08 Диссертация (1221745), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Частота преобразования – 20–100 кГц, если «П»транзисторный и 1–10 кГц, если «П» тиристорный. Недостаток – трехкратноепреобразование энергии, и вследствие этого низкий коэффициент полезногодействия (КПД). Достоинства – имеется выигрыш в массе и размерах посравнению с ВИП с сетевым трансформатором. Структурная схема ВИП свходом и выходом на постоянном напряжении, содержащая высокочастотныйпреобразователь «П» (рисунок 1.6)Рисунок 1.6 - ВИП с высокочастотным преобразователемОсновным узлом здесь является высокочастотный преобразователь «П»,преобразующий постоянное напряжение в переменное, выпрямитель «В» ивыходнойсглаживающийфильтрСФ2.15Длястабилизациивыходногонапряжения можно использовать регуляторы РПН1 и РПН2, установленные вовходной или выходной цепях. Фильтр СФ1 является входным и защищаетисточник питания от импульсной помехи, возникающей от работы «П».Структурная схема ВИП с входом и выходом на постоянном напряжениибез промежуточного высокочастотного преобразователя (рисунок 1.7)Рисунок 1.7 - ВИП без высокочастотного преобразователяЕсли отношение выходного и входного напряжений лежит в диапазоне от0,25–0,3 до 3–4 и не требуется гальванической развязки входной и выходнойцепей, то возможно применение ВИП на базе регуляторов постоянногонапряжения с входным и выходным сглаживающими фильтрами СФ1 и СФ2.В этом случае применимы импульсные регуляторы, как последовательного,так и параллельного типов, в зависимости от конкретных требований.Структурная схема ВИП с выходом на переменном напряжении, содержащаявыпрямитель с входным трансформатором (рисунок 1.8).Рисунок 1.8 - ВИП с входным трансформаторомЭти ВИП применяются, когда частота, число фаз, колебания напряжения,либо форма его кривой или сразу несколько перечисленных показателей длякакого-либопотребителяотличаетсяотсоответствующегопоказателяпромышленной или специальной сети (50 Гц) или (400 Гц).
Выходное16напряжение с требуемыми показателями качества формирует автономныйинверторприменитьДля«И».уменьшениябестрансформаторныймассогабаритныхвыпрямитель,апоказателейможнотрансформатордлясогласования напряжений и гальванического разделения цепей может бытьприменен на выходе инвертора. Структурная схема ВИП с выходом напеременном напряжении, содержащая выпрямитель с бестрансформаторнымвходом (рисунок 1.9).Рисунок 1.9 - ВИП с промежуточным коммутаторомЭтот ВИП содержит промежуточный преобразователь «П» с частотойвыходного напряжения раз в 10 больше требуемой выходной.
Затем с помощьюПЧ (иногда называемого коммутатором) формируется напряжение требуемойчастоты и фазы. Фильтр СФ2 улучшает форму кривой выходного напряжениядо требуемого уровня. Выигрыш в массе и габаритах возможен благодаря тому,что «П» работает на высокой частоте. Отметим, что в общем случаевыпрямитель,подключаемыйкпитающейсети,можетбытькакнеуправляемым, так и управляемым.Конструкция вторичного источника питания, удовлетворяющего современ-ным требованиям состоит из следующих элементов:B – выпрямитель;И – инвертор;Тр – силовой высокочастотный трансформатор;Ф – фильтр;В – сетевой выпрямитель;ББ – повышающее-понижающий стабилизатор напряжения.АБ – аккумуляторная батарея.17ВИТрФАБББUвхUвыхРисунок 1.10 – Структурная схема вторичного источника питания насовременной элементной базе.Данная схема позволит обеспечить минимальный коэффициент пульсациина выходе вторичного источника питания, а также применяется буферныйрежимработыаккумуляторнойбатареи.Буферныйрежимработыаккумуляторной батареи обеспечивает постоянный подзаряд батареи, темсамым не давая возможность ей разряжаться.
К недостаткам данной схемыможно отнести: массогабаритные показатели, стоимость, сложность силовойсхемы и схемы управления.1.3 Требования, предъявляемые к современным источникам питанияэлектроподвижного составаК современным источникам электропитания на электроподвижном составедолжны предъявляться следующие требования:- современная элементная база, обеспечивающая качественный диапазонзначений выходных характеристик преобразователей;- блочная или модульная конструкция преобразователей, обеспечивающаяболее удобные условия эксплуатации;- унификация элементов преобразователя;- бесперебойное снабжение электроэнергией ответственных нагрузок ваварийной ситуации;- минимальный коэффициент пульсации выходного напряжения;- надёжная и бесперебойная подзарядка аккумуляторной батареи;- надежность силовых элементов схемы источника питания;- малые габаритные размеры;18- минимальную себестоимость производства источника питания.Система управления источника питания должна обеспечивать:- бесперебойную коммутацию полупроводниковых приборов, двухпреобразователей (инвертора напряжения работающего в режиме мягкойкоммутации, питающего аккумуляторную батарею в буферном режиме);- вывод информации на цифровые приборы;- постоянный контроль температуры на аккумуляторной батарее;- постоянный контроль напряжения и тока заряда на аккумуляторнойбатарее;- постоянный контроль напряжения на входе источника питания;- постоянный контроль напряжения на выходе источника питания;- синхронизация данных между блоком управления инвертором ирегулятором напряжения;- надежность работы силовых полупроводниковых элементов;Все вышеперечисленные требования к конструкции преобразователяявляются очень важными и являются неотъемлемой частью техническихтребований, предъявляемых к конструкции и электрической принципиальнойсхеме преобразователя.1.5 Тенденции развития вторичных источников питанияДальнейшиетенденцииразработкиипроектированиявторичныхисточников питания можно вести по следующим направлениям:- устранение провала выходного напряжения при переходе на питание отаккумуляторной батареи и обратно.- усовершенствование элементной базы, которое приводит в более высокойнадёжности аппараты, в частности применения новой полупроводниковой базы,связанной с применением IGBT-модулей и других элементов;- унификация вторичных источников питания для более простой и удобнойзамены оборудования и элементной базы.19Вывод по первому разделу:На основании проведённого анализа, для питания цепей управленияэлектровоза переменного тока лучше всего подходит структура источникапитания с управляемым выпрямителем и обратными связями по напряжениюсети и нагрузки, рассмотренная на рисунке 1.3.
Данная схема обеспечиваетустойчивость работы преобразователя, повышает качество его регулирования, атакже позволяет добиться высокого стабильного напряжения на нагрузке.202 РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И ЕГОСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ2.1 Устройство и принцип работы источника питанияНа основе анализа, выполненного в первом разделе, наиболее подходящимявляется источник с обратной связью. Рассмотрим его устройство и принципработы.Источник предназначен для питания цепей управления, освещения,сигнализации, радиостанции, заряда аккумуляторной батареи и для питанияэлектроплитки.Предусмотренобыстродействующееавтоматическоепереключение цепей нагрузки с выпрямителя на аккумуляторную батарею иобратно.Таблица 1.1–Характеристики источника питанияПараметрВеличинаНоминальное входное напряжение переменного токаU = 380 ВДиапазон изменения входного напряженияНоминальная частота питающего напряженияМаксимальная потребляемая мощностьНоминальное напряжение постоянного токаот 280 до 470 Вf = 50 ГцPmax = 13 кВт50В"Выход I" и "Выход II"Напряжение подзаряда аккумуляторной батареи"Выход III" в диапазоне рабочих температур отот 57,5 до 75 Вминус 40°С до плюс 60°С, ВНоминальное напряжение переменного тока:"Выход IV", "Выход V"2175 В, 100 ВОкончание таблицы 1.1ПараметрВеличинаДиапазон рабочих токов:"Выход I"От 14 А до 65 А"Выход II"От 1,5 А до 40 А"Выход III"От 0 до 31 А"Выход IV и V"От 0 до 10 АСхема электрическая принципиальная представлена на рисунке 2.1Напряжение питания с вторичной обмотки трансформатора подается натиристорно-диодный преобразователь, состоящий из тиристоров VS1, VS2 идиодов VD3-VD5.
Для защиты этих выпрямителей от перенапряжения квыводам 3 и 7 трансформатора Т1 подключена защитная панель, на которойразмещены резисторы R1, R2 и конденсаторы С1, С2.Неуправляемый выпрямитель с диодами VD3-VD5 выполнен по схеме двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой.Управляемый выпрямитель преобразователя выполнен на тиристорах VS1,VS2 с использованием плеч неуправляемого выпрямителя VD4, VD3.Принцип действия преобразователя основан на наложении регулируемогопо фазе напряжения на нерегулируемое.
В начале каждого полупериодапитающего напряжения до подачи управляющих импульсов тиристоры VS1 иVS2 заперты и контур тока составляют диоды VD3 и VD5 или VD4 и VD5 ирезисторы R5-R7. При подаче управляющих импульсов с определенной фазойрегулирования тиристор VS1 и VS2 откроется, разделительный диод VD5закроется обратным напряжением, а контур тока составляют диоды VD4 илиVD3. На "Выход I" подается напряжение непосредственно с панелипреобразователя, а на "Выход II" - через дроссель 11, который снижаетпульсации тока в нагрузке.Для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи предусмотрена цепь,состоящая из дросселя 12, трансформатора Т2 и тиристорного ключа VS7.
Для22контролязавеличинойтоказарядаиформированиемсигнала,пропорционального его величине, в цепь заряда включен трансформатор Т2,вторичная обмотка которого работает на выделение этого сигнала с помощьюрезистора R9.Сигнал обратной связи по напряжению на аккумуляторной батарееформируется на резисторах R13-R15. Уставка ограничения напряжения нааккумуляторной батарее устанавливается с помощью резистора R14 иизменяется автоматически во всем диапазоне рабочих температур за счеттерморезистивныхсвойствкатушкиR15.Сотключениемпитающегонапряжения отпирается тиристорный ключ VS8 и "Выход I" и "Выход II"подключаются к аккумуляторной батарее.Защитааккумуляторнойбатареиоттоковкороткихзамыканийосуществляется быстродействующими плавкими предохранителями F1 и F2.Питающий трансформатор Т1 и выпрямители VD1-VD5 защищены от токовкоротких замыканий предохранителем F16, установленным вне источника.Рубильник SA1 позволяет подключить цепи нагрузки данной секции кисточнику питания другой секции.
Рубильник SA2 позволяет переключать цепинагрузки данной секции источника к "источнику депо". Для подключенияаккумуляторной батареи к "источнику депо" или данному источнику питанияпредназначен рубильник SA3. Для формирования импульсов управлениятиристорами в схему управления источника питания входят следующиефункциональные узлы:- регулятор напряжения (РН);- тиристорный импульсный регулятор напряжения и тока зарядааккумуляторной батареи;- узел управления обратным тиристорные ключом.Цепь, состоящая из предохранителя F3, тумблера S1 "Включение ИП",предназначена для подачи и снятия напряжения питания на источник.23Вспомогательный контакт контактора КМ, подключенный к ХЗ/2 и ХЗ/3источника выключает цепи сигнализации о срабатывании контактора КМ приподаче питающего напряжения.Вольтметр PV с помощью тумблеров S3 и S4 может подключиться как кпреобразователю источника "Напряжение выпрямителя" и аккумуляторнойбатарее "Напряжение батареи", так и к цепи преобразователя источника другойсекции - "Аварийно".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
