,3...1,5.

повторяющееся импульсное обратное напряжение вентиля, В.

В схеме используем 4 вентиля.

5. Расчёт параметров входного фильтра

5.1 Расчёт ёмкости входного фильтра

Как показано в [2, стр. 229-232], размах колебаний напряжения на конденсаторе и тока сети достигает максимума при значении коэффициента заполнения импульсов . Тогда ёмкость фильтра:

, (5.1)

Где

, (5.2)

.

, (53)

.

Тогда .

В связи с тем, что используется специальный фильтровой конденсатор типа ФСТ-4-96 с номинальным напряжением 4 кВ и ёмкостью 96 мкФ, найденное значение округляем до ближайшего большего числа, кратного 96, т.е. принимаем 11 конденсаторов, соединённых параллельно.

.

5.2 Расчёт индуктивности входного фильтра

Индуктивность в основном сглаживает пульсации тока, а ёмкость в основном сглаживает пульсации напряжения.

Выведем формулу для падения напряжения на индуктивности из 2-го закона Кирхгофа для контура

, (5.4)

, (5.5)

, (5.6)

Тогда величину индуктивности можно определить по формуле

, (5.7)

где

, (5.8)

, (5.9)

;

;

Как показано в [2, стр. 229-232], формулы (5.1 и 5.7) дают приемлемую погрешность только при условии , где собственная частота колебательного контура, образованного ёмкостью фильтра и индуктивностями фильтра и контактной сети = 5 мГн. Рассчитаем эту частоту по формуле

, (5.10)

Условие очевидно выполняется.

6. Функциональная схема управления инвертором

На рисунке 6.1 изображена функциональная схема управления инвертором, где использованы следующие обозначения:

ЭГ - задающий генератор;

ДЧ - делитель частоты;

ЛЗ - линия задержки;

ФИЗ - формирователь запирающих импульсов для тиристоров;

ФИО - формирователь отпирающих импульсов.

Рисунок 6.1 - Функциональная схема управления инвертором

В качестве задающего генератора чаще всего применяют мультивибратор с кварцевым резонатором. Импульсы с задающего генератора поступают на делитель частоты, который разделяет сигналы, поступающие на тиристоры , 4 и , 3. Поскольку используются запираемые тиристоры, необходимо формировать отпирающие и запирающие импульсы. Линии задержки, которые можно построить на базе логических схем И-НЕ, обеспечивают необходимую задержку отпирания очередной пары тиристоров.

силовой цепь преобразователь электровоз

Список литературы

1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов железнодорожного транспорта.-- М.: Транспорт, 1999. -- 464с.

2. Тихменёв Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1980. -- 385с.

3. Чебовский О.Л., Моисеев Л.Г., Недошивин В.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. -- М.: Энергоатомиздат, 1985. -- 400с.

Размещено на Allbest.ru

...