На тему: “Автоматизированный тяговый электропривод трехосного городского троллейбуса с тиристорно-импульсной рекуперативной системой управления”

Исполнитель: Кутищев Д.В.

Минск

2003

ВВЕДЕНИЕ

Современный городской электрический транспорт является одним из основных среди всех, предназначенных для маршрутного обслуживания населения городов. Различные его виды отличаются технико-экономическими и эксплуатационными показателями, которые и предопределяют целесообразность применения каждого вида пассажирского электротранспорта в тех или иных конкретных условиях.

Наряду с рельсовым городским электротранспортом (трамвай, метрополитен) троллейбус нашел широкое применение в качестве общественного электрического транспорта, не требующего прокладки рельсовых коммуникаций. В нем сочетаются конструктивные элементы и агрегаты подвижного состава автомобильного типа и электрических железных дорог. Вся ходовая часть, тяговая передача и частично органы управления однотипны с оборудованием автобусов. Тяговый электродвигатель, система электрического управления имеют много общего с электрооборудованием рельсового электрического подвижного состава.

Используя электрический ток в качестве энергоносителя, троллейбус по сравнению с другими видами транспорта имеет весьма существенные преимущества. Он бесшумен при движении, не выделяет при работе продуктов сгорания, загрязняющих воздух, что для городов имеет большое экологическое значение, обладает хорошими динамическими качествами. По сравнению с трамваем троллейбус обладает лучшей управляемостью и маневренностью, так как может отклоняться от осевой линии контактных проводов на расстояние до 4,5 метра в каждую сторону и, при необходимости, обгонять движущиеся или объезжать неподвижные транспортные средства и препятствия.

Однако, троллейбусный транспорт не лишен и недостатков: у него меньше пропускная способность и, следовательно, более высокая стоимость обслуживания по сравнению с трамваем, значительно ниже, чем у автобусов маневренность, он требует наличия контактной сети и тяговых подстанций, имеет более низкую по сравнению с автобусом скорость сообщения.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ технологического процесса

При управлении тяговыми электродвигателями выполняются следующие основные операции:

подключение тягового электродвигателя к контактной сети и отключение его от нее по воле водителя или автоматически (например, при перегрузках, коротких замыканиях, исчезновении напряжения в контактной сети, превышениях напряжения выше допустимой величины);

переключение ступеней пускотормозных реакторов;

переключение ступеней в цепи возбуждения для изменения магнитного поля тягового электродвигателя;

переключение цепей тягового электродвигателя с тяги на торможение и обратно;

включение режима торможения, переключение с одного вида торможения на другой (например, с реактивного на реостатное или с реостатного на механическое);

изменение направления движения троллейбуса (реверсирование направления вращения тягового электродвигателя).

Таким образом, при управлении троллейбусом водитель может осуществлять пуск, движение на маневровой позиции, разгон, движение с различной скоростью, электрическое торможение и реверсирование. Все эти операции выполняются с помощью аппаратов, электрически связанных с тяговыми двигателями и друг с другом. Системы управления тяговым электродвигателем в зависимости от вида пускового устройства разделяют на ступенчатые и плавные, а от способа привидения в действие электрических аппаратов - на системы непосредственного и системы косвенного (дистанционного) управления.

В системах непосредственного управления все переключения в цепи тяговых электродвигателей, обеспечивающие пуск, регулирование скорости и торможение, производится силовым контролером, приводимым в действие непосредственно водителем. В системах косвенного управления необходимые переключения в электрических цепях выполняются контакторами, работой которых управляет контролер цепи управления, приводимой в действие водителем. Системы косвенного управления по виду приводов контакторов разделяются на индивидуальные, групповые и специальные. При индивидуальных системах управления все переключения в цепях тяговых двигателей выполняются индивидуальными контакторами, при групповых - групповыми электрическими агрегатами. В смешанных системах часть операций управления выполняется групповыми аппаратами, а часть - индивидуальными.

Системы косвенного управления разделяются на неавтоматические и автоматические. При автоматическом управлении выведение из цепи якоря пускового реостата, ослабление магнитного поля производится без участия водителя, под контролем специального реле. Водитель только включает или выключает цепь управления, а также выбирает ускорение при пуске и замедление при торможении в зависимости от условий движения (заполненности троллейбуса, состояния дорожного покрытия и др.).

1.2 Описание промышленной установки

Троллейбусы - сложные машины, состоящие из совокупности механизмов и систем. Конструкции их могут отличаться. Однако у большинства троллейбусов принципы устройства и действия основных механизмов и систем одинаковы. В каждом троллейбусе выделяются пять основных частей: кузов, тяговые электродвигатели, шасси, пневматическое оборудование, пускорегулирующая электроаппаратура с системой управления и вспомогательным электрическим оборудованием.

Кузов с рамой (или несущий кузов) представляют собой основу, дающую возможность механически присоединять к ним оборудование или соединять между собой отдельные агрегаты и элементы подвижного состава. В кузове оборудуются помещение для пассажиров и кабина для водителя, размещаются отдельные устройства и приспособления для крепления различной аппаратуры и других элементов оборудования.

Тяговый электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. В результате такого преобразования приводится во вращение вал электродвигателя, передающий через ряд механизмов крутящий момент на ведущие колеса троллейбуса. На троллейбусах могут применяться тяговые электродвигатели как постоянного, так и трехфазные двигатели переменного тока.

Шасси объединяет группы деталей, механизмов и систем, в числе которых трансмиссия, несущая система, подвеска, колеса, рулевое управление и тормозные системы.

Трансмиссия передает и преобразует крутящий момент от тягового двигателя к ведущим колесам. В трансмиссию входят карданная передача, главная передача, установленная в картере ведущего моста, дифференциал, полуоси и конечные передачи.

Передний мост шарнирно соединяется с кузовом при помощи передней подвески и передает нагрузку передней части троллейбуса на дорогу через колеса. Передние мосты троллейбусов управляемые и дают возможность в необходимых случаях изменять направление движения троллейбуса.

Задний мост соединяется с кузовом при помощи задней подвески и передают нагрузку задней части троллейбуса на дорогу через колеса. Задние мосты, как правило, являются ведущими, т.е. обеспечивают реализацию силы тяги, а следовательно, движение троллейбуса. В корпусе заднего моста располагаются элементы трансмиссии.

Передняя и задняя подвески троллейбуса обеспечивают комфортные условия поездки для пассажиров. Конструкция их с прогрессивной характеристикой, что обеспечивается применением листовых рессор небольшой жесткости и пневматических упругих элементов. Применяемые конструкции подвесок предусматривают восприятие рессорами как вертикальных, так и горизонтальных нагрузок. Для гашения колебаний используются гидравлические амортизаторы.

Механизм рулевого управления троллейбуса с гидроусилителем обеспечивает поворот колес переднего моста в нужном направлении движения. Поворот рулевого колеса осуществляется при усилии, не вызывающим дискомфорт водителя. При движении по прямой исключает необходимость заметной корректировки водителем направления движения, что обеспечивается установкой управляемых колес.

Тормозная система предназначена для обеспечения замедления движущегося троллейбуса с желаемой интенсивностью вплоть до остановки, а также для удержания его на стоянке.

Пневматическое оборудование троллейбуса служит для получения и аккумулирования сжатого воздуха, подачи его к тормозным устройствам, пневматической подвеске и механизмам обслуживания кузова, а также для приведения их в действие.

Пускорегулирующая электрическая аппаратура предназначена для плавного регулирования скорости троллейбуса, электродинамического торможения с рекуперацией электроэнергии в сеть и автоматического гашения электроэнергии на радиаторы при отсутствии потребителей вырабатываемой энергии.

Система управления предназначена для реализации необходимых тяговых характеристик и выполняется с применением средств микропроцессорной техники с целью автоматического выбора наиболее оптимального режима движения троллейбуса, реализации различных законов управления тяговым двигателем в зависимости от условий движения, профиля дороги, нагрузки, положения педали. Система управления включает в себя следующие системы и блоки: блок управления тяговыми двигателями; центральный пульт управления; систему связи и информации.

Вспомогательная электрическая аппаратура включает электродвигатели насосов, компрессоров, аккумуляторные батареи, системы управления для обеспечения правильной их работы, а также освещения, отопления, вентиляции, сигнализации и другие вспомогательные цепи.

1.3 Анализ взаимодействия оператор-промышленная установка

Взаимодействие водителя с системой управления осуществляется при помощи педалей управления расположенных в кабине водителя и, при помощи кнопок, переключателей и тумблеров, расположенных на приборном щитке и вспомогательных панелях в кабине водителя.

Таким образом, при управлении троллейбусом водитель может осуществлять пуск, движение на маневровой позиции, разгон, движение с различной скоростью, электрическое торможение и реверсирование. Все эти операции выполняются с помощью аппаратов, электрически связанных с тяговыми двигателями и друг с другом. Системы управления тяговым электродвигателем в зависимости от вида пускового устройства разделяют на ступенчатые и плавные, а от способа привидения в действие электрических аппаратов - на системы непосредственного и системы косвенного (дистанционного) управления.

В системах непосредственного управления все переключения в цепи тяговых электродвигателей, обеспечивающие пуск, регулирование скорости и торможение, производится силовым контролером, приводимым в действие непосредственно водителем.

2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

2.1 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу

Электродвигатели системы управления и источники питания составляют тяговое электрооборудование. Требования к нему определяются условиями работы троллейбуса, для которых характерны частые включения и выключения электрических цепей, значительные колебания напряжения, широкие пределы изменения тока, потребляемого тяговым электродвигателем и существенный нагрев электрооборудования.

При движении троллейбуса электрооборудование подвергается ударным воздействиям тряски и вибрации, что требует повышенной механической и электрической прочности деталей и узлов электрооборудования. Вследствие проникновения в электрооборудование загрязненного и влажного воздуха, а иногда грязи, воды и снега, металлические детали электрооборудования должны иметь надежное антикоррозийное покрытие, а изоляционные и изолированные детали влагостойкую изоляцию.

К системам управления электродвигателем предъявляются следующие требования:

операции по управлению тягового электродвигателя должны быть основаны на простых и легко запоминающихся манипуляциях (рукоятками и педалями контролера управления) и исключать одновременное использование более одной рукоятки и педали. Все рукоятки и педали должны быть сблокированы между собой так, чтобы исключить ошибочные действия и обеспечить при любых условиях наиболее безопасный режим движения-торможения;

отказ в работе какого-либо электрического аппарата не должен сопровождаться появлением неправильного режима (например, тягового режима вместо тормозного и пр.);

аппараты и все цепи, соединяющие их между собой и с тяговым электродвигателем, должны работать надежно;

должен быть максимально облегчен труд водителя;

должно быть легким и удобным обслуживание оборудования в эксплуатации;

должны быть обеспечены минимальные габариты и вес регулирующей аппаратуры, а также минимальная стоимость системы управления и расходы на ее обслуживание.

При движении троллейбуса приходится менять такие параметры, как скорость и силу тяги ведущих колес, так как изменяются профиль дороги, дорожная обстановка, сигналы светофора, а также условия безопасности движения.

Поэтому троллейбусы с тяговыми двигателями постоянного тока должны удовлетворять следующим основным требованиям в режиме тяги и электрического торможения.

1. Иметь тяговые двигатели, обладающие электрической устойчивостью режимов работы, т.е. автоматически восстанавливать состояние электрического равновесия между своими параметрами при случайном малейшем отклонении режима работы от установившегося состояния. Это значит, что возникающая по времени разность между напряжением, приложенным к двигателю, и его э.д.с. должна изменяться так, чтобы ток двигателя возвращался к своему установившемуся значению.

2. Обеспечивать механическую устойчивость режима работы, а значит, механическую устойчивость режима движения троллейбуса. Иными словами при малейшем случайном отклонении скорости движения троллейбуса от установившегося значения возникающая разность силы тяги Fк и сопротивления движению F? должна изменяться так, чтобы автоматически восстанавливалась скорость движения, соответствующая предшествующему установившемуся режиму движения. Если при этом Fк-F?>0, троллейбус движется ускоренно, при Fк-F?<0 - замедленно.

3. Обеспечивать равномерное распределение нагрузки между параллельно работающими тяговыми двигателями в режиме электрического равновесия.

4. Обладать высокой надежностью и возможно простой схемой.

2.3 Техническое обоснование и выбор системы электропривода

На троллейбусах до недавнего времени применялась только контактно-реостатная система управления. Развитие силовой полупроводниковой техники, применение выключаемых тиристоров позволили создать качественно новые системы управления режимами работы тяговых электродвигателей - бесконтактные тиристорно-импульсные. Переход на бесконтактное плавное управление коренным образом меняет схемы и условия работы троллейбуса, значительно улучшая его тягово-эксплуатационные качества и повышая экономическую эффективность электрической тяги.

Тиристорное плавное управление по сравнению с контактно-реостатным имеет ряд важных преимуществ:

возможно осуществлять автоматическое управление работой двигателя, получая практически любые тяговые характеристики, удовлетворяющие различным условиям эксплуатации;

безреостатный плавный пуск устраняет потери энергии в пусковых резисторах и позволяет повысить ускорение при трогании без увеличения мощности тягового двигателя;

регулирование скорости возможно во всем ее проектном диапазоне (отсутствует ограниченное число детерминированных ходовых позиций);

упрощаются силовые схемы троллейбуса.

На троллейбусах применяют плавное регулирование напряжения, подводимого к двигателям, а также сопротивления пусковых резисторов и тока возбуждения.

3. РАСЧЕТ НАГРУЗОК МЕХАНИЗМОВ

3.1 Анализ кинематической схемы, определение параметров и составление расчетной схемы механической части электропривода

Режим движения троллейбуса определяется соотношением всех действующих на него сил, анализ которых показывает, что в нормальных условиях эксплуатации возможны три режима движения троллейбус: тяга, выбег и торможение.

Рис. 3.1. Режимы движения троллейбуса.

При тяге, когда Fк>F? (Fк - касательная сила тяги ведущих колес; F? - сила сопротивления движению троллейбуса) и, следовательно,

троллейбус движется ускоренно. Если в режиме тяги Fк=F?, то

и троллейбус движется с установившейся скоростью. При Fк=F?

троллейбус движется замедленно. В режиме выбега Fк=0; режим движения троллейбуса определяется силой сопротивления его движения на выбеге. На горизонтальном участке дороги если x<0, то скорость троллейбуса снижается. Однако при выбеге на спусках, особенно крутых, составляющая веса троллейбуса может превысить силу сопротивления движению. Разность этих сил направлена в сторону движения троллейбуса, следовательно, x>0 и троллейбус ускоряет свое движение.

Каждый из режимов движения троллейбуса рассчитывают исходя из поставленных технических требований. Например, расчет режима тяги начинают с трогания (пуска), интенсивность которого определяется пусковым током тягового двигателя и массой троллейбуса. Максимальное значение пускового тока, как соответствующее наиболее тяжелому режиму работы двигателя и отсутствия значительного буксования колес.

Установившаяся скорость движения троллейбуса, при которой Fк=F?, зависит от ряда факторов: мощности тягового двигателя, массы троллейбуса, профиля и состояния дороги. Режим постоянной скорости является с точки зрения использования оборудования системы электроснабжения предпочтительным, так как обеспечивает постоянство ее нагрузок.

В режиме выбега движение троллейбуса происходит за счет накопленной им кинетической, а на спусках - и потенциальной энергии, расходуемой по мере преодоления сопротивления движению, включая потери на трение в трансмиссии троллейбуса, которые в режиме тяги покрываются энергией, забираемой им через контактную сеть от тяговой подстанции.

В режиме торможения с помощью механических и электрических тормозов осуществляется замедление троллейбуса и, в требуемых случаях, его остановка. Интенсивность торможения устанавливает водитель, так как тормозная сила является регулируемой: при механическом торможении - в зависимости от наполнения тормозных камер сжатым воздухом, при электрическом - в зависимости от тока возбуждения и тока якоря тягового двигателя, работающего в генераторном режиме. Предельные режимы торможения устанавливают исходя из требований, аналогичных предъявляемых к режиму пуска и трогания троллейбуса.

3.2 Предварительный выбор двигателя по скорости, моменту, мощности

Предварительный выбор тягового электродвигателя будем производить исходя из рассчитанной эквивалентной статической мощности.

Для расчета эквивалентной статической мощности нам необходимо построить скоростную диаграмму. Нами был выбран троллейбусный маршрут №45 г. Минска. Экспериментальным путем нами были получены следующие данные: расстояние между остановками, общее время движения между остановками (проезда перегона), время разгона до установившейся скорости, время тяги, время выбега, время торможения до пониженной скорости, время движения на пониженной скорости, время торможения до полной остановки троллейбуса, а также время затрачиваемое на высадку и посадку пассажиров. Все полученные данные сведены в таблицу 3.1. По этим данным строятся скоростные диаграммы для каждого перегона. Скоростная диаграмма для первого перегона представлена на рис.3.2.

Рассчитаем статическую силу для передвижения троллейбуса по горизонтальному участку дороги.

 ;

где: m - полная масса троллейбуса;

m=28500 кг;

? - коэффициент трения скольжения в подшипниках ступицы (для подшипников качения ?=0,015);

r - радиус ступицы ходового колеса;

r=110 мм;

f - коэффициент трения качения ходовых колес; принимаем движение по асфальтированному шоссе;

f=0,014;

Rк - радиус ходового колеса;

Rк=447 мм.

Таким образом статическая сила для передвижения по горизонтальному участку будет равна:

Н;

Рис.3.2. Скоростная диаграмма.

Произведем расчет статических моментов механизма.

Статический момент механизма при работе в двигательном режиме находим по формуле:

;

где: j - передаточное число ведущего моста;

j=5,78;

? - КПД трансмиссии троллейбуса;

?=0,9;

Н*м.

Статический момент механизма при работе в тормозном режиме находим по формуле:

Н*м.

По рассчитанным значениям статических моментов построим диаграмму нагрузки механизма М_с=f(t) для первого перегона. Данная диаграмма показана на рис.3.3.

Рис.3.3. Диаграмма нагрузки механизма М_с=f(t).

Рассчитаем эквивалентный статический момент механизма.

;

где: М_с,i - статический момент на i-ом интервале времени;

t_i - интервал времени i-го участка.

Таким образом эквивалентный статический механизма момент будет равен:

Н*м.

Найдем необходимую угловую скорость двигателя:

;

где: ? - установившаяся скорость движения троллейбуса;

?=15,3 м/с;

угловая скорость будет равна:

рад/с.

Рассчитаем требуемую частоту вращения двигателя:

об/мин.

Найдем расчетную эквивалентную мощность на валу двигателя по которой будем производить выбор тягового электродвигателя троллейбуса.

Р_с,э=М_с,э*?=818,2404*197,8389=161879,8 Вт.

По данной величине эквивалентного статического момента из справочника по электрическим машинам /4,стр.360/ выбираем тяговый электродвигатель для городского электротранспорта.

Тип двигателя: ДК211АМ;

Номинальная мощность: Р_н=170 кВт;

Напряжение: U=550 В;

Частота вращения: номинальная n_н=1520 об/мин;

наибольшая n_м=3900 об/мин;

Ток якоря: Iя=300 А;

Сопротивление якоря: r_я=0,044 Ом.

Способ возбуждения: смешанное/последовательное.

Рассчитаем момент инерции механизма приведенный к валу двигателя:

J_м=m*?² ;

где: m - полная масса троллейбуса;

? - радиус приведения;

м;

тогда момент инерции будет равен:

J_м=28500*0,0773=170 кг*м².

Определим угловое ускорение:

;

где: а - ускорение троллейбуса при разгоне;

а=1.53 м/с²;

получаем:

рад/с².

Рассчитаем динамический момент двигателя:

М_д=J_м*?=170*19,78=3362,6 Н*м.

Найдем момент двигателя при разгоне до установившегося значения скорости:

М₁=М_{с, д} +М_д;

где: М_{с, д} - статический момент в двигательном режиме;

М₁=841,1198+3362,6=4203,72 Н*м;

В режиме тяги момент двигателя будет равен статическому моменту в двигательном режиме:

М₂=М_{с, д}=4203,72 Н*м;

При торможении до пониженной скорости момент на валу двигателя будет равен:

М₃=М_{с, т} -М_д ;

где: М_{с, т} - статический момент в тормозном режиме;

М₃=681,307-3362,6=-2681,29 Н*м;

При торможении до полной остановки момент двигателя будет равен:

М₄= М_{с, т} -М_д=681,307-3362,6=-2681,29 Н*м.

По полученным значениям моментов строится нагрузочная диаграмма двигателя М=f(t) для данного перегона (рис.3.4).

Рис.3.4. Нагрузочная диаграмма двигателя М=f(t).

Для остальных участков цикла (перегонов) моменты двигателя рассчитываются аналогично по тем же формулам и строятся нагрузочные диаграммы.

3.3 Расчет и построение электромеханических характеристик двигателя

Расчет скоростных характеристик будем производить для разных значений тока возбуждения.

I_в=?*I_я ;

где: I_я - ток якоря двигателя.

Угловая укорость будет рассчитываться по формуле:

 ;

где: U_я - напряжения на якоре двигателя;

I_я - ток якоря двигателя;

R_я - сопротивление двигателя;

С_фФ_в^*(i_в) - произведение конструктивной постоянной двигателя на магнитный поток, находим из магнитной характеристики двигателя в зависимости от тока возбуждения.

Магнитная характеристика для данного двигателя представлена на рис.3.5.

Магнитная характеристика двигателя.

Рис.3.5.

Рассчитаем номинальную угловую скорость двигателя:

рад/с;

Значение С_фФ_в рассчитываем по формуле:

;

Для построения скоростной характеристики рассчитаем восемь точек в диапазоне изменения тока (0.25 - 2)I_н.

Расчет электромагнитного момента будем производить по формуле:

М=9,2*С_фФ_в*I_я;

Результаты расчета электромеханических характеристик при полном поле (?=1) сведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Рассчитаем электромеханические характеристики при ?=0,5. Результаты расчета приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Рассчитаем электромеханические характеристики при ?=0,4. Результаты расчета приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Рассчитаем электромеханические характеристики при ?=0,3. Результаты расчета приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.4

Рассчитаем электромеханические характеристики при ?=0,25. Результаты расчета приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6

По полученным данным строим электромеханические характеристики для каждого значения ? . Электромеханические характеристики приведены на рис.3.6 и рис.3.7.

Рассчитаем электромеханические характеристики для разных значений скважности (?). Скважность изменяется в пределах от 0,035 до 1. Возьмем следующие значения скважности:

Напряжение на якоре двигателя будет рассчитываться по формуле:

U_я=?*U_ян ;

где: U_ян - номинальное напряжение (U_ян=550 В).

Угловая скорость будет рассчитана по формуле:

.

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,035. Результаты вычислений приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,05. Результаты вычислений приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,1. Результаты вычислений приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,2. Результаты вычислений приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,5. Результаты вычислений приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=0,8. Результаты вычислений приведены в таблице 3.12.

Таблица 3.12

Рассчитаем электромеханическую характеристику для скважности ?=1,0. Результаты вычислений приведены в таблице 3.13.

Таблица 3.13

Электромеханические характеристики построенные по полученным данным приведены на рис.3.6.

Электромеханические характеристики М=f(I).

Рис.3.7.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

4.1 Тиристорно-импульсное управление тяговым двигателем

Принцип импульсного регулирования напряжения на тяговом двигателе заключается в следующем. Постоянное напряжение питающей сети U_с преобразуется в последовательность импульсов с регулируемой относительной длительностью. Величину среднего уровня напряжения изменяют с помощью быстродействующего преобразователя ТИП. Последний с различной частотой отключает и подключает тяговый двигатель к источнику питания.

На рис.4.1, а представлена схема преобразователя с токовой коммутацией.

Преобразователь с токовой коммутацией:

а - схема преобразователя; б - диаграммы токов и напряжений.

Рис. 4.1.

Основной тиристор VS1 закрывается импульсом тока, создаваемым в коммутирующей цепи. Описанный ниже принцип действия такого преобразователя иллюстрируется диаграммами на рис.4.1, б.

Конденсатор С заряжается от источника U через резистор R. Основной тиристор VS1 открывается в момент времени t=t₀. Выводы нагрузки оказываются подключенными к источнику питания, и через нее и тиристор VS1 протекает ток нагрузки.

В момент t=t₁ при переходе вспомогательного тиристора VS2 в открытое состояние начинается процесс коммутации VS1. Резонансный ток, который протекает по контуру, содержащему С, VS2 и L, изменяя свое направление в момент t₂, закрывает тиристор VS2 (естественная коммутация) и продолжает протекать по новой цепи, содержащей диод VD2 и еще открытый тиристор VS1. Данный контурный ток i_с вычитается из протекающего через VS1 в прямом направлении тока i_VS1, и в момент t₃, когда они становятся равными (i_с= i_VS1), основной тиристор закрывается. В этот же момент открывается диод VD1, начинающий проводить ток i_с-i_я и поддерживающий закрывающее напряжение обратной полярности на тиристоре VS1.

В момент t₄ i_c=i_я и i_VD1=0. В это время обратный диод VDо закрыт и ток нагрузки протекает по контуру, содержащему U, C, L, VD2 и нагрузку.

В момент t₅ на обратном диоде образуется прямое падение напряжения и по его контуру начинает протекать ток нагрузки. Колебательный контур, содержащий С и L,теперь включает в себя также источник питания U, VD2 и VDо. Ток этого контура уменьшается до нуля в момент t₆, а напряжение u_с растет до значения, превышающего U. На интервале t₅-t₆ i_я=i_с+i₀, поэтому с уменьшением i_c ток через обратный диод i₀ растет. С момента t₆ ток нагрузки i_я=i₀ медленно уменьшается. Напряжение на конденсаторе u_с также постепенно падает в процессе его разряда через резистор R.

При t=T вновь открывается основной тиристор VS1, и процесс повторяется.

Примененная нами схема коммутации обладает рядом преимуществ. Она обеспечивает надежную коммутацию во всех режимах, когда пиковое значение токов коммутирующего контура превышает ток нагрузки. Полярность заряда конденсатора не изменяется. Тиристор VS2 работает в режиме естественной коммутации, закрываясь при уменьшении до нуля проходящего через него тока.

4.2 Расчет параметров силовой схемы

Параметры коммутирующих конденсатора и реактора. Значения емкости коммутирующего конденсатора и индуктивности реактора должны удовлетворять следующим условиям:

максимальное значение тока коммутирующего контура для обеспечения надежной коммутации должно с определенным коэффициентом запаса превышать ток якоря. Получаем

U(C/L)^1/2=k_запI_{я max} ;

где k_зап>1 - коэффициент запаса; I_{я max} - максимальное значение тока якоря;

для надежной работы схема должна обеспечить время t_{откл, сх}, превышающее время отключения тиристора t_откл на ?t:

t_{откл, сх}= t_откл+?t .

Коэффициент запаса обычно выбирается равным k_зап=2, чтобы амплитуда коммутирующего тока вдвое превышала максимальное значение тока нагрузки. При таком значении k_зап

?_к*t_{откл, сх}=2?/3 ;

откуда:

t_{откл, сх}=(2?/3)*(LC)^1/2= t_откл+?t ;

и

2I_{я max}=U(C/L)^1/2 .

Из этих формул определяем значение емкости и индуктивности:

L_к=3U(t_откл+?t)/(4 ?*I_{я max});

C_к=3I_{я max}(t_откл+?t)/(?*U).

троллейбус тяговый электропривод

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет троллейбусов. - М.: Высшая школа, 1981. Части 1 и 2.

Троллейбусы. Устройство и техническое обслуживание. Под ред. Богдана Н.В. Мн., 1997,256 с.

Троллейбус. Теория, конструирование, расчет. Под ред. Богдана Н.В. Мн., 1999.

Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ Под общ. ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 с.:ил.

Размещено на Allbest.ru