Диплом (1231003), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

6.1 Определение габаритных показателей предлагаемого компенсатора реактивной мощности

Габаритные показатели разработанного компенсатора определяются размерами вольтодобавочного трансформатора и автономного инвертора напряжения. По результатам исследований были приняты следующие параметры ВДТ и АИН:

– полная мощность вольтодобавочного трансформатора составляет 2,2 МВА;

– автономный инвертор напряжения выполнен на базе четырёх IGBT-транзисторов; напряжение коллектор-эмиттер U_CE =1300 В; максимальный ток I=600 А; оптимальная частота переключения 5 кГц; наличие обратных диодов;

– накопительный полярный конденсатор: минимальной ёмкостью С_Е =2000 мкФ; с минимальным током I=600 А;

– соединительные шины IGBT-транзисторов в АИН: с минимальным током I=600 А.

На рисунке 6.1 приведена трёхмерная модель вольтодобавочного трансформатора, выполненная в программе SolidWorks 2014 [31]. Габаритные размеры магнитопровода ВДТ были определены по и составили: Q_CQ_O =3520000 см⁴; ширина среднего стержня сердечника a=164 мм; ширина окна b=250 мм; толщина пакета пластин c=425 мм; высота окна h=500 мм

Рисунок 6.1 – Трёхмерная модель вольтодобавочного трансформатора:

а – спереди; б – справа; в – сверху; г – диметрия.

Основным элементом автономного инвертора напряжения является IGBT-транзистор, который должен обеспечивать коммутацию токов необходимой величины с заданной частотой при необходимом напряжении на его зажимах. При этом транзистор должен быть рассчитан на работу при низких температурах и обладать небольшими потерями энергии при переключении. В качестве IGBT-транзистора выбран силовой IGBT модуль CM1000HA-28H производства Mitsubishi Electric (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 – Общий вид силового IGBT модуля CM1000HA-28H

Управление переключениями силовых модулей выполняется с помощью драйверов 1SD210F2-CM600HG-130H (рисунок 6.3). Основные функции этого драйвера следующие:

- обеспечивает выключение и включение силового модуля с частотой до 20 кГц;

- обеспечивает на затворе запирающее напряжение –5 В и отпирающее напряжение до +20 В с необходимым временем задержки;

- обеспечивает защиту силового модуля при перегрузке по току.

Рисунок 6.3 – Общий вид драйвера 1SD210F2-CM600HG-130H

В качестве накопительного конденсатора выбран силовой конденсатор компании Epcos серии PCC-HP (Power Chip Capacitor High Power). Конденсаторы этой серии рассчитаны на использование в тяжёлых условиях транспортного движения.

По результатам исследований был выбран конденсатор типа B25650D2248A-4 (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Общий вид силового конденсатора B25650D2248A-4

В роли соединительных шин используются медные шины. Определим минимальную площадь сечения шин S_min по формуле

, (6.1)

где I_пр – ток, протекающий по проводнику, принимаем с запасом I_пр =700 А; j_min – допустимая плотность тока в проводнике, j_min =10 А/мм².

Подставив численные значения в (6.1), получим

.

Выбираем из стандартного ряда значение сечения шины, равные 15×5 мм. Площадь сечения такого проводника составит S=75 мм².

С целью определения габаритных параметров автономного инвертора напряжения была создана его трёхмерная модель в программе SolidWorks 2014 (рисунок 6.4). В результате габаритные размеры АИН составили: высота – 200 мм; ширина – 320 мм; длина – 440 мм.

Рисунок 6.4 – Трёхмерная модель автономного инвертора напряжения разработанного компенсатора: а – спереди; б – справа; в – сверху; г – диметрия.

Таким образом, массогабаритные размеры ВДТ и АИН составляют, соответственно (800×630×640) при массе 2000 кг и (320×200×440) при массе 150 кг, которые не препятствуют установки в кузов электровоза разработанного компенсатора реактивной мощности.

6.2 Затраты, приходящиеся на оборудование электровоза, предлагаемым компенсатором реактивной мощности

Определим величину капитальных вложений К_влож на оборудование одного электровоза ЭП1 разработанным устройством компенсации реактивной мощности по формуле

, (6.2)

где С_Э – стоимость разработанного компенсатора реактивной мощности; ФОТ_. – фонд оплаты труда; Е_СОЦ – отчисления на социальные нужды.

Стоимость элементов разработанного компенсатора в ценах на 2015 год приведена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Стоимость элементов разработанного компенсатора

Стоимость разработанного компенсатора реактивной мощности составляет С_Э =1437800 руб.

Фонд оплаты труда работников вычисляется по формуле

, (6.3)

где Е_ОЗП – основная заработная плата; Е_ДЗП. – дополнительная заработная плата.

Основная и дополнительная заработные платы вычисляются по формулам

; (6.4)

, (6.5)

где С_С – тарифная заработная плата; 0,3 – коэффициент премии (30%); К_Р – районный коэффициент, К_Р =1,3; 0,2 – надбавка (20%).

Определим тарифную заработную плату с учётом сборки и установки устройства компенсации реактивной мощности на одном электровозе с помощью таблицы 6.2.

Таблица 6.2 – Стоимость элементов разработанного компенсатора

Подставив численные значения в (6.4), получим

;

.

По (6.3) рассчитываем фонд оплаты труда

.

Отчисления на социальные нужды Е_СОЦ находятся по формуле

,

где 0,304 – страховые взносы.

Подставив численные значения в (6.5), получим

.

Определим капитальные вложения К_влож, подставив численные значения в (6.2)

.

6.3 Определение годовой экономии денежных средств от применения на электровозе предлагаемого компенсатора

Применение разработанного устройства компенсации реактивной мощности приводит к уменьшению реактивной составляющей тягового тока и, соответственно, общего тока в контактной сети. При этом для реализации локомотивом той же мощности потребляется меньшее значение тока.

Определим уменьшение потерь активной мощности ∆Р, используя разработанную ранее модель системы «тяговая подстанция–электровоз». В программе OrCAD 9.2 было выполнено математическое моделирование двух вариантов работы электровоза: штатная схема и включение предлагаемого устройства компенсации реактивной мощности, при этом ток тяговых двигателей в обоих случаях составлял 250 А. Гармонический состав потребляемых электровозами токов i приведён на рисунке 6.5, а численные значения амплитуд гармоник представлены в таблице 6.3.

Рисунок 6.5 – Гармонический состав потребляемого электровозом тока в

режиме тяги: 1 – штатная схема; 2 – предлагаемое устройство

компенсации реактивной мощности

Таблица 6.3 – Спектральный состав потребляемого электровозом тока

Уменьшение потерь активной мощности ∆Р рассчитывается по формуле

Характеристики

Список файлов ВКР