Большая Энциклопедия Рефератов - Электропневмотическое тормозное ЭПС - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Электропневмотическое тормозное ЭПС

p align="left">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 = T - tkmax. 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

.	(2.11)

А.

2.9. Число параллельных ветвей в группе тиристоров, выполняющих функции VS1
Число av параллельных цепей приборов

,	(2.12)

где k3=0,8 - коэффициент, учитывающий снижение скорости

охлаждающего воздуха при уменьшении напряжения контактной сети;

k4=0,9 - коэффициент, учитывающий подогрев охлаждающего воздуха при последовательном расположении охладителей (радиаторов) полупроводниковых приборов;

k5=0,85 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока между параллельными ветвями приборов;

Iп - максимально допустимый средний ток прибора (предельный ток);

Ivн - наибольший (максимально возможный в рабочем режиме) средний ток диода или тиристора.

Полученное по формуле (2.12) значение округляется до ближайшего большего целого числа.

Для тиристоров ТБ-133-200 класса 10 Iп=200 А.

.

2.10. Минимальный предельный ток тиристоров, выполняющих функции VS2
Для этих приборов нужно решить обратную задачу - определить минимальный предельный ток, при котором можно избежать параллельного соединения приборов. Следовательно, принимаем число параллельных ветвей av = 1. При этом коэффициент k5, учитывающий неравномерное распределение тока между параллельными ветвями приборов будет равен 1, так как параллельных ветвей av = 1 и неравномерного распределения тока между параллельными ветвями не будет.

Из формулы (2.12) получим

.	(2.13)

Или, с учетом того, что av = 1 и k5 = 1

.	(2.14)

А.

По этой величине тока нужно выбрать тип VS2.

Выбираем тиристор ТБ-133-100.

2.11. Число параллельных ветвей в группе диодов, выполняющих функции VD2
Для диодов ДЛ-133-500 класса 13 Ivн=500 А. Число av параллельных цепей приборов по формуле (2.12)

.

2.12 Минимальный предельный ток диодов, выполняющих функции VD1
С учетом сказанного в п.2.10. и по формуле (2.14) имеем:
А.
По этой величине тока нужно выбрать тип VD1.
Выбираем диод ДЛ-133-100.
2.13 Выбор квалификационной группы тиристоров по критической скорости нарастания прямого напряжения
В соответствии с формулой (2.2) из [1] для каждого из тиристоров, выполняющих функции показанного на рис.2 тиристора VS1 по формуле (3.11) из [1] имеем:
.
(2.15)
В/с.
По таблице 3.1. из [1] соответствует группе 1. (в п.1.1. принимали группу 2).
Для тиристоров VS2 в соответствии с формулой (2.5) из [1] и с учетом условия Im= 2. Iнmах формуле (3.12) из [1] имеем:
.
(2.16)
В/с.
Что по таблице 3.1. из [1] соответствует группе 1.
3. Расчет параметров защитных элементов преобразователя
3.1. Сопротивление шунтирующих резисторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS1
Для выравнивания напряжений на последовательно соединенных закрытых полупроводниковых приборах параллельно каждому из них включается шунтирующий резистор Rш. Расчет сопротивления Rш производится из условия, чтобы при наихудшем сочетании вольтамперных характеристик приборов и максимально возможном рабочем напряжении цепи Uvн напряжение на любом из них не превышало максимально допустимого значения Uп. Наихудшим является случай, когда один из показанных на Рис.6а из [1] последовательно соединенных приборов имеет наименьший обратный ток, а остальные наибольший.
По формуле (4.5) из [1] имеем:
,
(3.1)
гдеI0 - максимальный импульсный обратный ток;
Rш - сопротивление шунтирующего резистора;
m - число последовательно соединенных приборов.
Из приложения 2 из [1] I0=40.10-3 A.
Для тиристора VS1
Ом.
3.2. Сопротивление шунтирующих резисторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS2
По формуле (3.1) для тиристора VS2:
Ом.
3.3. Емкость шунтирующих конденсаторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS1
Шунтирующие резисторы не гарантируют допустимого распределения напряжений на последовательно соединенных приборах при переходных режимах, возникающих в процессе их выключения. При выключении прибора смещение p-n-перехода в обратном направлении происходит за определенное время, в течение которого через прибор протекает обратный ток, постепенно снижающийся до значения, определяемого статической вольтамперной характеристикой. Полный заряд, вытекающий из прибора при переключении его с прямого тока на обратное смещение, называется зарядом восстановления Qв. Из-за различных значений Qв у последовательно соединенных приборов нарастание обратных напряжений на них будет происходить с разными скоростями, что может привести к недопустимым перенапряжениям на приборах с наименьшими Qв. Для выравнивания скоростей параллельно приборам включаются шунтирующие конденсаторы Сш. По формуле (4.6) из [I] имеем:
,
(3.2)
где?Qв - максимально возможная разность значений Qв последовательно включенных приборов.
Значение Qв берется из приложения 2 из [1]. ?Qв = 40.10-6 Кл.
Ф = 0,071 мкФ.
Сш = 0,071.10-6 Ф = 0,071 мкФ.
3.4. Емкость шунтирующих конденсаторов для группы тиристоров, выполняющих функции VS2
По формуле (3.2) имеем
Ф = 0,071 мкФ.
Сш = 0,071.10-6 Ф = 0,071 мкФ.
Последовательно с шунтирующим конденсатором включается демпфирующий резистор Rd, ограничивающий максимальный ток перезаряда Сш. Сопротивление резистора Rd обычно равно 30 - 50 Ом. Наличие резистора Rd повышает dUD / dl. Поэтому он шунтируется диодом VDш.
3.5. Индуктивность дросселя, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS1
Из приведенных на рис.9 диаграмм iVS1, iVS2 видно, что ток тиристоров изменяется при их включении скачком от нуля до Iн.
Такой режим недопустим, он наверняка приведет к отказу тиристора. При подаче управляющего сигнала проводящая зона образуется сначала вблизи управляющего электрода и затем с определенной скоростью распространяется на весь p-n-переход. При высокой скорости нарастания анодного тока на небольшом участке структуры успевает выделиться большая энергия и этот участок недопустимо перегревается. Максимальная скорость нарастания тока, которая не должна превышаться в процессе эксплуатации, называется критической скоростью. Требуемый темп нарастания тока достигается с помощью дросселя Lс, который включается последовательно с тиристором. После включения тиристора, напряжение на нем становится равным нулю, а появившаяся в обмотке дросселя ЭДС самоиндукции становится равной напряжению U, которое было на тиристоре в момент включения (активным сопротивлением обмотки пренебрегаем)
.
(3.3)
Минимальная индуктивность дросселя определяется из условия
.
(3.4)
Здесь предполагается, что один дроссель включается последовательно с группой, содержащей av параллельных цепей тиристоров.
Из (3.4) легко получить
,
(3.5)
где
- критическая скорость нарастания тока на тиристоре.
Значение берется из приложения 2 из [1]. = 800.10-6 А/с.
Для тиристоров VS1 по формуле (3.5) имеем:
Гн.
Принимаем Lc = 1,4.10-6 Гн.
3.6 Индуктивность дросселя, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS2
Для тиристоров VS2 по формуле (3.5) имеем:
Гн.
Принимаем Lc = 5.10-6 Гн.
3.7 Параметры ?, S, lcp дросселя насыщения, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS1
При использовании тиристоров с высокой критической скоростью нарастания прямого тока, и, соответственно, при малых значениях Lc дроссель можно выполнять без магнитопровода. Если же магнитопровод оказывается необходимым по конструктивным соображениям, то он выполняется из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Такой дроссель называется дросселем насыщения. Он перемагничивается при практически постоянной напряженности поля, близкой к коэрцитивной силе Hc. Ток дросселя I при перемагничивании определяется из закона полного тока
,
(3.6)
где? - число витков дросселя;
lср - средняя длина магнитной линии.
Параметры дросселя выбираются таким образом, чтобы отношение I / av было равно 1-2 А, что обеспечивает нормальное развитие процесса включения силового тиристора.
Приложенное к дросселю после включения тиристора напряжение уравновешивается ЭДС, возникающей в его обмотке при изменении магнитного потока
,
(3.7)
гдеФ = В. S - магнитной поток;
B - индукция;
S - сечение магнитопровода.
В соответствии с (3.7) магнитный поток меняется с постоянной скоростью
.
(3.8)
В процессе перемагничивания магнитный поток изменяется на величину
,
(3.9)
гдеBS - индукция насыщения;
Br - остаточная индукция.
Время перемагничивания
.
(3.10)
После достижения индукции насыщения магнитный поток практически перестает изменяться, напряжение на дросселе становится равным нулю и ток тиристора возрастает до значения тока нагрузки. Таким образом, момент нарастания тока тиристора задерживается относительно момента его включения на время перемагничивания сердечника. Поэтому оно называется временем задержки. Величина tзад должна составлять 2-3 мкс, в течение которых проводящая зона успевает распространиться на весь p-n-переход тиристора.
Параметры дросселя зависят от величины ?В. Значительное увеличение ?В можно получить за счет дополнительной подмагничивающей обмотки дросселя, с помощью которой осуществляется предварительное намагничивание сердечника до значения - BS. Тогда при включении тиристора индукция будет меняться от минус ВS до ВS и ?B = 2. BS.
Наиболее распространенным материалом с прямоугольной петлей гистерезиса является железоникелевый сплав типа 50НП, который выпускается в виде ленты толщиной 0,005 - 0,1 мм.
Для этого материала ?B = 0,5-1,5 Тл, HC = 20 - 40 А. По известным ?B, HC и Umах приемлемые значения тока перемагничивания и времени задержки можно получить, варьируя параметры lсp, S, ?. При использовании стандартных ленточных магнитопроводов тороидального типа решение задачи выбора числа витков дросселя становится однозначным. У этих магнитопроводов отношение lcp/S лежит в пределах 120-160 м-1. Обозначив lcp/S = k, из (3.6) и (3.10) получаем
,
(3.11)
гдеtзад - время перемагничивания сердечника;
НС - коэрцитивная сила для сплава 50НП;
k - отношение средней длины магнитной линии lcр к сечению магнитопровода S;
?B - изменение индукции в сердечнике;
I - ток дросселя при перемагничивании.
В курсовом проекте нужно рассчитать число витков дросселя насыщения при средних значениях параметров, разбросы которых указаны выше. Полученное значение округляется до ближайшего большего целого числа и после этого рассчитывается сечение магнитопровода и средняя длина магнитной линии.
Имеем:
?B = 1 Тл;
HC = 30 А/м;
tзад = 3.10-6 с;
k = 140 м-1;
I = 1,5. av А.
Для тиристоров VS1 I = 1,5. av = 1,5.3 = 4,5 А.
витка.
Принимаем ? = 3 витка.
Из формулы (3.6) имеем
.
(3.12)
Для тиристоров VS1
м.
Из отношения lcp/S = k получаем
.
(3.13)
Для тиристоров VS1
м2.
3.8 Параметры ?, S, lcp дросселя насыщения, включенного последовательно с группой тиристоров, выполняющих функции VS2
По формуле (3.11) для тиристоров VS2, I = 1,5. av = 1,5.1 = 1,5 A
витка.
Принимаем ? = 6 витков.
По формуле (3.12) для тиристоров VS2
м.
По формуле (3.13) для тиристоров VS2
м2.
3.9 Принципиальные схемы групп полупроводниковых приборов, выполняющих функции VS1, VS2, VD1, VD2, с защитными элементами
Принципиальную схему группы п/п приборов, выполняющих функции VS1 изображаю на рис.3. Схема содержит последовательных элементов mv = 6, параллельных элементов аv = 3.
Принципиальную схему группы п/п приборов, выполняющих функции VS2 изображаю на рис.4. Схема содержит последовательных элементов mv = 6, параллельных элементов аv = 1.
Принципиальную схему группы п/п приборов, выполняющих функции VD1 изображаю на рис.5. Схема содержит последовательных элементов mv = 3, параллельных элементов аv = 1.
Принципиальную схему группы п/п приборов, выполняющих функции VD2 изображаю на Рис.6. Схема содержит последовательных элементов mv = 6, параллельных элементов аv = 1.
4. Расчет параметров входного фильтра и индуктивности цепи нагрузки
4.1. Упрощенная схема системы импульсного регулирования напряжения
Упрощенную схему системы импульсного регулирования напряжения изображаю на рис.7.
4.2. Емкость входного фильтра
При расчете емкости входного фильтра размах пульсаций напряжения на фильтровом конденсаторе принимается равным 15% от Umax при токе Imах = 360А. ?Uфmax = 0,15.3200 =480 В.
Частота пульсации при схеме рис.7
Гц.
По формуле (1.6) из [1] имеем
.
(4.1)
Отсюда следует
.
(4.2)
При условии, что Iн = Iнmax = 360 А, по формуле (4.2)
Ф.
Рассчитанное по формуле (4.2) значение СФ округляется до большего числа, кратного 16 мкФ (16.10-6 Ф). Это связано с использованием специального фильтрового конденсатора типа ФСТ-4-16 с номинальным напряжением 4 кВ и номинальной емкостью 16 мкФ.
Следовательно, принимаем СФ = 192.10-6 Ф.
Используется 12 параллельно подключенных конденсаторов типа ФСТ-4-16.
4.3. Индуктивность входного фильтра
Для расчета индуктивности входного фильтра размах пульсаций тока сети принимается равным 2% от тока нагрузки Iнmax.
A.
По формуле (1.7) из [1]
.
(4.3)
Отсюда следует
.
(4.4)
При условии, что Iн = Iнmax = 360 A, по формуле (4.4)
Гн.
4.4. Собственная частота входного фильтра с учетом индуктивности контактной сети и при необходимости, корректировка емкости фильтра
Индуктивность контактной сети LКС = 5.10-3 Гн.
Собственная частота входного фильтра fф рассчитывается по ф. (1.9) из [1]
.
(4.5)
Гц.
При нормальной погрешности должно выполняться условие (1.8) из [1]
,
(4.6)
При f = 516,843 и 2. fф =204,626 это условие выполняется. Корректировка емкости входного фильтра не нужна.
4.5. Индуктивность цепи нагрузки преобразователя
Индуктивность цепи нагрузки преобразователя рассчитывается по заданному значению kПmax при Umах и Imах.
kПmax = 0,26;
Umах = 3200 В;
Imах = 360 А.
По формуле (1.5) из [1] имеем
.
(4.7)
Отсюда индуктивность цепи нагрузки преобразователя
.
(4.8)
Гн.
5. Силовая схема преобразователя и временные диаграммы
Cиловую схему преобразователя изображаю на рис.8. Временные диаграммы строю на рис.9.
Диаграммы строятся для режима U = Umах, Iн = Imах, tcy = T / 2.
T = 1,9.10-3 c;
tcy = 1,95.10-3 c;
tk = 377,784.10-6 c ? 0,378.10-3 c;
tn = 240,442.10-6 c ? 0,24.10-3 c;
T - (tk + tcy) = 0,572.10-3 c.
U = 3200 B;
k3. U = 2560 B;
IH = 360 A;
Im = 2. IH = 720 A.

Страницы: 1, 2

Реклама

В соцсетях

где	- критическая скорость нарастания тока на тиристоре.