Электропневмотическое тормозное ЭПС (147840)

Посмотреть архив целиком

СОДЕРЖАНИЕ


Введение 4

1. Расчет параметров элементов колебательного контура и рабочей частоты регулирования 6

1.1. Емкость коммутирующего конденсатора 6

1.2. Число параллельных цепей конденсаторов выбранного типа 8

1.3. Минимальная емкость коммутирующего конденсатора 8

1.4. Максимальная емкость коммутирующего конденсатора 9

1.5. Индуктивность коммутирующего дросселя 9

1.6. Максимальная длительность коммутационного интервала 11

1.7. Максимальная длительность процесса перезаряда коммутирующего конденсатора 12

1.8. Рабочая частота регулирования 12

2. Расчет группового соединения полупроводниковых приборов 14

2.1. Число последовательно соединенных тиристоров в группе, выполняющей функции VS1 14

2.2. Число последовательно соединенных тиристоров в группе, выполняющей функции VS2 15

2.3. Число последовательно соединенных диодов в группе, выполняющей функции VD1 16

2.4. Число последовательно соединенных диодов в группе, выполняющей функции VD2 17

2.5. Наибольшее среднее значение тока VS1 17

2.6. Наибольшее среднее значение тока VS2 18

2.7. Наибольшее среднее значение тока VD1 18

2.8. Наибольшее среднее значение тока VD2 19

2.9. Число параллельных ветвей в группе тиристоров, выполняющих функции VS1 19

2.10. Минимальный предельный ток тиристоров, выполняющих функции VS2 20

2.11. Число параллельных ветвей в группе диодов, выполняющих функции VD2 21

2.12 Минимальный предельный ток диодов, выполняющих функции VD1 21

2.13 Выбор квалификационной группы тиристоров по критической скорости нарастания прямого напряжения 22

3. Расчет параметров защитных элементов преобразователя 23

3.1. Сопротивление шунтирующих резисторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS1 23

3.2. Сопротивление шунтирующих резисторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS2 24

3.3. Емкость шунтирующих конденсаторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS1 24

3.4. Емкость шунтирующих конденсаторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS2 25

3.5. Индуктивность дросселя, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS1 25

3.6 Индуктивность дросселя, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS2 27

3.7 Параметры , S, lcp дросселя насыщения, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS1 27

3.8 Параметры , S, lcp дросселя насыщения, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS2 31

3.9 Принципиальные схемы групп полупроводниковых приборов, выполняющих функции VS1, VS2, VD1, VD2, с защитными элементами 32

4. Расчет параметров входного фильтра и индуктивности цепи нагрузки 33

4.1. Упрощенная схема системы импульсного регулирования напряжения 33

4.2. Емкость входного фильтра 33

4.3. Индуктивность входного фильтра 34

4.4. Собственная частота входного фильтра с учетом индуктивности контактной сети и при необходимости, корректировка емкости фильтра 35

4.5. Индуктивность цепи нагрузки преобразователя 35

5. Силовая схема преобразователя и временные диаграммы 37




Введение


Упрощенная схема, показывающая принцип работы системы импульсного регулирования напряжения на тяговом двигателе, приведена на рис.1. На этой схеме тиристорный преобразователь условно показан в виде контакта К.

Цепь нагрузки преобразователя содержит сглаживающий реактор (дроссель Lн) и тяговый двигатель, параллельно которым включен диод VD. Для уменьшения пульсаций магнитного потока обмотка возбуждения зашунтирована резистором Rш.

При замыкании ключа на нагрузку подается напряжение источника питания Uф и ток нагрузки iн начинает возрастать. Ток iн изменяется постепенно, так как при его возрастании в цепи нагрузки появляется ЭДС самоиндукции еLH, направленная встречно напряжению источника питания.

Диод VD закрыт. При размыкании ключа К ток iн уменьшается, полярность ЭДС самоиндукции меняет знак и становится прямой для диода VD. Диод открывается и через него начинает протекать ток нагрузки iн под действием разности ЭДС eLH и Е, возникающей в двигателе при его вращении. При очередном замыкании ключа к диоду VD прикладывается обратное напряжение и он закрывается, двигатель получает питание от источника.

Регулировать среднее значение напряжения на нагрузке Uн можно либо за счет изменения длительности импульса (широтное регулирование), либо за счет частоты следования импульсов (частотное регулирование)

Ток, потребляемый от контактной сети, имеет импульсный характер, что недопустимо. Для сглаживания пульсаций применяются входные фильтры. Фильтр содержит дроссель Lф и конденсатор Сф.

Разработано много схем тиристорных преобразователей. В большинстве схем для отключения главного тиристора, соединяющего цепь нагрузки с источником питания, используется коммутирующий конденсатор, который подключен параллельно главному тиристору при помощи вспомогательного тиристора. Для получения полярности напряжения на конденсаторе, требуемой для запирания главного тиристора, конденсатор сначала заряжается от источника питания, а затем перезаряжается с помощью колебательного LC контура.

В схеме преобразователя, приведенной на рис.2., главным является тиристор VS1, вспомогательным - тиристор VS2. Временные диаграммы токов и напряжений приведены на рис.9. При построении диаграмм и при выводе расчетных соотношений приняты следующие допущения:

напряжение на открытом диоде и тиристоре равно нулю;

пульсации тока нагрузки равны нулю;

пульсации напряжения источника питания равны нулю;

активное сопротивление всех элементов схемы равно нулю;

ток удержания тиристоров равен нулю.

Работа преобразователя начинается с тиристора VS2. При этом конденсатор С заряжается от источника U через открытый VS2, сглаживающий дроссель

Lн и двигатель. Полярность напряжения на С показана на рис.2, без скобок. При Uc = U ток заряда ic снижается до нуля и тиристор VS2 закрывается.

При включении тиристора VS1 напряжение источника U подается на нагрузку и одновременно собирается колебательный контур, содержащий заряженный конденсатор С, открытый VS1, дроссель L и диод VD1. Конденсатор С перезаряжается и полярность на нем становится как на рис.2. в скобках.

Перезаряженный конденсатор используется для выключения тиристора VS1. Для этого включается тиристор VS2 и напряжение конденсатора С оказывается приложенным к тиристору VS1 в обратном направлении. Тиристор VS1 закрывается, а напряжение на выходе преобразователя скачком увеличивается до U+kз. V. Одновременно начинается процесс заряда конденсатора от источника U током ic = iн.



1. Расчет параметров элементов колебательного контура и рабочей частоты регулирования


1.1. Емкость коммутирующего конденсатора


Емкость коммутирующего конденсатора рассчитывается из условия tв = tc. По таблице 2.1. из [1] находим, что tв = 16 мкс, при группе по tв = 7 из условия.

Емкость коммутирующего конденсатора влияет на схемное время tc, в течение которого к тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение. Величина tc должна быть не менее времени выключения тиристора tв.

В соответствии с формулой (1. 19) из [1] tc tc будет

минимальным при сочетании минимального напряжения питания Umin и

максимального тока нагрузки Iнmax. Из этого условия, а также из условия iв= ic получаем:


(1.1)


где С - емкость коммутирующего конденсатора, Ф;

кз - коэффициент затухания. У существующих импульсных преобразователей равен 0,7 - 0,8;

tв - время выключения тиристора VS1.


Ф.


От емкости коммутирующего конденсатора зависит также скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре VS1, которая не должна превышать критическую.

С учетом формулы (1.18) из [1] получаем:

(1.2)


где


- критическая скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре VS1.



Принимаем по таблице 3.1. из [1] значение критической скорости нарастания прямого напряжения для каждой нормируемой по этому параметру группы. Принимаем группу 2 и соответствующую ей скорость, равную 50 В/мкс, так как чем меньше скорость нарастания, тем меньше рабочая частота регулирования. Действительно, чем ниже группа и, соответственно, ниже скорость нарастания, тем выше емкость коммутирующего конденсатора и тем выше индуктивность коммутирующего дросселя. Чем выше обе эти величины, тем выше максимальная длительность процесса перезаряда конденсатора tn, а соответственно ниже рабочая частота регулирования.


Ф.



Большее из полученных по формулам (1.1) и (1.2) значений принимаем за С.

С = 7,2.10-6 Ф.


1.2. Число параллельных цепей конденсаторов выбранного типа


Для расчета в курсовом проекте выбран конденсатор типа РСТ-2-2.12-У2 с номинальной амплитудой знакопеременного напряжения Uн = 2000 В, номинальном емкостью Сн = 2,12 мкФ и номинальной частотой fн = 800 Гц.

Так как Uн < Umах < 2. Uн, то конденсаторы соединяются по два последовательно, а для получения требуемой емкости С несколько таких цепей включаются параллельно. Число параллельных цепей конденсаторов:


(1.3)


где С - емкость, рассчитанная по формуле (1.1) и (1.2);

mc - число последовательно соединенных конденсаторов в каждой параллельной цепи, mc = 2;

1,3 - коэффициент, учитывающий возможное уменьшение емкости конденсаторов при минимальной рабочей температуре минус 50° С.


.



Рассчитанное по формуле (1.3) значение округляется до ближайшего большего целого.


1.3. Минимальная емкость коммутирующего конденсатора


При минимальной рабочей температуре минус 50°С минимальная емкость коммутирующею конденсатора может быть получена из формулы (1.3):


(1.4)


Ф.



С = Сmin используется при расчете максимальной скорости нарастания напряжения по формуле (2.4) из [I].


1.4. Максимальная емкость коммутирующего конденсатора


При положительной рабочей температуре емкость конденсаторов может превышать номинальную на 10%. В результате фактическое значение емкости может лежать в пределах от Сmin до Cmax.

По формуле (2.11) из [1] имеем:


(1.5)


Ф.



C = Сmax используется при расчетах индуктивности коммутирующего дросселя по формуле (2.3) из [1] и рабочей частоты по формуле (2.7) из [I].


1.5. Индуктивность коммутирующего дросселя


По формуле (2.3) из [I] имеем:


(1.6)


Гн.



Величина индуктивности контура L влияет на скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре VS2. При открытом тиристоре VS1 напряжение на VS2 равно по величине напряжению на конденсаторе uc. Из уравнения (1.12) из [1]


(1.7)

максимальная скорость изменения напряжения uc будет при ic = Im, где Im - амплитудное значение тока контура.


(1.8)


Как следует из диаграммы uVS2 рис.5 из [1], начиная с момента, при

котором ic = Im к тиристору VS2 прикладывается прямое напряжение, скорость нарастания которого не должна превышать критическую


(1.9)


Отсюда с учетом (1.16) из [1]


(1.10)


получаем второе условие, ограничивающее величину индуктивности контура:


(1.11)


Гн.



Выбираем большее из двух чисел, рассчитанных по формулам (1.6) и (1.11).

L= 558, 19.10-6 Гн.


1.6. Максимальная длительность коммутационного интервала


По формуле (2.8) из [1]


(1.12)


где tkmax - максимальная длительность коммутационного интервала;

С=Сmax.

Взаимосвязь tkmax c током нагрузки является существенным недостатком преобразователей, выполненных по схемам, в которых коммутирующий конденсатор перезаряжается током нагрузки. При таких схемах для обеспечения надежного функционирования преобразователя при малых токах нужно либо снижать рабочую частоту, либо завышать минимальное напряжение на нагрузке.


с.



1.7. Максимальная длительность процесса перезаряда коммутирующего конденсатора


Длительность tn процесса перезаряда конденсатора равна длительности полупериода собственных колебаний контура.

С учетом формулы (1.15) из [I]

(1.13)


гдеo - собственная частота колебательного контура, и из условия o . tn= получаем:


(1.14)


с.



1.8. Рабочая частота регулирования


Ограничение максимального значения f связано с необходимостью получения заданного минимального напряжения по нагрузке Uнmin, при котором ток двигателя равен заданному значению Iнmin при u=0, где u - скорость поезда. По формуле (2.7) из [1] имеем:


(1.15)


гдеUнmin=0,3. Umax. Получаем:


(1.16)


Гц.



Отсюда период


с.





2. Расчет группового соединения полупроводниковых приборов


2.1. Число последовательно соединенных тиристоров в группе, выполняющей функции VS1


Число m последовательно соединенных приборов определяется из условия обеспечения максимально допустимого повторяющегося напряжения на приборе Uп при пробое одного из них. По формуле (3.1) из [1] имеем:


(2.1)


гдеUvн – наибольшее (максимально возможное в рабочем режиме) напряжение на диоде или тиристоре, показанном на рис.1.;

к1 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение приложенного напряжения между последовательно соединенными приборами. Для не лавинных приборов к1 = 0,8, для лавинных, к1 = 1.

Значение mv должно обеспечивать также отсутствие отказов приборов при атмосферных и коммутационных перенапряжениях. По формуле (3.2) из [1]:


(2.2)


гдеUнп - максимально допустимое неповторяющееся напряжение на приборе, Uнп=1,12. Uп;

k2 - коэффициент, учитывающий уровень ограничения пере напряжений устройствами защиты. k2= 1,4.

Полученные по формулам (2.1) и (2.2) результаты округляются до ближайшего большего целого числа и из них выбирается большее значение.

Uп равно классу прибора, умноженному на 100. У тиристоров наибольшими являются прямые напряжения, поэтому Uvs1н=Uvs2н=Umax.

Для тиристора ТБ-133-200 класса 10:

Uп=1000 В;

Uнп=1,12.1000=1120 В;

Uvн=3200 В;

k1=0,8 (для не лавинных тиристоров);

k2=1,4.

Для тиристора VS1:

по формуле (2.1)


шт.



по формуле (2.2)


шт.



Выбираем из двух большее: mv = 6 шт.


2.2. Число последовательно соединенных тиристоров в группе, выполняющей функции VS2


Для тиристора VS2:

по формуле (2.1)


шт.



по формуле (2.2)

шт.



Выбираем из двух большее: mv = 6 шт.


2.3. Число последовательно соединенных диодов в группе, выполняющей функции VD1


Значения наибольших напряжений определяются на основании диаграмм, приведенных на рис.9 при U= Umax. Наибольшие обратные напряжения на диодах VD1:


(2.3)


В.



Для диода ДЛ-133-500, класса 13:

Uп=1300 В;

Uнп=1,12.1300=1456 В;

k1=1 (для лавинных приборов);

k2=1,4.

Для диода VD1:

по формуле (2.1)


шт.



по формуле (2.2)


шт.



Выбираем из двух большее: mv = 3 шт.


2.4. Число последовательно соединенных диодов в группе, выполняющей функции VD2

Наибольшие обратные напряжения на диодах VD2:


(2.4)


В.



Для диода VD2:

по формуле (2.1)


шт.



по формуле (2.2)


шт.



Выбираем из двух большее: mv = 6 шт.


2.5. Наибольшее среднее значение тока VS1


Среднее значение тока тиристора VS1


(2.5)


Значение Ivs1 будет наибольшим Ivs1н при Iн = Imax и при максимально возможном tcy, которое как было показано при определении рабочей частоты, не должно превышать tcy = Ttkmax. С учетом (1.13) и условия Im = 2. Iнmax

,

(2.6)


гдеIvs1н - наибольший средний ток тиристоров VS1;

f - рабочая частота регулирования (из п.1.8);

Т - период импульсов.

С = Сmax


A.


2.6. Наибольшее среднее значение тока VS2


Среднее значение тока ivs2 не зависит от Iн


.

(2.7)



Наибольшее среднее значение тока ivs2


.

(2.8)


А.



2.7. Наибольшее среднее значение тока VD1


Наибольшее среднее значение тока iVD1


.

(2.9)


А.



2.8. Наибольшее среднее значение тока VD2


Среднее значение тока iVD2


.

(2.10)


Использование для расчета IVD2н сочетания максимального тока нагрузки и минимального tcy дает завышенный результат, так как в соответствии с рис.3 из [1] ток двигателя достигает Iнmax при > min.

Точное определение соответствующего можно выполнить только по результатам тягового расчета. В курсовом проекте принимаем, что ток двигателя достигает Iнmax при = 0,2. При этом условии


Случайные файлы

Файл
Gonchtarov.doc
79907.doc
76561-1.rtf
105669.rtf
~1.DOC




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.