Силовые схемы электропоездов

Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов
Силовые схемы электропоездов
Силовые схемы электропоездов

скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Факультет Электромеханический

Кафедра электрической тяги

Допускается к защите

Зав. кафедрой .

к.т.н., доцент Цихалевский И.С

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема Электропоезд постоянного тока с импульсным регулированием

(пояснительная записка)

190303.54.ПД.00.ПЗ

(обозначение документа)

Разработал студент

(студент дипломник) (группа) (подпись) (дата) (ф. и. о.)

Руководитель к.т.н., доцент Першин Н.Н.

(должность, звание) (подпись) (дата) (ф. и. о.)

Консультанты ст. преподаватель Семенова. Т.Г.

(должность, звание) (подпись) (дата) (ф. и. о.)

ассистент Хорохова А.В.

Н. контролер к.т.н., доцент Стаценко К.А.

(должность, звание) (подпись) (дата) (ф. и. о.)

Рецензент

(должность, звание) (подпись) (дата) (ф. и. о.)

Екатеринбург

Документ  является демонстрационной версией

Узнать примерную цену полной версии (нажмите кнопку Ctrl и щелкните ссылку)

Узнать свою цену.  Приложите этот файл (нажмите кнопку Ctrl и щелкните ссылку)

www.diplom-berezniki.ru (нажмите кнопку Ctrl и щелкните ссылку)

Реферат

Дипломный проект 118 с., 27 рис., 5 табл., 24 источника, 1 прил.

полупроводниковые приборы, импульсный преобразователь, принципиальная силовая схема, диаграмма, электропоезд, модульная конструкция, вторичные цепи, входной фильтр, реактор, экономическая эффективность, экспертиза, электробезопасность

Объектом исследования является силовая схема электропоезда с импульсной системой регулирования напряжения на тяговых двигателях.

Цель работы – проектирование силовой схемы электропоезда.

В ходе работы произведён поиск и анализ современных методик теплового расчёта IGBT модулей, на основании которых выбраны силовые вентили преобразователя.

В проекте произведён расчет и определены конструктивные особенности сглаживающего реактора и входного фильтра.

Спроектирована вспомогательная схема электропоезда.

Произведено технико-экономическое сравнение контакторно-реостатной и импульсной систем управления электропоездами.

В разделе охраны труда рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением электробезопасности локомотивных бригад.

Содержание

Введение 8

^ 1 Проектирование силовой цепи электропоезда 11


  1. Сравнительный анализ контакторно-реостатной и

импульсной системы управления 11

  1. Общие особенности построения силовой схемы электропоезда 14

  2. Описание силовой схемы электропоезда 16

  3. Описание структурной схемы системы управления

преобразователем электропоезда 19

2 Описание работы преобразователя 21


  1. 2.1 Принцип действия импульсного преобразователя 21

2.2 Выбор схемы импульсного преобразователя 23

2.3 Работа импульсного преобразователя в режиме тяги 25

2.4 Работа импульсного преобразователя в режиме рекуперации 29

3 Определение мощности тяговых электродвигателей

электропоезда по заданному коэффициенту перегрузки в

пусковом режиме 32

4 Тепловой расчет импульсного преобразователя 35

4.1 Критерии выбора IGBT транзисторов 35

4.2 Расчёт потерь мощности 37

4.3 Расчёт температуры кристалла 41

4.4 Методика полного расчета IGBT транзисторов 43

5 Расчёт вторичных цепей 51

5.1 Схема вспомогательных цепей 51

5.2 Расчёт вторичных ЭДС 53

5.3 Выбор вентилей вторичной цепи 55

5.4 Расчёт величины индуктивностей сглаживающих реакторов 59

5.5 Расчет инвертора 62

6 Расчет параметров входного фильтра 67

6.1 Величина емкости входного фильтра 67

6.2 Величина индуктивности входного фильтра 68

7 Расчёт сглаживающего реактора 70

7.1 Электромагнитный расчет 70

7.2 Тепловой расчет 80

8 Определение величины тормозного резистора 84

9 Технико-экономическое сравнение импульсной и контакторно-

реостатной систем управления электропоездами 88

9.1 Сравнение импульсного и контакторно-реостатного управле­ния

электропоездами 88

9.2 Определение расходов, приходящихся на 1 поездо-км в

пригородном движении 89

10 Безопасность и экологичность проекта 98

10.1 Порядок обучения и проверки знаний локомотивных бригад

по электробезопасности 98

10.2 Экспертиза проекта на соответствие требованиям безопасности

и экологичности 108

Заключение 114

Список использованных источников 115

Приложение А. Технические параметры IGBT модуля 117

Введение

Контакторно-реостатная система управления ЭПС оставалась до недавнего времени основной системой электрической тяги на постоянном токе. Однако эта система обладает многими существенными недостатками, связанными главным образом с ограниченными возможностями регулирования скорости. В настоящее время на подвижном составе постоянного тока преимущественно применяют реостатный пуск, вызывающий значительные потери энергии, управление при помощи контакторов, разрывающих большие токи, переключения групп тяговых двигателей, специальные системы возбуждения двигателей при рекуперативном торможении.

Большинство этих недостатков устраняется при импульсном управлении, которое обеспечивает возможность плавного безреостатного регулирования в широких пределах напряжения, подводимого к тяговым двигателям. Благодаря этому становится более совершенным и простым управление скоростью подвижного состава, отсутствует жесткая связь между напряжениями двигателей и контактной сети, упрощается автоматизация процессов движения поезда, улучшаются условия использования рекуперативного торможения.

Стремительное развитие преобразовательной техники на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) в тяговых системах подвижного состава началось в начале 1990-х г. г. с применения ее для нижнего диапазона мощностей. В Европе преобразователи на IGBT были впервые разработаны и построены компанией Siemens в 1992 г. для вагонов трамвая с пониженным уровнем пола во Франкфурте-на-Майне.

Расширение области применения тяговых преобразователей на базе транзисторов IGBT зависело от возможностей повышения запирающей способности и величины пропускаемого ими тока. Ряд ключевых технических решений, внесенных за истекшее десятилетие в конструкцию и технологию производства транзисторов, способствовал их непрерывному совершенствованию. Серьезную проблему для разработчиков представляла механическая компоновка полупроводниковых приборов (транзисторов IGBT, диодов) в общем корпусе с учетом высоких требований к тяговым системам, обусловленных циклическим изменением нагрузки. Для решения этой задачи понадобились тщательные исследования и испытания. В итоге был создан прочный корпус для преобразовательного модуля, который отвечает даже особо жестким условиям эксплуатации на линиях метрополитена с большим суммарным числом рабочих циклов, выполняемых на протяжении всего срока службы.

Тяговые преобразователи на базе транзисторов IGBT выгодно отличаются двумя особенностями, важными как для железных дорог, так и для изготовителей. Прежде всего, эти устройства создают потенциальные возможности для снижения затрат, главным образом благодаря удешевлению сборки и повышению эффективности тяговых систем. Вторая особенность, которая способствовала быстрому внедрению преобразовательной техники на базе транзисторов IGBT, заключается в повышенной надежности и эксплуатационной готовности тяговых систем. Уже на начальном этапе внедрения преобразователей, выполненных на запираемых тиристорах (GTO), было очевидно, что предельно достижимый уровень надежности ограничивается сложностью таких устройств. Особенно сильное влияние на надежность системы оказывали схемы цепей управления тиристорами GTO. В отличие от запираемых тиристоров, транзисторы IGBT управляются напряжением при довольно малых управляющих токах заряда и разряда входной емкости полупроводникового прибора. Благодаря этому значительно упрощается схема управления затвором.

Указанные предпосылки будут способствовать постепенному переходу в новых проектах тяговых систем от преобразовательной техники на запираемых тиристорах GTO к технике на транзисторах IGBT.

Как видно из приведенных данных, тяговый преобразователь на транзисторах IGBT может заменить преобразователь на запираемых тиристорах в любом из случаев применения. Благодаря низким потерям, особенно в режиме низких нагрузок, он значительно экономит затраты энергии на тягу. Повышенная тактовая частота позволяет использовать более компактное тяговое оборудование. Применяемая в схеме преобразователя концепция защиты является более щадящей по отношению к тяговым двигателям и другим компонентам привода.

После появления запираемых тиристоров прошло 20 лет. В связи с этим возникает вопрос о том, насколько продолжительной будет эпоха транзисторов IGBT и что придет им на смену. Большие ожидания связаны с вентилями на основе карбида кремния. Их повышенная устойчивость против термических нагрузок позволит значительно упростить схему охлаждения.

Основной задачей дипломного проекта является проектирование силовой цепи электропоезда с импульсной системой управления. Разрабатываемая схема должна обеспечить плавное регулирование напряжение на тяговых двигателях, возможность применения рекуперативно-реостатного торможения, а также устранение недостатков, характерных для контакторно-реостатной системы управления.

Целесообразность применения проектируемой силовой цепи оценивается технико-экономическими показателями, полученных при сравнении контакторно-реостатной и импульсной систем управления.

Заключение

В дипломном проекте разработана принципиальная силовая схема электропоезда с импульсной системой регулирования напряжения на тяговых двигателях.

Для этой цели был произведен анализ различных схем импульсного регулирования и выбран наиболее оптимальный вариант схемы с преобразователем на современных IGBT транзисторах, соответствующий установленным в техническом задании требованиям.

Выбраны IGBT модули фирмы ABB HiPak типа 5SNA 0600G650100 .

Произведён поиск и анализ современных методик теплового расчёта IGBT модулей, на основании которых выбраны силовые вентили преобразователя. Правильный выбор управляемых транзисторов обеспечивает более широкий диапазон регулирования, а также долговечность, надежность и сравнительно умеренные затраты на их приобретение и обслуживание.

Рассчитана температура кристалла в наиболее напряженном режиме работы: 91 ºС. При данной температуре выбранный IGBT транзистор будет устойчиво работать с заданными характеристиками, указанных в технических данных. Охлаждение модулей воздушное со скоростью воздуха 12 м/с.

Спроектирована вспомогательная схема электропоезда и произведен подбор вентилей однофазных мостовых выпрямителей и инвертора.

В проекте произведён расчет и определены конструктивные особенности сглаживающего реактора и входного фильтра.

Произведено технико-экономическое сравнение импульсной и контакторно-реостатной систем управления электропоездами.

В проекте произведен анализ производственного травматизма и представлена последовательность порядка обучения и проверки знаний по электробезопасности для локомотивных бригад.

Выполнена экспертиза проекта на соответствие требованиям экологичности и безопасности.

^ Список использованных источников

1 Некрасов В.И. Импульсное управление тяговыми двигателями электрического подвижного состава постоянного тока: Учебное пособие. – Ленинград, 1972. – 115 с.

2 Розенфельд В.Е. Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями. – М.: Транспорт, 1976. – 280 с.

3 Пегов Д.В. Руководство по устройству электропоездов серии ЭТ2Т, ЭР2Т, ЭД2Т, ЭТ2М. – М.: Центр коммерчиских разработок, 2005. – 178 с.

4 Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги: Учебник для вузов ж.д. трансп. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1983. – 328 с.

5 Ротанов Н.А., Захарченко Д.Д., Плакс А.В., Некрасов В.И., Иньков Ю.М. Проектирование систем управления электроподвижным составом. – М.: Транспорт, 1986. – 327 с.

6 Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электроники для локомотивных бригад. – М.: Транспорт, 1992. – 213 с.

7 Технические параметры ABB HiPak типа СМ1200НС-66Н.

http: www.ABB.ru.

8 Sven Konrad. Тепловые параметры силовыхмодулей в широтно импульсных преобразователях. В кн. Силовые IGBT-модули. Материлы по применению. –^ М.: ДОДЭКА. 1997.

9 Першин Н.Н. Электронная техника и преобразователи. Конспект лекций для студентов третьего курса специальности «Электрический транспорт железных дорог». – Екатеринбург, 2006. – 71 с.

10 Колпаков А. Особенности теплового расчета импульсных силовых каскадов. Компоненты и технологии. – 2002. – № 1. – с. 39 – 48.

11 Колпаков А. Автоматизация теплового расчета оконечных каскадов на IGBT-транзисторах. Экспресс Электроника. – 1998. – №5. – с. 48 – 56.

12 Першин Н.Н. Цихалевский И.С. Расчет преобразователя для питания вспомогательных цепей электровоза. – Екатеринбург, 2004. – 24 с.

13 Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

14 Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.

15 Запираемые тиристоры GTO. http: www^ . ЦПМК РУСТЕЛ.ru.

16 Игонин А.И., Барановский Е.Ф., Кунаков В.П. Тяговые трансформаторы и реакторное оборудование электроподвижного состава. – М.: Транспорт, 1982. – 144 с.

17 Хасин Л.Ф., Матвеев В.Н. Экономика, организация и управление

локомотивным хозяйством.: Учебник для техникумов и коледжей ж.д. трансп. – М.: Желдориздат, 2002. – 452 с.

18 Дмитриев В.А. Экономика железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1996. – 328 с.

19 Методические указания по выбору наивыгоднейшего режима и скорости движения пригородных пассажирских поездов при различных видах тяги. – М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1968. – 74 с.

20 Низов А.С., Пяткова А.Г. Основные требования к содержанию и оформлению дипломных проектов. – Екатеринбург, 2000. – 76 с.

21 Олифер В.Д., Попова Н.П., Кузнецов К.Б. Методические рекомендации для подготовки раздела «Безопасность и экологичность проекта» при дипломном проектировании. – УрГУПС, Екатеринбург, 2003. – 18 с.

22 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ Р М-016-2001.РД 153-34.0-03.150-00.

23 Распоряжение № 788р. Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации локомотивов и моторвагонного подвижного состава в

ОАО "РЖД". 24.04.2006.

24 Левицкий А.Л., Сибаров Ю.Г. Охрана труда в локомотивном хозяйстве.– М.: Транспорт, 1989. – 215 с.

Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов Силовые схемы электропоездов

Похожие статьи:




Бетон теплый пол своими руками




Как сделать фигуры из кружков




Поздравления на 10 месяцев дочери




Создавать красоту своими руками




Гребенки для теплого пола схема