Расчет преобразователя для вспомогательных цепей электровоза

                                            ,                                            (3.3)

где С – постоянная интегрирования.

Постоянная интегрирования может быть найдена из начальных  условий:

при ; ;

                                            .                                         (3.4)

Таким образом, окончательно имеем

                                            .                                           (3.5)

Поскольку =const в течение полупериода, не имеет значения точка отсчета угла. Пусть в начале коммутации , а в конце коммутации . При этом ток достигнет значения

                                             .                                          (3.6)

Отсюда 

                                             .                                             (3.7)

Среднее значение падения напряжения, связанное с коммутацией вентилей, определится из площади прямоугольника, приведенного на рисунке 2.

                                              .                                            (3.8)

Учитывая (3.7) и (3.8), имеем

                                               .                                          (3.9)

Выражение , имеет такое же значение, как и для выпрямителей, питающихся синусоидальным напряжением.

Итак,

                                     .                               (3.10)

3.1.2 Выражения  для определения ЭДС вторичных  обмоток

 

ЭДС вторичных  обмоток для питания мотор-компрессора  и мотор-вентилятора.

Номинальное напряжение на двигателе  определяется выбранным типом двигателя. Наиболее подходят двигатели с напряжением 220 и 440 В. Номинальное напряжение соответствует углу регулирования α=0 и номинальному току . В курсовом проекте трансформатор не рассчитывается, а значит, величина сопротивления неизвестна, поэтому примем падение напряжения, связанное с коммутацией, равным 7 % от напряжения холостого хода.

Поэтому имеем

                      .               (3.11)

Откуда 

                                                .                                            (3.12)

Прежде чем получить U_dH, необходимо выбрать двигатели.

 

Рассчитаем  мощность двигателя компрессора, кВт:

,                                      (3.13)

где  n – порядковый номер по списку, n = 31.

.

Рассчитаем мощность двигателя вентилятора, кВт:

                                            ,                                    (3.14)

.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Выбор двигателя  для вентилятора и компрессора

Тип двигателя	Мощность, кВт.	Напряжение, В.		Частота вращения, об/мин.				КПД, %	Сопротивление обмоток при 15 0С, ОМ
				Номинальная	Максимальная				Якоря	Добавочных полюсов		Возбуждения
Для вентилятора
2ПФ250 LУХЛ4	75	220		1500	2800			89,5	0,0128	0,0077			23,5
Для компрессора
2ПН280МУХЛ4	110		220	1500		2600	89,5		0,0075		0,0038		22,8

 

Выбираем грузовой восьмиосный  электровоз ВЛ10. Выбор обусловлен тем, что электровоз ВЛ10 – мощный локомотив, обеспечивающий вождение грузовых поездов в любых климатических условиях России. Он оборудован рекуперативным торможением, значительно сокращающим тормозной путь и создающим большую экономию электроэнергии и металлических тормозных колодок.

Все оборудование электровозов рассчитано на надежную работу при  напряжении в контактной сети от 2700 до 4000 В. Изменение температуры окружающего воздуха вне кузова допускается от —50 до +40 °С при влажности воздуха 90%, замеренной при температуре +27 °С. Высота над уровнем моря не более 1200 м.

 

Технические характеристики электровоза ВЛ10, использованные для  расчета курсового проекта:

Напряжение контактной сети =3000 В;

Ток =466 А;

Общее сопротивление  обмоток двигателя  , Ом:

при температуре 110ºС – r_д=0,0432 Ом

Тогда   найдем по формуле (3.12):

.

 

 

 

ЭДС вторичных обмоток  возбудителя двигателей компрессора  и вентилятора.

Имея в виду, что обмотки возбуждения  двигателей компрессора и вентилятора  включены параллельно, напряжение на них  обычно равно номинальному напряжению якорных обмоток, т.е. 220 В. Поэтому ЭДС определяется по выражению (3.12).

 

ЭДС вторичных обмоток  возбудителя тяговых двигателей.

Максимальное напряжение, необходимое  для получения максимального  тока в обмотках возбуждения, может  быть найдено из выражения:

                                                ,                                (3.15)

где  n_д – число двигателей электровоза (число осей);

      n_д =8;                          

       К_пер – коэффициент рабочей перегрузки тяговых двигателей;

       К_пер=1,5;

       I_ч – часовой ток тяговых двигателей (номинальный), А;

       R_ов – сопротивление обмоток возбуждения тягового двигателя, 

                при максимальной температуре  110ºС,Ом.              

.

Далее ЭДС  каждой полуобмотки нулевого выпрямителя определяется по формуле (3.12), В

 

ЭДС обмотки  собственных нужд.

ЭДС этой обмотки должна компенсировать падение напряжения, связанного с коммутацией симистора, а также потери в выходном фильтре. Эти потери составят примерно 20%, поэтому ЭДС можно найти из выражения:

                                             .                                           (3.16)

 

 

 

3.2 Выбор вентилей вторичных цепей

3.2.1 Максимальное значение тока тиристора выпрямителя, питающего двигатель компрессора.

Максимальное значение выпрямленного тока, протекающего в  якоре двигателя компрессора, определяется по формуле

                                                  ,                                          (3.15)

где  Р_к - мощность выбранного типа двигателя компрессора, Вт;

       К_пер – коэффициент перегрузки по току двигателя компрессора при пуске, К_пер = 1,2.

 

3.2.2 Максимальное  значение тока тиристора выпрямителя, питающего двигатель вентилятора.

                                                  ,                                          (3.17)

где  Р_в - мощность выбранного типа двигателя вентилятора, Вт;

       К_пер – коэффициент перегрузки по току двигателя вентилятора при пуске, К_пер = 1,2.

 

3.2.3 Максимальные  значения токов тиристоров возбудителя  двигателей компрессора и вентилятора.

Значение выпрямленного  тока с учетом параллельного соединения обмоток возбуждения можно найти по формуле:

                                                                       (3.18)

где - ток возбуждения двигателей компрессора и вентилятора, I_вкв=10 A;

       К_пер – коэффициент перегрузки ток возбуждения в системе автоматического регулирования (САР) стабилизации тока, К_пер = 1,0.

3.2.4 Максимальное  значение токов тиристоров возбудителя  тяговых двигателей.

Значение максимального  тока возбуждения тяговых двигателей находится по формуле:

,                                       (3.20)

 

.

3.2.5 Максимальное  значение тока симистора в  цепи собственных нужд.

Поскольку симистор работает без пауз, ток симистора равен току собственных нужд

                                                                                       (3.21)

где -ток собственных нужд электровоза, =(50…100), А.

3.2.6 Среднее значение тока вентилей компрессорной обмотки, А

                                                           ,                                       (3.22)

3.2.7 Среднее значение тока вентилей вентиляторной обмотки, А

                                                          ,                                    (3.23)

3.2.8 Среднее значение тока вентилей третьей обмотки, А

                                                         ,                                     (3.24)

3.2.9 Среднее  значение тока вентилей четвертой  обмотки, А

                                                        ,                                     (3.25)

3.2.10 Действующее  значение тока через симистор  пятой обмотки, А

                                             ,                               (3.26)

 

где     К_пер – коэффициент перегрузки тока собственных нужд электровоза,  

          К_пер = 2.

3.2.11 Предварительный  выбор типа тиристора по максимальному  среднему (предельному) току.

Выбор типа тиристора определяется величиной среднего значения тока,  а также условиями эксплуатации, в которые входит и частота.

 

3.2.12 Максимальное напряжение на  тиристорах и выбор класса  вентилей.

Максимальное напряжение на тиристорах будет при максимальном напряжении в контактной сети. При  этом ЭДС на вторичных обмотках и  соответственно на тиристорах определяется:

                                     ,                              (3.27)

где -максимальное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора при максимальном рабочем напряжении в контактной сети, В;

       -максимальное рабочее напряжение в контактной сети, В;

       - номинальное значение напряжения в контактной сети, В. 

 

Максимальное напряжение на вентилях компрессора, В

                                            ,                                   (3.28)               

3.2.13 Максимальное напряжение на вентилях вентилятора, В

                                                     ,                                    (3.29)

3.2.14 Максимальное напряжение на вентилях третьей обмотки, В

                                                     ,                                    (3.30)

3.2.15 Максимальное напряжение на вентилях возбудителя тяговых двигателей, В

                                      

,                                  (3.31)

3.2.16 Максимальное напряжение на симисторе, В

                                                      ,                                  (3.32)

По справочнику выбираем тиристоры и симистор:

 

Выбор вентилей вентиляторной и компрессорной обмотки

Выбираем тиристоры типа ТБ 133-250 и ТБ 143-320. Они применяется в преобразователях электроэнергии, а также в других целях 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 отличается высокой нагрузочной способностью по току при высоких частотах. Тиристоры допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от -60 до +40 ⁰С, атмосферном давлении 0,085 – 0,105 МПа, относительной влажности 98% при 35⁰ С. Климатические исполнения и категория размещения У2, ХЛ2, Т2 по ГОСТ 151 50-69, ГОСТ 15543-70.