Тягові статичні перетворювачі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Вибір та обґрунтовування силової схеми тягового електропривода локомотива

2. Вибір та обґрунтовування силової схеми автономного інвертора напруги та форми живлячою напруг

3. Розрахунок фазних струмів трифазної системи "автономний інвертор напруги - асинхроннийелектродвигун"

Висновки

Перелік використаної літератури

Додаток

Вступ

У сучасному житті склалися обставини, за яких використання асинхронних двигунів в якості тягових є напрямок, якому слід приділити значну увагу. Досвід країн зарубіжжя, власні розробки та експерименти вже призвели до виникнення рухомого складу з таким приводом; проте існують і деякі проблеми із використанням асинхронних двигунів. Це, зокрема, сумісна робота двигунів з напівпровідниковими перетворювачами частоти. Проте досвід експлуатації вітчизняних дизель-поїздів з асинхронним приводом попри всі недоліки вказує на перспективність цього напряму розробок.

Тягові перетворювачі на базі сучасних компонентів силової електроніки в сполученні із трифазними асинхронними тяговими двигунами забезпечують нові можливості як у підвищенні сили тяги, так і в зниженні впливу, що заважає, електричної тяги на живильні мережі. Значний якісний стрибок в області тягового приводу був реалізований на етапі широкого впровадження силових тиристорів, що замикають, (GTO). Більше компактному й надійному біполярному транзисторам з ізольованим затвором (ІGBT) вдалося помітно послабити позиції GTO-тиристорів і зайняти провідне місце в сучасних системах трифазного асинхронного тягового приводу.

Тягові системи електричного тягового рухливого складу великої потужності досягли в цей час високого технічного рівня. Перетворювачі стали більше легккими та компактними, зменшилися їхні втрати потужності, підвищилася тактова частота, знизилися ціни.

1. Вибір та обґрунтовування силової схеми тягового електропривода локомотива

Електровоз це двух системний електровоз який розрахованій працювати у мережі 3 кВ постійної напруги та 25 кВ зміної. Виходячі з цього його схема повина мати можливість живлення інверторів напряму від контактної мережі постійної напруги та череж трансформатор та випрямлячі при мережі зміної напруги.

Наелектровозі вибрана схема трифазного мостового інвертора. Усього на електровозі 2 інвертора кожен живить два асінхроних ТЕД. При живлені від напруги 3 кВ два інвертори зєднуються послідовно та живляться напряму з контактної мережі рисунок 1.1. Таке рірішення дозваля живити вхідний перетворювачь напругою, дорвнюючи половині напруги контактної мережі, що знижує вимоги до класу напівпровідникових приборів.

При живлені від контактної мережі 25 кВ перетворювачі живляться від трансформатора, кожен має свою вторину обмотку трансформатора рисунок 1.2.

Рисунок 1.1 - Принципова схема електровозу при живлені КС постійної напруги.



Рисунок 1.2 - Принципова схема електровозу при живлені зміною напругою

2. Вибір та обґрунтовування силової схеми автономного інвертора напруги та форми живлячою напруг

У сучасних системах електропривода змінного струму практично повсюди як силові регулятори використаються транзисторні автономні інвертори. Оконічний каскад трифазного автономного інвертора містить шість транзисторів зі зворотніми діодами. Для керування трифазними машинами змінного струму в електроприводі використається схема автономного інвертора, що містить шість транзисторних ключів ТК1-ТК6. Статорні обмотки машини при харчуванні від такого інвертора включаються або за схемою "зірка", або за схемою "трикутник". Як у першому, так і в другому випадку перемикання транзисторних ключів будь-якої фази інвертора (наприклад, ТК1, ТК4) викликає зміна напруги па всіх обмотках двигуна. Ця обставина сильно ускладнює аналіз електромагнітних процесів.

Рисунок 2.1 - Вихідний каскад АІН

Під оптимальною розуміється така форма кривої фазної напруги, яка у має високій зміст першої гармоніки у загальному дійсному значенню, забезпечує умови електромагнітній сумісності АІН-АД у всіх робочих режимах, не приводять к ускладненню схемотехніки АІН. Цім умовам задовольняє такі криві фазної напруги, які формують годограф вектора магнітного поля у повітряному зазорі АД у вигляді правильного вписаного многокутника з числом сторін N. Очевидно, чім більш N , тім ближче годограф магнітного поля у повітряному зазорі АД близький до кругового, який відповідає живленню АД синусоїдальною напругою.

Для трьохфазних систем, які живляться двоступеневою за період кривою фазної напруги при законі керування АІН и_т=р, годограф магнітного поля АД має форму правильного вписаного шестикутника(N=6). Якщо за основу прийняти двоступеневу на половинному значенню періоду загальну криву фазної напруги, показану на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 - Узагальнена двоступенева форма вихідної фазної напруги

Розкладення узагальненої кривої фазної напруги на рисунку 2, в гармонічний ряд має вигляд:

(2.1)

Де коефіцієнти розкладення кривої напруги у гармонійний ряд мають значення:

(2.2)

Діюче значення першої гармоніки фазної напруги :

(2.3)

Загальне дійсне значення напруги узагальненої кривій фазної напруги визначимо за формулою:

, (2.4)

Відношення першої гармоніки фазної напруги к загальному значенню, характеризуючи скривлення кривої фазної напруги асинхронного інвертора напруги:

, (2.5)

Максимум відношення при фіксованому значенню кута б визначимо із мов рівності нулю часній похідній вираження (5) по q :

, (2.6)

Відкіля:

, (2.7)

Середнє значення по модулю загальної кривої фазної напруги має значення:

, (2.8)

3. Розрахунок фазних струмів трифазної системи "автономний інвертор напруги - асинхронний електродвигун"

Розрахунок ведемо методом двох складових, котрий базується на методах гармонійних складових і еквівалентного статичного навантаження.

Для початку знайдемо напруги прикладену, першу гармоніку прикладеної та напругу висших гармонік.

На інтервалі кожного на півперіоду крива фазної напруги АІН описується виразом.

(3.1)

Амплітудне значення напруги для двофазного двигуна :

(3.2)

Синусоїдальна складова фазного струму АД визначається першою гармонікою прикладеної напруги:

асинхронний тяговий електропривод напруга

, (3.3)

Результати розрахунку напруг наведені в таблиці 3.1

Таблиця 3.1 - Розрахунок синусоїдної складової фазного струму та

Визначивши числове значення будуємо залежності живлячої напруги та її першої гармоніки ( рисунок Б.1).

Також потрібно побудувати різницю між прикладеною напругою та її першої гармонікою, тобто напругою на двигуні (рисунок Б.2).

Струм фази трифазної системи АІД - АД можна подати у вигляді двох складових: струму першої гармоніки , що залежить від частоти обертання ротора АД, і суми струмів усіх вищих гармонік , що практично не залежить від :

=+(3.4)

Схема заміщення обертаючого двигуна приведена на рисунку 3.1

Рисунок 3.1 - Схема заміщення обертаючого двигуна

де - активний опір статора,

- активний опір ротора приведений до опору статора,

x_1Н - індуктивний опір статора,

x'₂ - індуктивний опір ротора приведений до індуктивного опору статора,

x_ОН - індуктивний опір намагнічуючого контуру.

Параметри ковзання знаходимо за виразами:

,(3.5)

,(3.6)

де - частота струму статора,

- частота ковзання,

- базова частота.

Розраховуємо загальний активний опір за формулою:

, (3.7)

Розраховуємо загальний реактивний опір х_э за формулою:

(3.8)

Еквівалентний опір Z_э розраховуємо за формулою:

,(3.9)

Амплітудне значення напруги першої гармоніки для двофазного двигуна

(3.10)

Амплітудне значення струму :

, (3.11)

Кут зміщення ц:

, (3.12)

Струм першої гармоніки на періоді 2р знаходимо за формулою:

, (3.13)

Складову суми струмів вищих гармонік можна подати у вигляді:

=+, (3.14)

де - реакція схеми заміщення загальмованого АД на прикладену східчасту напругу;

- струм першої гармоніки в режимі загальмованого АД.

Якщо двигун загальмований, то частота струму дорівнює частоті мережі, тобто , а з цього .

Схема заміщення загальмованого двигуна приведена на рисунок 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема заміщення загальмованого двигуна

Загальний активний опір загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

(3.15)

Реактивний загальний опір для загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

, (3.16)

Еквівалентний опір для загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

Ом(3.17)

Ом

Амплітудне значення струму розраховуємо за формулою:

,(3.18)

А

Кут зміщення розраховуємо за формулою:

(3.19)

Струм першої гармоніки в режимі загальмованого двигуна розраховуємо за формулою:

,(3.20)

Запишемо рівняння електричної рівновагі по інтервалах фазної напруги для фази АД, подавши її еквівалентним статичним навантаженням:

(3.21)

З умови безперервності фазного струму на границях інтервалів у сталому режимі маємо:

, (3.22)

Вираз (3.21) являє собою початкові умови, що дозволяють визначити єдиний розв'язок системи (3.22):

(3.23)

Уведемо такі позначення :

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

А

Підставляючи прийняті позначення в (3.22) і розв'язуючи цю систему з урахуванням граничних умов, дістанемо:

(3.28)

Підставляючи отримані значення для початкових умов у систему (3.23) одержимо вирази, що описують фазні струми АД на інтервалах для узагальненої кривої фазної напруги АІН:

(3.29)

При введені кутової й амплітудної і комутуючих функцій загальний розв'язок для фазних струмів на інтервалі зміни поточного електричного кута в межах від 0 до р можна подати у вигляді одного рівняння:

, (3.30)

Значення комутуючих функцій наводимо в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Значення кутової й амплітудних комутуючих функцій

Параметр	Значення параметра
Номер інтервалу		1	2	3
Діапазон зміни поточного кута
Кутова комутуюча функція		0
Амплітудна комутуюча функція		0,5	1	0,5
		0.603	1.044	0.44

де розраховуємо за формулою:

(3.31)

(3.32)

(3.33)

Результати розрахунку реакції схеми заміщення загальмованого АД на прикладену східчасту напругу наводимо в таблиці 3.3.

Визначивши числове значення будуємо залежності струмом загальмованого двигуна та першої гармонікою (рисунок В.1), різницю між струмом загальмованого двигуна та першої гармонікою (рисунок В.2), фазного струму та його першої гармоніка (рисунок В.3).

Індуктивність загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

(3.34)

Часова складова загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

(3.35)

Таблиця 3.3 - Розрахунок струму фази

Висновки

Асинхронний тяговий привід є перспективним тяговим приводом; на це вказують наступні його переваги :

· Відсутність колекторного вузла, а отже, спрощені умови комутації та поточного обслуговування

· Більш вища потужність при однакових габаритах

· Можливість використання у швидкісному транспорті, що особливо актуально для моторвагонного рухомого складу

Проведені розрахунки доводять, що використання асинхронних двигунів у якості тягових можливе, і попри те, що потребує значних капітальних затрат, експлуатаційні і ремонтні затрати та загальна кількість проблем з двигуном зменшаться. Ще більш перспективним є застосування двофазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, виходячи у першу чергу з поліпшення умов сумісної роботи асинхронного двигуна. Двофазний асинхронний двигун може тривало працювати при будь-якій формі живлячої напруги та дає можливість оптимізувати криву вихідної напруги автономного інвертора напруги по максимальному вмісту основної гармоніки в загальному діючому значенні.

Перелік використаних джерел

1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебн. для ВУЗов ж.-д. трансп.- М.: Транспорт, 1999.- 464 с.

2. Статчні перетворювачі тягового рухомого складу: Навч. посібник /За ред. Гончарові Ю.П..- Харків, НТУ "ХПИ", 2004.- 184 с.

3. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями. /Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, Ю.Г. Быков, В.В. Литовченко.- М.: Транспорт, 1991.- 336 с.

4. Розрахунок фазних струмів двофазної системи "Автономний інвертор напруги - Асинхронний двигун" // Гусевський Ю.І., Пасько О.В., Шаповал В.П, Збірник наукових праць, УкрДАЗТ, №44, 2000. - 59

5. Раціональні структури тягових перетворювачів частоти // Шаповал В.П, Напівпровідникові та мікропроцесорні пристрої в електроенергетичних системах транспорту, УкрДАЗТ, №39, 2000. - 36

6. Розробка, макетування та дослідження раціональних структур асинхронного тягового електроприводу для електрорухомого складу // Гусевський Ю.И., Шпіка Н.И. та інш., Звіт про науково-дослідну роботу, ХарДАЗТ, кафедра СЕТ, 1997. - 35

Додаток



Размещено на Allbest.ru