Проектирование преобразователя для нужд электрической тяги подвижного состава

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра «Электротехнические комплексы»

Курсовая работа

По дисциплине: «Импульсные системы управления»

Выполнила:                           ь

Факультет:                                           ФМА

Группа:                                           ЭММ-41

Проверил:                              Бирюков В. В.

Новосибирск

2008

Содержание

1 Введение                                                                                                                2

2 Выбор типа преобразователя и системы регулирования                                   5

3 Проектирование и расчет силовой части преобразователя                     7

3.1 Принципиальная схема электрической цепи                               7

3.2 Расчет и выбор элементов преобразователя                                        12

             3.2.1 Расчет параметров и выбор силовых полупроводниковых приборов, конденсаторов и дросселей                                                            14

3.2.2 Расчет параметров фильтровых конденсатора и дросселя   19

3.2.3 Расчет параметров фазного дросселя                                      21

4 Система управления                                                                                            22

5 Конструктивная проработка силового блока                                                   26

6 Заключение                                                                                                          27

7 Список использованных источников                                                                28

1  Введение

Целью данного курсового проектирования является разработка преобразователя для нужд электрической тяги подвижного состава. При выполнении задания необходимо определить тип тягового двигателя, разработать принципиальную электрическую схему преобразователя, произвести расчет параметров элементов и выбрать их по справочникам.

Исходными данными для курсового проектирования является:

Вариант	Вид транспорта	Вместимость
3	троллейбус	75

Для управления напряжением на ТЭД используется импульсное регулирование. Сущность его состоит в том, что энергия подводиться к тяговым электродвигателям и накопительным элементам в виде отдельных импульсов. В промежутке времени между импульсами энергия в ТЭД поступает от накопительных элементов, которыми служат индуктивности и емкости (рисунок 1.1). Устройство, которое осуществляет периодические отключения и включения цепи нагрузки на напряжение источника, является ключом К. Последовательно с двигателем М включен дроссель L1 для сглаживания пульсаций тока в этой цепи, а параллельно цени нагрузки – полупроводниковый диод VD, называемый обратным, через который протекает ток двигателя в те промежутки времени, когда ключ разомкнут. Замыкание и размыкание ключа К производятся с периодом повторения Т_р. В течение промежутка t_и ключ замкнут, в остальную часть периода Т_р – t_и – разомкнут. При замкнутом ключе к цепи нагрузки приложено напряжение, равное напряжению источника (u_н=U_1d). Под действием напряжения U_1d в контуре “+” источника питания – ключ К –  индуктивность L1 – двигатель М – “-” источника питания увеличивается ток i_1d= i_м. Поступающая из питающей сети энергия потребляется нагрузкой (двигателем М) и накапливается в индуктивности L1.

Рисунок 1.1 – Схема импульсного регулирования

После размыкания ключа приток энергии от источника прекращается (i_1d=0). Ток двигателя i_м, поддерживаемый энергией, запасенной в индуктивности L1, замыкается через диод VD. Поскольку в контур не поступает энергия извне, ток i_м убывает.  Величину прикладываемого к двигателю напряжения можно регулировать.

Возможны следующие варианты импульсного управления:

1.  период T=const, изменяется время проводящего состояния ключа t_1.  Такое управление называется широтно-импульсным;

2.  время проводящего состояния ключа остается неизменным t₁=const, изменяется период Т. Такое управление называется частотно-импульсным;

3.  изменяются время проводящего состояния t₁ и период импульсного регулирования Т. Такое управление называется смешанным.

Но для того чтобы схемы импульсного управления были работоспособными, необходимо выполнить следующие требования:

1.  источник питания должен быть безиндуктивным;

2.  ключ должен работать с большой частотой, так как при низкой частоте необходима громоздкая индуктивность L;

3.  ключ должен обладать способностью коммутировать большие токи. Для соблюдения первого условия необходимо источник питания, т.е. контактную сеть, обладающую индуктивностью, шунтировать емкостью. Для уменьшения пульсации тока в контактной сети и снижения радиопомех на входе импульсного преобразователя включают дополнительную индуктивность. Таким образом, получается входной индуктивно-емкостной фильтр.

В качестве ключа «К» применяется электронный ключ. Наибольшее распространение получили тиристорные ключи.

Использование безреостатного пуска позволяет применять ТЭД с высоколежащими характеристиками, которые могут быть выполнены на значительно большие мощности. Кроме того, это позволит повысить скорость сообщения ЭПС. При безреостатном пуске ток, потребляемый из контактной сети, повышается постепенно от весьма малого значения и только при выходе на автоматическую характеристику он достигает величины, имеющей место в контакторной системе в течение всего пуска.

Таким образом, использование безреостатного пуска и рекуперативного торможения позволит повысить скорость сообщения при одновременном значительном снижении расхода электроэнергии.

2 Выбор типа преобразователя и системы регулирования

При проектировании преобразователей рассматривалось несколько вариантов схемных решений их силовых цепей. Сравнение вариантов схемных решений производилось при условии соответствия выходных параметров преобразователей требованиям технического задания. Применительно к тяговому приводу эти требования сводятся к обеспечению:

- соответствия мощности преобразователя мощности тягового электродвигателя (ТЭД);

- необходимого диапазона изменения подводимого к ТЭД напряжения;