Министерство путей сообщения российской федерации

Санкт-петербургский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»

Практическая работа

По дисциплине: «Надёжность электрического подвижного состава»

Расчёт надёжности системы импульсного регулирования напряжения электрического подвижного состава при внезапных отказах

Выполнил: ________________________

__________________________________

Проверил: Зеленченко А.П.

Санкт-Петербург

2007

Исходные данные для расчетов

Моторный вагон пригородного электропоезда постоянного тока укомплектован четырьмя тяговыми электродвигателями с номинальным коллекторным напряжением 1500 В.

Тяговые электродвигатели соединены постоянно попарно последовательно.

В моторном вагоне установлен общий входной фильтр. Последовательно с каждой группой электродвигателей включен сглаживающий реактор. Каждая группа электродвигателей подключена к своему тиристорному преобразователю.

Напряжение контактной сети: U_min = 2300 В, U_max = 4000 В.

Частота управления группы на основной зоне регулирования f = 400 Гц.

Относительное время работы фильтра ε = 0,34

Паспортное время выключения тиристоров t_q =32 мкс

Разница зарядов обратного восстановления полупроводниковых приборов ΔQ = 70 мкК

Tок утечки I_ут = 20 мА

Индуктивность тяговых двигателей L_н = 20 мГн

Kоличество звеньев входного фильтра m = 3

Среднее значение тока нагрузки I_н = 220 А

Класс полупроводникового прибора (рабочее напряжение) U_раб = 10

Величины интенсивности отказов λ_i

Тяговые двигатели	Тиристоры	Диоды	Реакторы	Конденсаторы	Резисторы	Соединения
λi , 1/ч	λi , 1/ч	λi , 1/ч	λi , 1/ч	λi , 1/ч	λi , 1/ч	λi , 1/ч
2,5·10-6	2,0·10-5	3,0·10-5	0,5·10-5	0,25·10-5	0,4·10-5	0,04·10-6

Схема тиристорно-импульсного преобразователя:

1. Расчёт параметров и выбор элементов системы импульсного регулирования

1.1. Определение допустимой пульсации тока нагрузки:

ΔI = 2 · K_I · I_H

где К_I = 0,1 – допустимое значение коэффициента пульсации

ΔI = 2 · 0,1 · 220 = 44 А

1.2. Определение максимального значения тока нагрузки

1.3. Определение параметров коммутирующей ёмкости и индуктивности:

где U_min – минимальное напряжение в контактной сети

t_выкл = К_з · t_q

где t_q – паспортное время выключения тиристора

К_з – коэффициент запаса, принимаем равным 1,5

t_выкл = 1,5 · 32 · 10^-6 = 0,000048с

1.4. Определение индуктивности сглаживающего реактора:

где U_max – максимальное напряжение контактной сети

λ = 0,5 – коэффициент заполнения тиристорно-импульсного преобразователя

f – рабочая частота фазы тиристорно-импульсного преобразователя

L_н – индуктивность тяговых двигателей

1.5. Определение количества полупроводниковых приборов в группе, без учёта резервных:

0,9 – коэффициент, учитывающий разброс параметров прибора

Полученное значение округляем до ближайшего целого в большую сторону, т.е. n = 5

1.6. Расчёт параметров дросселя насыщения:

где Δt – время отпирания тиристора (время перемагничивания дросселя насыщения), принимаем равным 10 · 10^-6 с

U = 2000 В – максимально возможное напряжение перед отпиранием тиристора

w = 15 – число витков

ΔВ = 1,0 тл – общее изменение магнитной индукции

1.7. Выбор параметров шунтирующих резисторов:

1.8. Выбор шунтирующих конденсаторов:

Последовательно с конденсатором С устанавливается разрядный резистор R = 5…50 Ом.

1.9. Расчёт параметров входного фильтра

Заданное количество звеньев m = 3

Определение допустимого действующего значения переменной составляющей напряжения.

Для фильтровых конденсаторов типа ФСТ – 4 – 40, допустимое действующее значение переменной составляющей напряжения [U_~] = 20 В, при частоте 4000 Гц, при частоте 800 Гц:

[U_~]_fф = [U_~]·

[U_~]_fф = 20 ·

Определение допустимого полного размаха пульсации напряжения на обкладках фильтрового конденсатора при данной частоте f_ф :

[ΔU]_Сф1 = 3,43 · [U_~]_fф

[ΔU]_Сф1 = 3,43 · 44,721 = 153,4 В

Определение ёмкости конденсатора С_ф1 (ближнего к преобразователю)

где I_н.ф – приведённый к фильтру скачок тока, потребляемого нагрузкой

I_н.ф = 2 · I_н

I_н.ф = 2 · 220 = 440 А

Используем симметричный входной фильтр, т.е.:

L_ф1 = L_ф2 = L_ф3 и С_ф1 = С_ф2 = С_ф3

где [ΔI_1H] – допустимое значение полного размаха пульсации тока источника питания ( устанавливается на уровне 200 мА )

f_ф = 800 Гц – частота пульсации напряжения на конденсаторах фильтра