Xreferat.com » Рефераты по транспорту » Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза

Министерство путей сообщения Российской Федерации Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра электрической тяги


Пояснительная записка

к курсовому проекту

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Екатеринбург 2010

Содержание


1. Основные преимущества схемы питания вспомогательных цепей

2. Схема питания вспомогательных цепей и описание ее работы

3. Расчет вторичных цепей

3.1 Расчет вторичных ЭДС

3.2 Выбор вентилей вторичных цепей

3.3 Расчет величины индуктивностей сглаживающих реакторов

4. Выбор вентилей автономного инвертора

5. Расчет входного фильтра

6. Функциональная схема управления инвертором

Список литературы

Введение


Современный электрический подвижной состав (ЭПС) содержит разнообразные преобразователи, построенные на базе современных полупроводниковых приборов.

Совершенствуются схемы силовых, а также вспомогательных цепей ЭПС, в трех направлениях: создание более экономичных, более надежных и более удобных в эксплуатации преобразователей.

В настоящее время могут быть предложены следующие схемы питания вспомогательных цепей:

а) непосредственно от контактной сети (современный подвижной состав постоянного тока);

б) от вращающегося расщепителя фаз (современный подвижной состав переменного тока);

в) от непосредственного преобразователя частоты (на электровозах переменного тока с асинхронными вспомогательными машинами);

г) от трехфазного автономного инвертора (асинхронные машины на электровозах постоянного тока);

д) от преобразователя «автономный однофазный инвертор трансформатор - управляемые выпрямители» (на электровозах постоянного тока).

Возможны другие схемы питания вспомогательных машин, не перечисленные выше.

В курсовом проекте выполнен расчет параметров основных элементов силовой цепи преобразователя «автономный однофазный инвертор – трансформатор – управляемые выпрямители» для электровоза постоянного тока с коллекторными вспомогательными машинами.

1. Основные преимущества схемы питания вспомогательных цепей


В данном курсовом проекте по дисциплине «Электронная техника и преобразователи» ставится задача рассчитать параметры основных элементов силовой цепи преобразователя «автономный однофазный инвертор -трансформатор - управляемые выпрямители» для электровоза постоянного тока с коллекторными вспомогательными машинами. Такая схема питания вспомогательных машин имеет следующие преимущества по сравнению с традиционной схемой:

а) меньшая установленная мощность вспомогательных машин (мотор – компрессора, мотор – вентилятора и др.) из-за отсутствия колебаний напряжения на них и, в частности, падение напряжения до минимальной величины, что и является причиной завышения мощности приблизительно на 15...20% у вспомогательных машин, устанавливаемых на современном ЭПС;

б) возможность установки стандартных машин общепромышленного назначения;

в) выбор машин на сравнительно низкое напряжение (220, 440 В) повышает надежность их работы, уменьшает габариты, понижает стоимость;

г) улучшенные условия эксплуатации машин, связанные со стабильностью напряжения на них, так как ни колебания, ни броски напряжения на них практически не возможны из-за наличия входного и выходного фильтров преобразователя и управляемого выпрямителя, стабилизирующего выходное напряжение;

д) возможность автоматического пуска вспомогательных машин при стабилизации пускового тока, а также возможность регулирования скорости вращения мотор – вентилятора в функции нагрева тяговых двигателей.

2. Схема питания вспомогательных цепей и описание ее работы


Схема питания вспомогательных цепей постоянного тока приведена на рисунке 2.1. На этой схеме представлены:

ХА -пантограф;

разрядник;

QS1 - разъединитель; необходим для проведения профилактических осмотров и ремонтов;

QF1 - быстродействующий выключатель; защищает электрическую цепь, как тяговых двигателей, так и вспомогательных цепей от токов короткого замыкания и токов аварийной перегрузки;

L1C1 - входной фильтр; необходим для питания преобразователей тяговых двигателей (импульсные преобразователи) и автономного инвертора вспомогательных цепей;

автономный однофазный мостовой инвертор напряжения; построен на запираемых тиристорах (VS1...VS4) и обратных диодах (VDI...VD4),

преобразует постоянное напряжение контактной сети в прямоугольное переменное напряжение;

7) многообмоточный специальный трансформатор; работает на повышенной частоте и прямоугольном напряжении. На высокой частоте трансформаторы имеют повышенные потери в меди и стали. Из-за эффекта вытеснения тока и периферии проводника его эффективное сопротивление возрастает. Чтобы уменьшить эти потери, используют полые проводники или делают обмотку из фольги. Потери в стали на вихревые токи и перемагничивание также возрастают. Для борьбы с вихревыми токами применяют более тонкую сталь (толщиной 0,1 мм) с большим активным сопротивлением. Используются также специальные ферромагнитные материалы: феррит, альсифер. Для уменьшения потерь от перемагничивания выбирают материал с узкой петлей гистерезиса. При прямоугольном напряжении потери в стали несколько ниже (приблизительно на 30 %). Потери в стали зависят от амплитуды напряжения, а действующее значение напряжения при синусоидальном напряжении в Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза раз меньше. При прямоугольном напряжении амплитуда и действующее значение равны:


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (2.1)


8) первая вторичная обмотка; питает через управляемый выпрямитель якорь двигателя - компрессора.

9) QF2 - линейный контактор; отключается на период остановки двигателя. Установить выпрямителю угол Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза не всегда возможно, поэтому может наступить явление «ползучей скорости». При токах перегрузки, не превышающих аварийные величины, линейный контактор может разорвать дугу, если автомат не отключился. На ток короткого замыкания он не рассчитан.

10) QF3 - автомат постоянного тока; отключается при коротком замыкании и аварийной перегрузке;

11) сглаживающий реактор; сглаживает ток и напряжение для якоря двигателя;

вторая вторичная обмотка; аналогична первой и питает двигатель вентилятора;

третья вторичная обмотка; через управляемый выпрямитель питает обмотки возбуждения двигателей компрессора и вентилятора. Защита этих цепей осуществляется предохранителями (плавкими вставками);

14) четвертая вторичная обмотка; питает обмотки возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения, а также в тяговом режиме;

15) выпрямитель однофазный управляемый реверсивный нулевой;

16) VD5, VD6 - светодиоды; показывают машинисту направление движения (вперед или назад);

17) пятая вторичная обмотка; через регулятор переменного тока питает другие вспомогательные цепи электровоза. Регулятор с помощью угла регулирования а стабилизирует выходное напряжение при колебаниях напряжения контактной сети;

18) L2C2 - выходные фильтры; необходимы для отфильтровки гармоник с частотой, отличной от 400 Гц;

19) напряжение 220 В частотой 400 Гц; используется для:

а) питания цепей управления преобразователей;

б) питания цепей освещения и отопления;

в) питания собственных нужд машиниста (электрочайник, электроплита, кондиционер, холодильник и т. д.).

3. Расчет вспомогательных цепей


3.1 Расчет вторичных ЭДС


Среднее значение выпрямленного напряжения Udα для всех выпрямителей.

Среднее значение выпрямленного напряжения холостого хода можно определить, суммируя заштрихованные площадки согласно рисунку 3.1, при угле коммутации γ=0


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.1)


где Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза - амплитуда ЭДС вторичной обмотки, равная по величине действующему значению этой ЭДС (при прямоугольном, приложенном к первичной обмотке трансформатора, напряжении), В;

α - угол регулирования, рад.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза

Рисунок 3.1 – диаграмма напряжений и выпрямленного тока


При коммутации вентилей ток вторичной обмотки трансформатора должен изменить свое направление на противоположное под действием ЭДС вторичной обмотки Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза.

По второму закону Кирхгофа,


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.2)


где Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза - индуктивность вторичной и первичной обмоток трансформатора, связанные потоками рассеяния соответствующих обмоток;

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза - индуктивное сопротивление вторичной и приведенной к вторичной первичной обмоток трансформатора, Ом;

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза - текущее значение угла.

Найденное из формулы (3.2) путем интегрирования значение тока Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.3)


где С – постоянная интегрирования.

Постоянная интегрирования может быть найдена из начальных условий:

при Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза; Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза;


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.4)


Таким образом, окончательно имеем


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.5)


Поскольку Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=const в течение полупериода, не имеет значения точка отсчета угла. Пусть в начале коммутации Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, а в конце коммутации Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. При этом ток достигнет значения Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.6)


Отсюда


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.7)


Среднее значение падения напряжения, связанное с коммутацией вентилей, определится из площади прямоугольника, приведенного на рисунке 3.1.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.8)


Учитывая формулы (3.7) и (3.8), имеем


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.9)


Выражение Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, имеет такое же значение, как и для выпрямителей, питающихся синусоидальным напряжением.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.10)


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 Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза соответствует углу регулирования α=0 и номинальному току Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. В курсовом проекте трансформатор не рассчитывается, а значит, величина сопротивления Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза неизвестна, поэтому примем падение напряжения, связанное с коммутацией, равным 7 % от напряжения холостого хода.

Поэтому имеем


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.11)


Откуда


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.12)


Прежде чем получить UdH, необходимо выбрать двигатели.

Рассчитаем мощность двигателя компрессора:


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (в рад) (3.13)


где n – порядковый номер по списку, n = 16


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Рассчитаем мощность двигателя вентилятора:


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.14)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Выбираем двигатель для компрессора типа 4ПФ200М с напряжением Uк = 440 В, который имеет следующие характеристики:

Мощность – 55 кВт,

Напряжения якоря – 440 В,

Ток якоря – 144 А,

КПД – 84,9 %,

Номинальная частота вращения – 1000 об/мин,

Максимальная частота вращения – 4000 об/мин.

Выбираем двигатель для вентилятора типа 4ПФ180М с напряжение Uв=440 В, который имеет следующие характеристики:

Мощность – 37 кВт,

Напряжения якоря – 440 В,

Ток якоря – 97,6 А,

КПД – 83 %,

Номинальная частота вращения – 825 об/мин,

Максимальная частота вращения – 4500 об/мин.

Выбор обусловлен тем, что данный тяговый электродвигатель имеет высокий КПД при максимальной скорости электровоза.

Выбираем пассажирский шестиосный электровоз постоянного тока ЧС2. Выбор обусловлен тем, что в отличие от грузовых поездов, вес которых достигает 5000-6000 т, а максимальная скорость движения не превышает 90 км/ч, пассажирские поезда с локомотивной тягой обычно имеет вес состава не более 1100 т, но скорость движения до 120 км/ч; на некоторых направлениях пассажирские поезда развивают скорость 140-160 км/ч.

Пассажирский локомотив должен обладать плавным ходом и лучшими динамическими качествами с тем, чтобы при высоких скоростях движения его воздействие на путь не превышало допустимых пределов. Поэтому в отличие от грузовых электровозов пассажирские строятся с меньшими нагрузками от колесных пар на рельсы и тяговыми двигателями, установленными на рамах тележек. Весь вес от двигателей на оси колесных пар при этом передается через рессоры, что уменьшает динамические нагрузки на путь и благоприятно влияет на работу самих двигателей.

Шестиосный электровоз ЧС2 предназначен для обслуживания пассажирских поездов на электрифицированных линиях постоянного тока с номинальном напряжением 3 кВ и снижении его до 2700 В.

Выбираем тяговый электродвигатель постоянного тока AL4846eT. Выбор обусловлен тем, что данный тяговый электродвигатель имеет высокий коэффициент использования мощности (0,78) при максимальной скорости электровоза.

Год начала выпуска: 1960

Напряжение контактной сети Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=3000 В;

Напряжение на зажимах двигателя Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=1500 В;

Коэффициент возбуждения, %

номинальная – 100%;

Масса двигателя (без зубчатой передачи) G=5250 кг;

Часовой режим

Мощность на валу Рч=700 кВт;

Ток Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=500 А;

Частота вращения Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=680 об/мин;

КПД на валу Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=94,3 %

Продолжительный режим

Мощность на валу Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=610 кВт;

Ток Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=435 А;

Частота вращения Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=720 об/мин;

КПД на валу Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=94,8 %;

Максимальная частота вращения Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=1185 об/мин;

Общее сопротивление обмоток двигателя Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, Ом:

при температуре 110єС - Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровозаОм

Тогда Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза найдем по формуле (3.12):


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровозаВ, Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза В.


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. 440 В. Поэтому ЭДС определяется по выражению (3.12).


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровозаВ, Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза В.


ЭДС вторичных обмоток возбудителя тяговых двигателей.

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


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.15)


где nд – число двигателей электровоза (число осей);

nд =6;

Кпер – коэффициент рабочей перегрузки тяговых двигателей;

Кпер=1,5;

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

Rов – сопротивление обмоток возбуждения тягового двигателя,

при максимальной температуре 110єС,Ом.

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза.

Далее ЭДС Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза каждой полуобмотки нулевого выпрямителя определяется по формуле (3.12).


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


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:


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. (3.16)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


3.2 Выбор вентилей вторичных цепей


Максимальное значение тока тиристора выпрямителя, питающего двигатель компрессора.

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


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.15)

где Рк - мощность выбранного типа двигателя компрессора, Вт;

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


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Максимальное значение тока тиристора выпрямителя, питающего двигатель вентилятора.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.17)


где Рв - мощность выбранного типа двигателя вентилятора, Вт;

Кпер – коэффициент перегрузки по току двигателя вентилятора при пуске, Кпер = 1,0.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Максимальные значения токов тиристоров возбудителя двигателей компрессора и вентилятора.


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.18)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


где Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза - ток возбуждения двигателей компрессора и вентилятора, А;

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

Максимальное значение токов тиристоров возбудителя тяговых двигателей.

Значение максимального тока возбуждения тяговых двигателей находится по формуле:


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.19)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Максимальное значение тока симистора в цепи собственных нужд.

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


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.20)


где Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза-ток собственных нужд электровоза;

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза=(50…100) А, (3.21)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровозаА.


Среднее значение тока вентилей компрессорной обмотки


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.22)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Среднее значение тока вентилей вентиляторной обмотки


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.23)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Среднее значение тока вентилей третьей обмотки


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.24)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровозаСреднее значение тока вентилей четвертой обмотки


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза (3.25)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


Действующее значение тока через симистор пятой обмотки


Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.26)

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза


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.

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:

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза, (3.27)


где Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза-максимальное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора при максимальном рабочем напряжении в контактной сети, В;

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза-максимальное рабочее напряжение в контактной сети, В;

Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: