ПЗ (1221701), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

(1)

где φ – угол сдвига между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока;

ν – коэффициент искажения формы потребляемого тока.

Угол φ для многозонного преобразователя рассчитывается по приближенной формуле:

φ ≈ α₀ + γ/2 (2)

где α₀ – минимальный нерегулируемый угол, необходимый для открытия тиристоров;

γ – угол, характеризующий продолжительность коммутации в тиристорах преобразователя.

Таким образом, повышение к_м может осуществляться за счет уменьшения угла α₀, сокращения продолжительности коммутации γ и улучшения формы потребляемого тока. Рас­смотрим возможность увеличения к_м путем уменьшения мини­мального угла открытия тиристоров α₀.

В настоящее время на электровозах с зонно-фазовым регулированием напряжения на всех зонах регулирования принята фиксированная величина угла открытия тиристоров α₀ = 9± 2 эл.град., т.е. импульсы управления подаются на тири­сторы ВИП с задержкой на угол α ₀ относительно начала полупериода сетевого напряжения. Это обусловлено тем, что к этому моменту времени прямое напряжение между анодом и катодом каждого из т последовательно включенных тиристоров плеча ВИП достигнет такого уровня, которое обеспечит их надежное открытие. При этом предполагается, что прямое анодное напря­жение распределяется равномерно между всеми тиристорами ветви.[18]

Для уменьшения минимального угла открытия тиристоров α₀ предлагается заменить (т -1) тиристоров ветви ВИП диода­ми такого же класса и с тем же значением предельного тока. В результате ветвь ВИП будет состоять из одного тиристора и (т-1) диодов. При этом общее число вентилей (тиристоров и диодов) плеча ВИП остается прежним, поскольку число парал­лельно и последовательно включенных вентилей определяется, соответственно, предельным током и классом (допустимым об­ратным напряжением) вентилей.

Что касается работы модифицированного плеча ВИП при обратном напряжении, то его распределение будет происходить равномерно между одним тиристором и (т-1) последовательно включенными диодами. Это связано с тем, что обратная ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ) тиристоров и диодов одного класса примерно совпадают. Аналогично будет происходить распределение прямого тока по параллельным ветвям ВИП [18].

Выясним, как повлияет изменение структуры плеча ВИП на распределение прямого напряжения между вентилями. При прямом включении везши ВИП происходит распределение пря­мого анодного напряжения между тиристором и (т-1) диода­ми. Р- п переходы диодов смещены в прямом направлении и не препятствуют прохождению через них тока, поэтому все на­пряжение ветви прикладывается к одному тиристору. Вследст­вие этого при том же значении угла управления α₀ напряжение между анодом и катодом тиристора увеличивается в т раз по сравнению со штатной схемой ВИП. Принимая примерно ли­нейной на интервале 0 - α₀ (0 - 9 эл.град.) форму напряжения вторичной обмотки трансформатора, то же требуемое для вклю­чения тиристора напряжение можно достичь при меньшем ми­нимальном значении угла открытия тиристоров: = α₀ /т . В этом случае в соответствии с формулой (2) уменьшение угла приведет к уменьшению фазового угла сдвига φ и, соот­ветственно, к увеличению cosφ . Таким образом, повышение к_м электровоза происходит за счет увеличения cosφ . Следователь­но, выполнение ветви вентилей ВИП в виде одного тиристора и включенными последовательно с ним (т -1) диодами увеличи­вает cos φ и к_м электровоза [18].

Кроме этого, уменьшение угла повлияет на увеличение среднего значения выпрямленного напряжения u_d при той же величине сетевого напряжения. Это обусловлено тем, что в кри­вой напряжения u_d продолжительность участка с отрицатель­ным напряжением уменьшится с 0 - α₀ до интервала 0 - . За счет уменьшения отрицательных значений напряжения u_d про­изойдет увеличение среднего значения выпрямленного напря­жения u_d.

Выясним, как повлияет изменение структуры ВИП на величину максимального значения прямого напряжения U_np.мax тиристо­ров и возможность работы модернизированного ВИП при изме­нившихся значениях этого напряжения. Для этого рассмотрим более подробно условия работы тиристоров ВИП при прямом напряжении на различных зонах регулирования. На рисунке 2.4 пред­ставлены результаты математического моделирования работы электровоза на первой (рисунок 2.4а) и второй зоне регулирования (рисунок 2.4б). Для простоты восприятия материала ,кривые выпрям­ленного напряжения u_d и напряжения на тиристорах u_v пока­заны при мгновенных сетевой и фазной коммутациях. Как сле­дует из рисунка, форма кривых напряжения на тиристорах u_v зависит от вида подаваемых на них импульсов управления (α₀,α_0з,α _рег), а также номера зоны регулирования [18].

Н а тиристоры VЗ, V5 на первой зоне регулирования и тири­сторы V5, V6 на второй зоне подаются импульсы управления α₀. Форма соответствующих напряжений тиристоров и_v3 (рисунок 2.4а) и u_v5 (рисунок 2.4б) показаны на рисунке. Максимальное значение прямого напряжения U_np.мах на этих тиристорах дости­гается к моменту подачи на них управляющих импульсов α₀.

Рисунок 2.4 – Диаграммы выпрямленного напряжения u_d и напряжения на вентилях u_v на первой и второй зонах регулирования

На первой зоне регулирования напряжение U_пр.мах на тири­сторе V3 определяется напряжением первой секции вторичной обмотки трансформатора с действующим значением U_I =315В. Максимальное значение прямого напряжения рассчитывается по формуле:

U_пр.мах = ∙U_I sin(α₀) = ∙315∙sin(9⁰) ≈ 70B. (3)

На второй зоне регулирования максимальное значение пря­мого напряжения U_пр.мах на тиристоре V5 (рисунок 2.4б) увеличивает­ся в 2 раза и составляет 140 В. Увеличение напряжения связано с тем, что в начале полупериода к закрытому тиристору V5 прикладывается суммарное напряжение первой и второй секций вторичных обмоток трансформатора. На третьей и четвертой зонах регулирования напряжение U_пр.мах на соответствующих тиристорах увеличивается, соответственно, до 210 и 280 В.

С помощью тиристоров V4-V6 на первой зоне и тиристо­ров V1,V 2 на второй зоне регулирования осуществляется под­ключение к цепи нагрузки обмоток трансформатора с дейст­вующим значением напряжения 315 В. Включение этих тири­сторов происходит с задержкой на угол α_рег относительно на­чала полупериода. До включения этих тиристоров к ним при­кладывается прямое напряжение от вторичной обмотки транс­форматора, после включения тиристоров прямое напряжение на них уменьшается до нуля. Форма напряжения на таких тиристо­рах (u_v4 и u_v1) показана на рисунке 2.4а и рисунке 2.4б для первой и второй зонах регулирования при угле управления α_рег= 90 эл.град. При таком значении угла управления достигается максимальное зна­чение прямого напряжения U_{np. мах} на тиристоре V 4 при его ра­боте на первой зоне регулирования. Величина и форма напря­жения на этом тиристоре определяется напряжением первой секции вторичной обмотки трансформатора, а наибольшее зна­чение U_np.мax рассчитывается по формуле:

U_np.мах = ∙ U_I sin 90° = ∙ 315 = 445 В. (4)

На второй зоне регулирования тиристор V1 в момент пода­чи импульса α_рег подключает к секции I вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора. До включения тиристо­ра на него подается напряжение секции II положительной по­лярности. Поскольку напряжение обмоток секций I и II одина­ковы, максимальное значение напряжения U_{np мах} на тиристоре V1 не изменится и так же, как и на первой зоне регулирования, составляет 445 В (рисунок 2.4б).

Поскольку на всех зонах регулирования происходит увели­чение напряжения на величину, определяемую действующим значением напряжения 315 В одной секции трансформатора, максимальные значения напряжений U_пр.мах на соответствую­щих тиристорах третьей и четвертой зонах останется на уровне 445 В.

Что касается тиристоров, управляемых с помощью задер­жанных импульсов управления α_0зад, то, как показано для вто­рой зоны управления (рисунок 2.4б), на тиристоре V4 максимальное значение напряжения определяется напряжением одной секции вторичной обмотки трансформатора и не превышает соответст­вующее значение напряжения для тиристора V5 (рисунок 2.4б).

Таким образом, максимальное прямое напряжение достигает значения 445 В у тех тиристоров ВИП, которые включаются с углом управления α _рег = 90 эл.град. Это значение напряжения U_пр.мах = 445 В является неизменным на всех зонах работы элек­тровоза. В схеме ВИП штатного электровоза это напряжение распределяется равномерно между т последовательно вклю­ченными тиристорами. В ВИП – 4000УХЛ2 плечи тиристоров V1,V2, V7,V8 состоят из т = 3 последовательно включенных тиристоров, а плечи V3–V6 - из двух тиристоров. В моди­фицированной схеме ВИП напряжение 445 В прикладывается к одному тиристору, включенному в прямом направлении.

Условием работы тиристоров в схеме ВИП является превы­шение паспортного (допустимого) значения напряжения тири­стора величины приложенного к ним прямого (обратного) на­пряжения. Класс тиристоров (допустимое обратное напряжение) определяется по наименьшему из значений повторяющегося импульсного обратного напряжения U_RRM и повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии U_DRM. Для прямого включения тиристора условие работы тиристора можно записать в виде условия:

U _DRM > 445 В. (5)

Паспортное значение U_DRM для тиристоров Т353–800 в за­висимости от класса тиристора составляет 2000–2400 В. При та­ких значениях, U_DRM обеспечивается безусловное выполнение условия приведенное выше (5). Таким образом, модернизированное плечо ВИП, состоящее из одного тиристора и (т –1) включенных диодов, обеспечивает работоспособность ВИП во всех режимах работы электровоза.

Следует принять во внимание возможность уменьшения минимального угла открытия тиристоров на высших зонах регули­рования. Из расчета по формуле (3) следует, что при фиксиро­ванном значении угла α ₀ = 9 ± 2 эл.град, напряжение между анодом и катодом тиристоров V3,V5 в момент включения на первой зоне регулирования составляет 70 В. Это означает, что к моменту подачи импульса управления а₀ прямое напряжения 70 В обеспечивает гарантированное открытие тиристоров. На второй зоне регулирования в момент подачи импульсов управ­ления α₀ к тиристорам V5,V6 прикладывается вдвое большее прямое анодное напряжение. При одинаковом т = 2 для плеч тиристоров V3 -V6 гарантированное значение прямо­го напряжения увеличивается в 2 раза. Следовательно, на второй зоне регулирования гарантированное включение тиристоров V5,V6 штатной схемы ВИП можно осуществить при напряже­нии 70 В с углом управления (6):

Характеристики

Список файлов ВКР