Расчет тяговых статических преобразователей постоянного напряжения, страница 2

     Аналогично этому, коммутирующий тиристор восстанав­ливает свои вентильные свойства под действием отрица­тельного напряжения в интервале времени . Условие гарантированного восстановления тиристорами своих вен­тильных свойств заключается в том, что паспортные вре­мена выключения этих тиристоров были меньше соответ­ствующих интервалов, в течение которых к тиристорам при­ложено отрицательное напряжение.

     После окончания процесса перезаряда конденсатора (и выключения тиристора ) в момент времени  нагрузка СППН перестает потреблять ток от источника (), и ток тяговых двигателей замыкается через обратный диод . Интервал времени  в течение которого проис­ходит полный перезаряд конденсатора , определяет ве­личину минимальной скважности , а интервал времени  – максимальную скважность .

     Коммутирующий конденсатор  должен обеспечивать гарантированное выключение тиристора  при наихудших сочетаниях  и , обусловленных минимальным напря­жением в контактной сети  и максимальным током нагруз­ки, т. е. при и . В этом случае емкость комму­тирующего конденсатора находят по выражению

 (3.1)

где  — время выключения тиристора, приводимое в ин­формационных материалах.

Ток линейного тиристора будет представ­лять сумму двух составляющих      и  т. е. максимальное значение тока линейного тиристора (3.2)

где

     Задаваясь превышением максимального тока линейного тиристора над максимальным пусковым током тяговых дви­гателей   ( обычно ), можно определить    индуктивность  коммутирующего дросселя:

  (3.3) или  (3.4)

     Выбранную на основании соотношений  (3.1) величину индуктивности коммутирующего дросселя необхо­димо проверить по условию допустимой скорости нарастания прямого тока через тиристоры выбранного типа.   Ве­личина этой индуктивности должна удовлетворять условию

(3.5)

где — максимально допустимая скорость на­растания прямого тока через тиристор (имеется в инфор­мационных материалах на тиристоры).

     Если указанные условия не выполняются, то необходимо соответствующим образом увеличить  и по этой вели­чине откорректировать величину емкости коммутирующего конденсатора.

     Среднее значение тока линейного тиристора

(3.6)

где  — продолжительность рабочего такта;

 — среднее значение  тока   коммутирую­щего диода. 

     Величину  можно определить по формуле

(3.7)

      Аналогично можно записать соотношения для расчета средних значений тока коммутирующего тиристора  и обратного диода   ;

(3.8)

где  — продолжительность паузы;

(3.1)

     Минимально возможная продолжительность паузы

(3.9)

     Максимальная продолжительность интервала времени  в течение которого после выключения линейного тиристора происходит перезаряд конденсатора до напря­жения источника, будет иметь место при максимальном на­пряжении на входе СППН и минимальном токе нагрузки. В то же время продолжительность интервала , в те­чение которого конденсатор  перезаряжается в контуре коммутации, не зависит от входного напряжения и тока на­грузки преобразователя и определяется только параметра­ми элементов УПК, т. е. минимальная продолжительность рабочего такта может быть найдена по соотношению

 (3.10)

     Тогда    минимальная   продолжительность    импульсного цикла

(3.11)

где  — максимально возможная частота следования импульсов в СППН.

    Для ограничения пульсаций тока в цепи тяговых двига­телей на выходе СППН устанавливают сглаживающие дрос­сели, величину индуктивности которых выбирают, исходя из допустимого (или требуемого) уровня пульсаций тока в це­пи тяговых двигателей. В общем случае задача определения индуктивности  сводится к решению трансцендентных уравнений, что, нe оправдано при выполнении практических расчетов по выбору параметров элементов си­ловой цепи СППН.

     Принимая допущения в том, что падение напряжения на активном сопротивлении  нагрузки равно его среднему значению , а входное и выходное напряжение не имеют пульсаций [10], можно записать для рабочего такта

(3.12)

где — индуктивность тягового двигателя.

Из уравнения (3.12) следует, что , поэтому пульсация тока нагрузки

     Учитывая, что  и переходя к относительной величине пульсации , получим

 

откуда, задаваясь допустимым значением относительной пульсации, , найдем необходимую индуктивность сглаживающего дросселя:

 

     Для обеспечения электромагнитной совместимости тя­гового статического преобразователя постоянного напряже­ния с питающей сетью и другими устройствами, использую­щими рельсовые цепи, на входе СППН устанавливают фильтры, которые чаще всего выполняют в виде Г- образного LC-фильтра.

     При приближенном расчете пульсации напряжения на конденсаторе  фильтра обычно пренебрегают пульсация­ми токов цепи нагрузки и источника. В этом случае для рабочего тока можно записать:

где  — напряжение на конденсаторе .

     Поскольку   то получим

     Учитывая, что  и переходя к относительной величине пульсаций , получим

     Используя метод эквивалентного интеграла,можно приближенно определить величину пульсаций тока на входе СППН:

где — индуктивность дросселя входного фильтра.

     Переходя к относительной величине пульсации входного тока   определим   индуктивность  дросселя входного фильтра:

     Следует иметь в виду, что при определении параметров элементов входного и выходного фильтров в качестве ис­ходных используют номинальные значения напряжения на входе и тока на выходе СППН.

Максимальные значения напряжений, прикладываемых к линейному и коммутирующему тиристорам, коммутирую­щему диоду и конденсатору, равны  т. е. рабочее на­пряжение этих элементов должно соответствовать макси­мальному напряжению в контактной сети. Максимальное значение напряжения, прикладываемого к обратному, диоду и нагрузке, составляет .

     Необходимо отметить, что приведенные выше формулы для определения параметров элементов силовой цепи СППН с ШИР получены для случая, когда к источнику питания подключен один СППН, от которого, в свою очередь, пи­тается один тяговый двигатель. Поэтому при наличии на ТПС несколько тяговых двигателей СППН следует исполь­зовать эти формулы с учетом структуры цепи управления ТПС и группировок тяговых двигателей.