Проектирование преобразователя для нужд электрической тяги подвижного состава, страница 3

Рассмотренная схема цепей двухфазного широтно-импульсного преобразователя предназначена в большей степени для подключения общей нагрузки, как это показано. В этом случае ток в каждой фазе преобразователя может протекать почти весь период регулирования.

Следует также отметить, что в данном случае, тиристоры не полностью управляемые и для их отпирания достаточно подать сигнал на управляющий электрод, а для запирания – специальное устройство: узел коммутации.

В настоящей работе, использовалась наиболее распространенная, емкостная коммутация тиристорного ключа. То есть запирание тиристоров происходило за счет прикладывания к нему напряжения обратной полярности.

3.2 Расчет и выбор элементов преобразователя

Для того чтобы выбрать элементы преобразователя необходимо изначально определить тип подвижного состава (ПС) и тягового электрического двигателя (ТЭД).

Зная, что подвижным составом является троллейбус, вместимостью 75 пассажиров выбираем тип электроподвижного состава и соответствующий тяговый электродвигатель.

Для определения типа ПС и ТЭД воспользуемся [4].

По вместимости, наиболее оптимальным ПС является троллейбус TROLZA 5275, имеющий параметры представленные в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Параметры ПС

Тип ЭПС	Вместимость пасс.	Масса троллейбуса, кг	Диаметр колеса, мм	Максим. скорость км/ч	Напряжение на токоприемника, В
TROLZA 5275	100	10600	1070	60	550

Тяговое усилие, приходящееся на ось

                                                  (3.1)

где  - полная масса троллейбуса  ;  - коэффициент инерции, примем ;  - допустимое ускорение, при импульсной системе управления

Зная, что максимальное тяговое усилие должно соответствовать условию:

                                                          (3.2)

где  - сцепной вес, для троллейбуса ;  - коэффициент сцепления, для троллейбусов, согласно [4] .

Получаем

Отсюда видно, что условие выполняется.

Значит мощность тягового двигателя:

                                                      (3.3)

где  - скорость выхода на автоматическую характеристику

Необходимо учесть, что в момент пуска ТЭД обеспечивает двойную перегрузку, поэтому выбираем двигатель на мощность:

Наиболее оптимальным тяговым электродвигателем является ДК-213Б, обладающий параметрами, представленными в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Параметры ТЭД

Показатели	ДК- 213Б
Напряжение, В	550
Мощность часового режима, кВт	115
Частота вращения, об/мин номинальная	1430
Частота вращения максим., об/мин	3900
Ток часового режима, А	232
Ток длительный, А	205
Число коллекторных пластин	175
Сопротивление обм. якоря при 1000С, Ом	0,090
Сопротивление обм. послед. возб. при 1000С, Ом	0,051
Сопротивление обм. допол. полюсов при 1000С, Ом	0,045

3.2.1 Расчет параметров и выбор силовых полупроводниковых приборов, конденсаторов и дросселей

Выбор элементов преобразователя производится на основании нескольких факторов, основными из которых являются средний ток двигателя, частота коммутации ключа, время выключения и т.д.

Рисунок 3.5 - Электрическая схема силовой цепи тягового привода

Выбор тиристоров VS1, VS2, VS3, VS4 произведем по максимальному току.

Максимальный ток двигателя:

                                              (3.4)

где  - ток часового режима, для ДК-213Б

Так как количество фаз преобразователя равно 2, то ток фазы . А значит максимальный ток через каждый тиристор не превышает 200А.

Согласно справочнику [5] в качестве тиристоров VS1, VS2, VS3, VS4 выбираем быстродействующие тиристоры ТБ-200, имеющий характеристики представленные в таблице 3.3 и предназначенный для работы на частоте до 10кГц.Вданном случае примем частоту 1кГц.

Таблица 3.3 - Параметры и характеристики тиристора ТБ200

Параметр	ТБ200
Предельный ток, А	200
Предельный ток с типовым охладителем, А	190
Повторяющееся напряжение, В	300-1200
Неповторяющееся напряжение, В	330-1344
Рекомендуемое рабочее напряжение, В	210-840
Постоянное напряжение, В	150-600
Действующее значение прямого тока, А	320
Ударный ток, А, при длительности 10мс	5000
Критическая скорость нарастания прямого тока, А/мкс	200
Прямое напряжение в цепи управления при обратном напряжении, В	0,2
Обратное напряжение в цепи управления при прямом анодном напряжении, В	3
Средняя мощность потерь в цепи управления, Вт	2
Максимально допустимая температура структуры, ºС	110
Прямое падения напряжения, В	2,4
Обратный ток и ток утечки, мА	30
Отпирающий ток управления, А	0,35
Отпирающее напряжение управления, В	5,5
Не отпирающее напряжение управления, В	0,2
Ток удержания, мА	90
Ток выключения, А	0,65
Время включения, мкс	5
В том числе время задержки, мкс	1
Время выключения, мкс	30
Время восстановления запирающих свойств, мкс	5
Критическая скорость нарястания прямого напряжения, В/мкс	200
Внутреннее установившееся тепловое сопротивление, ºС/Вт: В сторону анода В сторону катода	0,16 0,21
Внешнее установившееся тепловое сопротивление, ºС/Вт: В сторону анода В сторону катода	0,155 0,155
Прижимное усилие, кН	7,5-8,5
Масса тиристора без охладителя, кг	0,23
Масса тиристора с охладителем, кг	5,1

Среднее значение тока определяется из выражения::

                              (3.5)

где  - пороговое напряжение тиристора, ;  - диффиринциальное сопротивление тиристора, ;  - допустимая температура р-п-перехода, ;  - температура окружающей среды, ;  - период регулирования ;  - время импульса, ;  - переходное сопротивление р-п-перехода – окружающая среда, .