148005 (Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза), страница 3

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.

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)

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)

В

Значение определяется обычным способом:

. (3.45)

Величина пульсаций выпрямленного тока определится по формуле:

, (3.46)

где - коэффициент пульсации тока двигателей компрессора и вентилятора, =0,2.

А

Замечания по применению формул (3.40) и (3.42)

При применении формул (3.40) и (3.42) следует учесть следующие замечания:

- при использовании формул (3.40) и (3.42) необходимо иметь в виду, что они выведены без учета падения напряжения , связанного с коммутацией вентилей. При более точных расчетах необходимо это падение напряжения учитывать;

- при углах регулирования, близких к 90º,т.е. в зоне низких скоростей, формулы (3.40) и (3.42) не действительны, т.к. в этой зоне низких напряжений выпрямленный ток прерывистый. Максимальный угол регулирования , при котором можно пользоваться формулами, составляет 60º.

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.

Коэффициент трансформации компрессорной обмотки

, (4.2)

Коэффициент трансформации вентиляторной обмотки

, (4.3)

Коэффициент трансформации третьей обмотки

, (4.4)

Коэффициент трансформации четвертой обмотки

, (4.5)

Коэффициент трансформации пятой обмотки

, (4.6)

4.2 Токи вторичных обмоток, приведенные к первичной обмотке трансформатора

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

, (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.

Приведенный к первичной обмотке ток вентиляторной обмотки

, (4.8)

Приведенный к первичной обмотке ток третьей обмотки

, (4.9)

Приведенный к первичной обмотке ток четвертой обмотки

, (4.10)

Приведенный к первичной обмотке ток пятой обмотки

, (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

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.

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

, (4.14)

При выборе обратных диодов необходимо учитывать частотные свойства вентилей.

Выбор вентилей по напряжению производится, исходя из повторяющихся напряжений для диодов и и для тиристоров, которые определяют класс приборов.

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)

5. Расчет параметров входного фильтра

5.1 Величина емкости входного фильтра

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:

, (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.

Таблица 2 – Основные технические данные конденсаторов

Рисунок 5.2 – схема соединения конденсатора

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)