Электрическая тяга

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, .

Значит, выбранный тиристор удовлетворяет требованиям.

 

Так как тиристор ТБ200 выдерживает ударный ток Iуд =4500А, согласно [5], в течение 10мс, значит, он выдержит этот ток в течение 10мкс, что соответствует времени перезаряда.

Можно сделать вывод, что данный тиристор ТБ200 можно применить в качестве тиристоров VS5, VS6.

 

Запирание тиристоров должно происходить даже при самом неблагоприятном режиме, когда величина напряжения на коммутирующем конденсаторе минимальна, а величина протекающего через тиристор тока – максимальна, т.е. и

Тогда согласно равенству

     (3.6)

где - коэффициент запаса повремени выключения,

получаем

Принимаем

 

Значение определяется из условия равенства энергии, накопленной в конденсаторе перед началом разряда, энергии дросселя в момент равенства нулю напряжения на конденсаторе при максимальном напряжении источника питания:

     (3.7)

Следовательно,

     (3.8)

где - синусоидальный ток коммутирующего контура, .

Принимаем

 

Обратный диод VD1 выбираем на ток 400А.

Поскольку в процессе пуска двигатель работает в различных точках пусковой диаграммы. И в определенных точках обратный диод оказывается нагружен двигателем, а максимальный ток двигателя 400А.

Согласно [6] выбираем диод Д161-400. Основные характеристики диода представлены в таблице 3.4.

 

Таблица 3.4 - Параметры и характеристики диода

Повторяющееся импульсное обратное напряжение	300÷1800В
Средний прямой ток	400А
Ударный прямой ток	8250А
Повторяющийся импульсный обратный ток	40мА
Импульсное прямое напряжение	1,40В
Максимальная температура перехода	190ºС
Тепловое сопротивление переход – корпус	0,130 ºС/Вт
Масса диода	0,24кг

 

 

3.2.2 Расчет параметров фильтровых  конденсатора и дросселя

 

Для систем с широтно-импульсным регулированием при выборе основных параметров входного фильтра в качестве считают достаточной индуктивность радиореакторов, которые имеют около 3мГн. Выбор производится совместно с выбором схемы регулирования и элементов ТИП. Выбор осуществляется сперва по предварительному расчету, а затем уточняется. Для предварительного расчета можно применять при режиме установившегося значения пускового и тормозного тока и - в начале пуска.

Конденсатор выбирают в следующем порядке:

1. Предварительный расчет :

     (3.9)

где - индуктивность радиореактора; - частота регулирования .

2. Определяем :

      (3.10)

где - общий ток ТЭД; - число фаз ; - частота регулирования ; - емкость входного фильтра .

3. Определяем рабочее напряжение конденсатора , которое должно иметь:

    (3.11)

где - наибольшее повышение напряжения сверх напряжения , при , определяется как:

    (3.12)

Тогда    

     (3.13)

4. По кривой из [3] определим удельный эффективный ток и рассчитываем эффективный ток в при длительном режиме :

Удельный эффективный ток

Эффективный ток в при длительном режиме :

   (3.14)

где - соответственно время пуска и торможения, ; - число циклов (пусков и торможений) в час, ; - тормозной ток .

5. Проверяем условие:

    (3.15)

Так как условие не выполняется, то увеличим , исходя из неравенства:

    (3.16)

Следовательно   

Необходимо скорректировать и :

 

3.2.3 Расчет параметров фазного  дросселя

 

В данном преобразователе обмотка возбуждения двигателя выполняет функцию сглаживающего выходного фильтра. И энергии накопленной в ней достаточно для поддержания тока двигателя в момент отключения его от источника питания. Таким образом, отпадает необходимость применения дополнительного фазного дросселя.

Индуктивность обмотки возбуждения двигателя последовательного возбуждения

 

4. Система управления

 

Рассмотрим принципы разработки структурной схемы двухфазного широтно-импульсного преобразователя с общим узлом емкостной коммутации, работающего на общую нагрузку. Схема не содержит целого ряда электрических и электронных аппаратов, необходимых для нормального функционирования преобразователя. Так, в частности, отсутствуют датчики тока, напряжения, температуры и т.д., необходимые для сбора информации о состоянии цепей всего подвижного состава и элементов самого преобразователя. Однако, при разработке структурной схемы они будут учтены.

Источником питания ИП1 системы управления преобразователем (рисунок 3.6) должен служить автономный источник, в качестве которого целесообразно использовать аккумуляторную батарею. Поскольку элементы системы управления требуют в большинстве своём различные уровни питающего напряжения, то возникает необходимость согласования напряжения источника питания с их напряжением, для чего в системе управления используются маломощные преобразователи, питающие конкретных потребителей. В схеме они сведены в один блок ИП2.

Работу системы управления необходимо привязать к опорному генератору временного интервала, которым в преобразователях с широтной модуляцией является длительность периода регулирования. Длительность периода регулирования определяется параметрами силовых полупроводниковых приборов, используемых в качестве ключей сильноточных цепей преобразователя. Обычно генератором временного интервала является генератор прямоугольных импульсов, называемый генератором тактовых импульсов (ГТИ) или задающим генератором (ЗГ). Выполнение одного из основных требований, предъявляемых к системе управления – стабильности выходных параметров, поэтому элементную базу ЗГ представляет собой кварцевый резонатор. Так как частоты генерации импульсов кварцевых резонаторов лежит в больших пределах, а рабочая частота тиристоров составляет 1кГц, то в задающем генераторе предусматривается применение делителей частоты, понижающих выходную частоту ЗГ до приемлемого значения.

Рисунок 3.6 – Система управления преобразователем

 

Для обеспечения жёсткой фиксации периода регулирования по фазам со сдвигом друг относительно друга на 1800 эл. в схеме предусмотрено формирование импульсов на тиристоры VS2 и VS3 (в определенный момент они являются «гасящими») первой фазы и VS1 и VS4 второй фазы по переднему и заднему фронтам тактовых импульсов соответственно. При формировании переднего фронта тактового импульса сигнал поступает на формирователь импульсов ФИ, где вырабатывается сигнал оптимальной для наилучшего отпирания тиристоров формы и длительности, откуда он поступает на усилитель мощности УМ и блок задержки. Усилитель необходим для того, чтобы сформировать мощный сигнал, достаточный для отпирания нескольких тиристоров.