Расчет тяговых статических преобразователей постоянного напряжения

РАСЧЕТ ТЯГОВЫХ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. Основные характеристики статических преобразователей постоянного напряжения и исходные данные для их расчета

     Для повышения энергетических показателей и тягово-эксплутационных характеристик ЭПС постоянного тока в силовых цепях этого ЭПС вместо резисторно-контакторных систем регулирования режимов работы применяют статиче­ские преобразователи постоянного напряжения (СППН). СППН применяют также в качестве входных звеньев в многозвенных преобразовательных структурах систем управле­ния ТПС постоянно-переменного тока с тяговыми двига­телями переменного тока.

     Среди способов регулирования выходного напряжения СППН, характеризующихся зависимостью периода  импульсного цикла от коэффициента заполнения  импульсного цикла или скважности, наибольшее распространенна по­лучили широтно-импульсное регулирование (ШИР), при котором , и частотно-импульсное регулирование (ЧИР), при котором выполняются соотношения:

где А и В — постоянные величины.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

   Иногда в тяговых электроприводах реализуют белее сложные законы регулирования выходного напряжения СППН, например, на основе соотношения

где С — постоянная величина.

     При этом в преобразователях с выходным сглаживаю­щим дросселем будет обеспечено постоянство пульсаций то­ка в цепи тяговых двигателей. Одним из показателей СППН является диапазон регулирования  выходного напряжения, который определяется:

где и  - соответственно максимальное и мини­мальное значения скважности, характе­ризуемые динамическими параметрами тиристоров.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

     Основными характеристиками регулирования СППН счи­тают зависимости среднего значения выходного напряжения  преобразователя и тока  нагрузки от скважности , т. е. зависимости вида  и . Эти зависимости, а также внешнюю характеристику преобразователя, т. е. зависимость вида , получают на основе анализа электромагнитных процессов в силовых цепях СППН.

     В качестве исходных данных при расчете силовых це­пей СППН используют следующие величины:

- номинальное напряжение на входе СППН (до входного фильтра), равное номинальному напряжению в контактной сети) с максимальным  и минимальным значениями; — номинальное напряжение тя­гового двигателя; количество тяговых двигателей, подклю­чаемых последовательно к одному СППН; количество тяго­вых двигателей, подключаемых параллельно к одному СППН; максимальное значение тока нагрузки СППН, оп­ределяемое по условиям пуска ТПС; номинальное значение тока нагрузки СППН.

     При расчетах считают вентили идеальными ключами, конденсаторы не имеющими потерь и пренебрегают ак­тивным сопротивлением узла принудительной коммутации (УПК).

     В результате расчета силовой цепи СППН определяют тип и количество силовых полупроводниковых приборов, па­раметры дросселя и конденсатора УПК, входного и выход­ного фильтров, пульсации тока в цепи тяговых двигателей и пульсации напряжения и тока на токоприемнике ЭПС. В ряде случаев бывает необходимо определить максимальную частоту СППН при выбранных параметрах элементов УПК.

     Известно достаточно большое количество структур си­ловых цепей СППН, пригодных для реализации как частот­но-импульсного, так и широтно-импульсного способов регу­лирования напряжения.

3.2. Расчет статических преобразователей постоянного напряжения с широтно-импульсным регулированием

     Принципиальная схема силовой цепи СППН с ШИР приведена на рис. 3.1. До момента времени f, коммутирую­щий конденсатор  был заряжен до напряжения  с полярностью, указанной на рис. 3.1, тиристоры  и      находились в выключенном состоянии, ток  тягового дви­гателя замыкался через обратный диод  под действием энергии, запасенной в индуктивностях цепи нагрузки. В момент времени после подачи

рис. 3.1

управляющего сигнала на линейный тиристор  последний включается и через него начи­нает протекать ток тягового двигателя, равный , и ток раз­ряда  коммутирующего кон­денсатора, замыкающийся через тиристор , диод  и дрос­сель . Вследствие колебательного характера процесса разряда конденсатора  ток разряда достигает максимального значения в момент времени , а затем спадает до нуля к моменту времени , обуславливая перезаряд коммутирующего конденсатора.

     Коммутирующий диод  препятствует обратному разряду конденсатора по этому контуру. После момента времени  через линейный тиристор будет протекать только ток нагрузки.

     Для выключения тиристора в момент времени  пода­ют управляющий сигнал на ком­мутирующий тиристор  при включении которого для конденсатора  образуется разряд­ный контур, ток в котором на­правлен встречно по отношению к току линейного тиристора.      

     Индуктивность разряд­ного контура равна нулю, ток линейного тиристора практичес­ки мгновенно спадает до нуля, а перезаряд конденсатора  от источника (и конденсатора фильтра ) происходит с постоянным током (интервал вре­мени ). В интервале вре­мени  к линейному тиристору приложено обратное напряжение, под действием ко­торого он восстанавливает свои вентильные свойства. После мо­мента   времени  вентиль  может выдерживать, не переключаясь, напряжение, при­кладываемое к нему в проводящем направлении.