Расчет преобразователя для вспомогательных цепей электровоза

Тиристоры выпускают  в таблеточном исполнении. Полярность тиристоров различается с помощью символа, нанесенного на корпусе.

Предельно допустимые значения параметров тиристоров ТБ 133-250 и ТБ 143-320.

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии U_DRM и повторяющееся импульсное обратное напряжение U_RRM, В – 600-1200.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии I_TAVm, А – 250 А, 320 А.

Действующий ток в  открытом состоянии I_TRMS, А – 392 А, 500 А.

Ударный неповторяющий  ток в открытом состоянии I_TSM, кА – 6,5 кА, 7,0 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии (diT/t)_crit, А/мкс – 800.

Температура перехода, ⁰ С:

Максимально допустимая Т_jm – 125

Минимально допустимая Т_jmin – -60

 

Выбор вентилей третьей обмотки

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 35 ˚С.

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

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии I_TAVm (T_с=70 ˚С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости β=180 ˚С,     f =50 Гц): 25 А.

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

Ударный неповторяющийся  ток в открытом состоянии I_TSM (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс t_i =10 мс, U_R =0; режим в цепи управления: di_G/dt =5 А/мкс, U_x ≥20 В, внутреннее сопротивление источника управления     4,5 Ом, t_G =10 мкс, T_j =25 ˚C): 770 А.

      То же  при T_j = T_jm: 700 А.

 Критическая скорость  нарастания тока в открытом  состоянии  

(T_j =T_jm, U_D =0,67 ∙U_DRM, I_T ≤ 2 ∙ I_TAVm, f =(1…5) Гц, параметры источника управления, как для I_TSM): 100 А/мкс.

      Температура  перехода:

максимально допустимая T_jm: 110 ˚С ;

минимально допустимая   T_jmin: − 50 ˚С .

      Температура  хранения:

максимально допустимая T_stgm: 50 ˚С ;

минимально допустимая   T_stgmin: − 50 ˚С .

      Крутящий  момент: 12,5 ± 2,5 Н∙м.

Выбор вентилей четвертой обмотки

         В качестве вентилей четвертой обмотки выбираем быстродействующие тиристоры типа ТБ143-400 (ТУ 16-729.243-80).

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

      Максимально  допустимый средний ток в открытом  состоянии I_TAVm

( T_с=85 ˚С, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости β=180 ˚С,    f =50 Гц): 400 А.

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

      Ударный  неповторяющийся ток в открытом  состоянии I_TSM (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс t_i =10 мс, U_R =0; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс, U_x =10 В, внутреннее сопротивление источника управления (5…10) Ом,      t_G =10 мкс, T_j =25 ˚C): 8,0 кА.

      То же  при T_j = T_jm: 7,0 кА.

 Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии  

(T_j =T_jm, U_D =0,67 ∙U_DRM, I_T ≤ 1000 А,  f =(1…5) Гц, длительность импульса 10 мкс, параметры источника управления, как для I_TSM): 800 А/мкс.

      Температура перехода:

максимально допустимая T_jm: 125 ˚С ;

минимально допустимая   T_jmin: − 60 ˚С .

      Температура  хранения:

максимально допустимая T_stgm: 60 ˚С ;

минимально допустимая   T_stgmin: − 60 ˚С .

      Крутящий  момент: 16 ± 3,2 Н∙м.

Выбор симистора  пятой обмотки

     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 ТС171-320 (ТУ 16-729.106-81), 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. Симметричные тиристоры изготовляются в штыревом исполнении. Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии U_DRM  (диапазон температур от T_jmin до T_jm, импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t =10 мс, f =50 Гц, цепь управления разомкнута): (200…1200) В.

      Максимально  допустимый средний ток в открытом  состоянии I_TAVm

( T_с=85 ˚С, при двусторонней проводимости, угол проводимости β=180 ˚С, f =50 Гц):160 А. Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии I_TSM (ток синусоидальный, одиночный импульс t_i =20 мс, U_R =0; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 1 мкс, U_x =10 В, внутреннее сопротивление источника управления 5 ± 1 Ом,  t_G ≥50 мкс, T_j =25 ˚C): 2,0 кА.

  То же при T_j = T_jm: 1,8 кА.   

   Критическая скорость  нарастания тока в открытом  состоянии  

(T_j =T_jm, U_D =0,67 ∙U_DRM, I_T  = 2 ∙ I_TRMSm,  f =(1…5) Гц, длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для I_TSM): 6,3 А/мкс.

      Температура  перехода:

максимально допустимая T_jm: 125 ˚С ;

минимально допустимая   T_jmin: − 60 ˚С .

      Температура  хранения:

максимально допустимая T_stgm: 60 ˚С ;

минимально допустимая   T_stgmin: − 60 ˚С .

      Крутящий  момент: 50 ± 5 Н∙м.

 

3.3 Расчет величины  индуктивностей сглаживающих реакторов

 

3.3.1 Назначение  сглаживающих реакторов

Сглаживающие реакторы являются простейшими выходными  фильтрами, включенными непосредственно на выходе управляемых выпрямителей.

В общем случае выходные фильтры должны содержать индуктивности, запасающие энергию в магнитном  поле и сглаживающие в основном выпрямленный ток и ёмкости, запасающие энергию  в электрическом поле и сглаживающие в основном напряжение, приложенное к нагрузке (в нашем случае к двигателю компрессора и вентилятора).

Если в качестве фильтра  используется сглаживающий реактор, то он выполняет две функции: сглаживание  пульсаций тока и напряжения двигателя. Сглаживание пульсаций тока происходит в соответствии с законом электромагнитной индукции:

                                                          ,                                        (3.33)

где - ЭДС самоиндукции, действующая как инерционный фактор;

    - индуктивность сглаживающего реактора;

     - выпрямленный ток, А.

Сглаживание пульсаций  напряжения на двигателе происходит за счет того, что переменная составляющая выпрямленного напряжения приходится на сглаживающий реактор, а постоянная составляющая этого напряжения приходится в основном на двигатель, уравновешивая противо-ЭДС , которая практически постоянна, если магнитный поток главных полюсов также постоянен.

                                                             ,                                      (3.34)

где - постоянная, характеризующая конструкционные особенности машины;

       - магнитный поток в машине, Вб;

       - угловая скорость, с^-1.

Поскольку угловая скорость - величина, изменяющая медленно, можно принять противо-ЭДС постоянной.

 

3.3.2 Вывод формулы для определения величины индуктивности

Энергия, запасаемая в  индуктивности за время приложения положительного импульса выпрямленного  напряжения к нагрузке, может быть определена из выражения:

                ,                  (3.35)

где и - соответственно максимальное и минимальное значение выпрямленного тока, А.

Разложив на сомножители  разность квадратов токов, получим

                          ,                      (3.36)

где - среднее значение выпрямленного тока, А;

     - величина пульсаций выпрямленного тока, А.

Энергия, отдаваемая индуктивностью обратно в сеть и в двигатель  в течение времени, соответствующего углу регулирования , определится из выражения:

                                         ,                                    (3.37)

где - угловая частота питающей сети.

Если учесть, что , выражение (3.37) примет вид:

            .                      (3.38)

Приравняем  и , получим

                             .                               (3.39)

Из (3.39) имеем:

                                       .                                        (3.40)

В случае шунтирования нагрузки вместе со сглаживающим реактором так  называемым «буферным» вентилем, индуктивность отдает энергию только двигателю и выражение (3.38) упрощается:

                           .                             (3.41)

Выражение для определения  примет вид:

                                .                                                 (3.42)

3.3.3 Подготовка  данных для определения 

Итак, согласно формулам (3.40) и (3.42), необходимо предварительно определить величины . Так как максимальную пульсацию следует ожидать при максимальном напряжении в контактной сети, то значение принимается равным .

Расчетный угол определится из условия получения стабильного номинального напряжения на двигателях компрессора и вентилятора при всех значениях напряжения в контактной сети, в том числе и максимальном.

Следовательно,

                                      ,                                     (3.43)

Отсюда 

                                        ,                                   (3.44)

,

Значение  определяется обычным способом:

                                                 .                                             (3.45)

Величина пульсаций  выпрямленного тока определится  по формуле:

                                              ,                                           (3.46)

где - коэффициент пульсации тока двигателей компрессора и вентилятора, =0,1.

А,

 А.

 

 

4 Расчет инвертора

4.1 Определение  коэффициентов трансформации по  каждой вторичной обмотке

 

Коэффициенты трансформации  по каждой вторичной обмотке определяются, исходя из условия получения необходимой  ЭДС и, соответственно, номинального тока во вторичной обмотке при номинальном напряжении в питающей (контактной) сети. Поэтому коэффициенты трансформации могут быть определены по формуле:   

                                                                                                      (4.1)

где - минимальное рабочее напряжение в контактной сети,В;

     - номинальная ЭДС соответствующей вторичной обмотки, В.

4.1.1 Коэффициент трансформации компрессорной обмотки

                                                                ,                                      (4.2)

.

4.1.2 Коэффициент трансформации вентиляторной обмотки

                                                        ,                                            (4.3)

.

4.1.3 Коэффициент трансформации третьей обмотки

                                                       ,                                            (4.4)

.

4.1.4 Коэффициент трансформации четвертой обмотки

                                                      ,                                            (4.5)

.