0. 3.18. Расчет выпрямительной установки тепловоза

Сводится к определению типа и числа последовательно и параллельно включённых вентилей, т.к. их параметры существенно влияют на энергетические и технико–экономические показатели силовой выпрямительной установкой.

При проектировании ВУ следует принимать вентили с высокими показателями по току и обратному напряжению с целью уменьшения общего числа вентилей. (ВЛ–200–8).

Количество последовательного соединенных вентилей в плече выпрямителя:

(3.102)

где – амплитуда линейного напряжения тягового синхронного генератора;

–номинальное обратное напряжение вентиля = 800В-ВЛ-200-8;

к_н – коэффициент неравномерности распределения напряжения по последовательно включённым вентилям (для ВЛ-200-8 → к_н=1);

к_п – коэффициент возможных перенапряжений, зависит от статизма системы регулирования (к_п = 1,1, т.е. увеличение напряжения не должно превышать 10% от его максимального значения в зоне ограничения по напряжению);

к_в – коэффициент кратковременно допускаемого обратного напряжения на вентиле, зависит от типа применяемых кремниевых выпрямителей (для ВЛ-200-8 → к_в = 1,0).

Т.е. для УВКТ-5:

Для предотвращения внутренних КЗ при работе одного вентиля необходимо добавить еще один последовательно включенный, чтобы сохранить работоспособность ВУ тепловоза в целом. (п_пос=2).

Расчет числа параллельного включенных вентилей в плече ВУ производится по известному значению максимального выпрямленного тока (для 2ТЭ121→= 8100А).

Т.к. силовая схема ВУ состоит из двух 3^х фазных мостов, включенных параллельно на нагрузку, то на каждый мост приходится , а средний ток в одном плече моста составит:

(А)

(3.103)

В соответствии с ГОСТ 10662–73 при температуре окружающего воздуха > +40°С величина прямого тока должна быть снижена на 10%. Учитывая разбаланс токов по параллельным ветвям 20%, допустимый ток через вентиль составит:

(А)

(3.104)

где I_вн = 200А – номинальный ток вентиля, указанный в паспорте диода;

к₁ = 0,8 – коэффициент, учитывающий неравномерность деления тока по параллельно соединённым ветвям;

к₂ = 0,9 - коэффициент, учитывающий температуру охлаждающего воздуха;

к₃ = 1,0 - коэффициент, учитывающий скорость охлаждающего воздуха;

Количество параллельных ветвей в плече тяговой выпрямительной установки определим по формуле и округлим до целого числа в большую сторону:

(3.105)

Общее количество вентилей тяговой выпрямительной установки рассчитаем по формуле:

(3.106)

где 2 – кол-во параллельно включенных 3^х фазных выпрямительных мостов;

6 – кол-во плеч в одном 3^х фазном выпрямительном мосту.

Коэффициент полезного действия тяговой выпрямительной установки определяется по формуле:

(3.107)

где КВт – мощность на выходе тяговой выпрямительной установки;

Σ∆P = ∆P·n – потери мощности в n – вентилях;

∆Р_охл – затраты мощности на охлаждение вентилей.

Потери мощности в одном вентиле:

∆P = ∆P1 + ∆P2,

(3.108)

где ∆P₁ – потери мощности при прохождении прямого тока нагрузки (основные потери) Вт;

∆P₂ – дополнительные потери мощности при коммутации вентилей в течение непроводящей части периода, Вт.

Основные потери в одном вентиле:

(3.109)

где: U_о = 0,96В – пороговое напряжение вентиля;

I_a = 135А – среднее значение анодного тока, проходящего через вентиль (по паспорту);

R_д = 42·10^-5 Ом – динамическое сопротивление прямой ветви вольтамперной характеристики;

k_ф = 1,1 – коэффициент формы тока.

Дополнительные потери мощности ввентиле:

(3.110)

где – потери в вентиле при протекании обратного тока;

–потери, связанные с коммутацией вентиля.

обычно составляет 2-3% от основных потерь, поэтому их можно не учитывать.

Тогда Σ∆P = 240·150·10^-3 = 36 кВт.

= 15,8 кВт – для УВК–5, определяется опытным путем.

Подставим полученные результаты в формулу определения КПД:

Разработка отечественной промышленностью новых полупроводниковых вентилей на ток 400,500 и более ампер и быстродействующих плавких предохранителей позволяет уменьшить кол-во параллельно и последовательно включенных вентилей, что повышает технико-экономические показатели тепловозных выпрямителей.

36