Расчет преобразователя для вспомогательных цепей электровоза

4.1.5 Коэффициент трансформации пятой обмотки

                                                       ,                                         (4.6)

.

4.2 Токи вторичных обмоток, приведенные к первичной обмотке трансформатора

4.2.1 Эти токи можно найти из выражения (на примере тока компрессорной обмотки), А

                                                        ,                                           (4.7)

где - номинальный ток двигателя компрессора, или, иначе говоря, действующее значение тока вторичной обмотки, питающей двигатель компрессора, А;

      - коэффициент трансформации для обмотки, питающей двигатель компрессора.

    4.2.2 Приведенный к первичной обмотке ток вентиляторной обмотки, А

                                                           ,                                         (4.8)

4.2.3 Приведенный к первичной обмотке ток третьей обмотки, А

                                             ,                                           (4.9)

4.2.4 Приведенный к первичной обмотке ток четвертой обмотки, А

                                                ,                                       (4.10)

4.2.5 Приведенный к первичной обмотке ток пятой обмотки, А

                                            ,                                            (4.11)

 

 

4.3 Ток первичной обмотки трансформатора

 

Ток первичной обмотки  трансформатора находится как сумма  приведенных к первичной обмотке  вторичных токов:

                                   ,                     (4.12)

Необходимо учесть, что  найденный из условия самого тяжелого режима работы ток  будет максимальным рабочим током первичной обмотки трансформатора и будет соответствовать максимальным токам вентилей инвертора.

 

4.4 Выбор вентилей  инвертора

 

4.4.1 Среднее значение тока вентиля автономного однофазного мостового инвертора определяется по формуле:

                                                          ,                                          (4.13)

В качестве управляемых  вентилей могут использоваться триодные тиристоры, запираемые тиристоры, силовые  транзисторы и JGBT- транзисторы.

4.4.2 Среднее значение токов обратных диодов инвертора может быть принято около 60% от величины соответствующих управляемых вентилей инвертора, А

                                              ,                                 (4.14)

4.4.3 Максимальное напряжение на вентилях определяется выражением:

                                               ,                                  (4.15)

где – максимальное рабочее напряжение в контактной сети,

      = 4000 В;

    – полный размах пульсаций напряжения на конденсаторе входного фильтра, В;

                                                      =(0,1...0,2) ,                            (4.16)

Число последовательно  включенных вентилей m_n в плечах  автономного инвертора определяется по  формуле:

           (4.17)

где  K₁- коэффициент учитывающий неравномерность распределения напряжения по  последовательно включенным вентилям, К₁=0,8.

К₂- коэффициент коммутации перенапряжений,  К₂=1,4.

.

Согласно  формуле (4.17)в  плечах  автономного  инвертора  должен  устанавливаться один  запасной вентиль. В качестве вентилей автономного однофазного мостового инвертора выбираем JGBT- IXXH100N60C3 N-канальный IGBT-транзистор на 600 В, 100 А.

 

Таблица 3 – Характеристики JGBT- транзистор IXXH100N60C3

VCES  (В)	IC25  Tc=25 ºC  (A)	IC110  Tc=110 ºC  (А)	Vcesat  max  (В)	tfi  typ  (нс)	Еoff typ  TJ=125 ºC  (мДж)	RthJC  max  (°C/W)	Конфигурация	Корпус
600	190	100	2,2	75	1,40	0,18	Одиночный	TO-247

 

Для автономного инвертора  выбираем Лавинный диод ДЛ132-63.

Диоды типа ДЛ 132-63 применяются в силовых цепях постоянного и переменного тока. Отличаются повышенными рабочими температурами и улучшенными массогабаритными показателями. Допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от -50 до +45⁰ С, атмосферном давлении 0,085 – 0,105 МПа, относительной влажности 98% при 35⁰ С.

Климатические исполнения и категории размещения У2, Т3, ОМ2, УХЛ2 по ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70.

Диоды допускают воздействие  вибрационных нагрузок в диапазоне  частот (1…100) Гц с ускорением 49 м/c², многократных ударов длительностью (2…15) мс с ускорением 147 м/c² и однократных ударов длительностью 50 мс с ускорением 39,2 м/c².

      Повторяющееся  импульсное обратное напряжение U_RRM (диапазон температур от T_jmin до T_jm, импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные t =10 мс, f =50 Гц): (100…1400) В.

      Максимально  допустимый средний прямой ток I_FAVm (T_c=150˚C, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости β=180˚, f =50 Гц): 63 А.

 Действующий прямой ток I_FRMS (f =50 Гц): 98 А.

Ударный неповторяющийся  прямой ток I_FSM (ток однополупериодный синусоидальный, одиночный импульс t =10 мс,       U_R =0,      T_j =25 ˚C): 1200 А.

То же при T_j = T_jm: 1100 А

Температура перехода:

          максимально допустимая T_jm: +190 ˚С;

          минимально допустимая   T_jmin: − 50 ˚С.

Температура хранения:

          максимально допустимая T_stgm: +50 ˚С;

          минимально допустимая   T_stgmin: − 50 ˚С.

 Крутящий момент: 3,2 Н∙м.

5 Расчет параметров входного фильтра

 

5.1 Величина  емкости входного фильтра

Естественно предположить, что на электровозе применяется импульсное регулирование напряжения на тяговых двигателях. В этом случае целесообразно подключить вспомогательные цепи электровоза к входному фильтру силовой цепи, если частота работы импульсных преобразователей такая же, как у автономного инвертора. Таким образом, задача сводится к расчету входного Г - образного фильтра импульсного преобразователя.

Величина емкости конденсатора входного фильтра может быть определена по формуле:

                                       ,                                         (5.1)

где - пусковой ток двигателей, выбранных при расчете возбудителя, А;

                                                   ,                                           (5.2)

где - число осей выбранного ранее электровоза;

Рабочая частота фильтра, от которого питается параллельно включенных преобразователей, Гц

                                                         ,                                        (5.3)

 

5.2 Выбор конденсаторов для входного фильтра

При выборе конденсаторов  необходимо руководствоваться таблицей.   При этом придется рассчитывать количество последовательных и параллельно включенных конденсаторов с учетом их величины и максимального напряжения, приложенного к ним.

Выбираем 2 конденсатор марки ФЖ-1,6-300 , 400 Гц.

Такой конденсатор рассчитан на напряжение 1600 В и имеет емкость 300 мкФ. Берем 6 конденсаторов, соединяем конденсаторы в две параллельные ветви по три конденсатора в каждой.

Таблица 4 – Основные технические данные конденсаторов

Тип конденсатора	Основные параметры
	, В	, Гц	С, мкФ
ФЖ-1,1-400	1100	-	400
ФЖ-1,6-600	1600	-	600
ФЖ-1,6-300	1600	-	300
ФСТ-0,75-300У2	750	400	300
ФСТ-2,1-160У2	2100	-	160

 

5.3 Величина  индуктивности входного фильтра

Величина индуктивности может быть определена по формуле:    

                                                  ,                                         (5.4)

где - допустимая пульсация тока индуктивности входного фильтра, т.е.                в контактной сети, А

                                                         ,                                      (5.5)

 

Заключение

 

В данной курсовой работе был изучен принцип работы и анализ электромагнитных процессов  происходящих в цепях выпрямителя  и инвертора при различных  параметрах. Произведено сравнение 6 и 12 пульсовых схем выпрямления и выбор наиболее оптимального варианта схемы выпрямления. Был произведен расчет и выбор преобразовательного трансформатора для изучаемого выпрямительного инверторного преобразователя. Был произведен расчет требуемого колличества параллельно и последовательно соединенных вентелей для плеча выпрямителя и инвертора. В конце был произведен анализ характеристик и энергетических параметров выпрямительного и инверторного преобразователя.

 

Список литературы

 

1. Першин Н.Н. Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза: методические указания. – Екатеринбург: УрГУПС 2008. – 41с.
2. Электровоз ВЛ10: Руководство по эксплуатации. Под ред. О.А.  Кикнадзе. – М.: Транспорт, 1973. – 440 с.
3.   Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г.  Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.
4. И.П. Копылова и Б.К. Клокова справочник по электрическим машинам том 1: - М.:1988