Е. Ю. САЛИТА, Т. В. КОМЯКОВА,

Т. В. КОВАЛЕВА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

О

Омск 2010

МСК 2010

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

______________________

Е. Ю. Салита, Т. В. Комякова, Т. В. Ковалева

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к выполнению курсовой работы

по дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении»

Омск 2010

Омск 2010

УДК 621.311:621.314.632:621.331

ББК 39.217.130.25я7

С16

Проектирование преобразователей для тяговых подстанций постоянного тока: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении». 2-е изд., перераб. и доп. / Е. Ю. Салита, Т. В. Комякова, Т. В. Ковалева; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 53 с.

Составлены в соответствии с действующим стандартом подготовки инженера и примерной программой дисциплины «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении». Содержат в себе задания к выполнению курсовой работы; требования к оформлению пояснительной записки и графичес-кой части курсовой работы; методические рекомендации по анализу электромагнитных процессов в схемах, расчету проектных параметров преобразователей, выбору преобразовательных трансформаторов, выбору и расчету числа вентилей в плече преобразователя, выбору коммутационной аппаратуры и токоведущих элементов, выбору цепей защиты и расчету эксплуатационных характеристик и параметров, характеризующих качество электроэнергии.

Предназначены для студентов очного и заочного обучения специальности 190401 (101800) – «Электроснабжение железных дорог». Могут быть полезными при проведении занятий со слушателями Института повышения квалификации и переподготовки кадров, а также инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами модернизации преобразователей тяговых подстанций.

Библиогр.: 20 назв. Табл. 11. Рис. 1.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Д. Авилов;

канд. техн. наук, доцент П. В. Беляев.

______________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ………………………………………………………………………….... 5

1. Задание на курсовую работу…………………………………………………… 7

2. Принцип работы преобразователя ……………………………………………. 10

2.1. Описание схемы и режима работы ………………………………………. 10

2.2. Предварительный анализ электромагнитных процессов в схеме ……… 11

3. Расчет основных параметров схемы преобразователя ……………………..... 12

3.1. Расчет напряжений на элементах схемы ………………………………… 12

3.2. Расчет токов в цепях схемы ………………………………………………. 16

3.3. Расчет мощностей трансформатора ……………………………………… 17

3.4. Расчет продолжительности коммутации тока ………………………….... 19

4. Выбор трансформатора ………………………………………………….…….. 20

5. Проект вентильной части преобразователя ………………………………….. 22

5.1. Выбор вентилей ………………….………………………………………… 23

5.2. Расчет допустимых токов вентилей в заданных условиях ……………... 26

5.3. Расчет группового соединения вентилей ………………………………… 28

6. Разработка схемы главных электрических соединений преобразователя….. 32

7. Диаграммы электромагнитных процессов в схеме преобразователя……….. 36

8. Расчет эксплуатационных характеристик и параметров, характеризующих

качество электроэнергии ………………………………………………………. 37

8.1. Качество выпрямленного напряжения …………………………………… 37

8.2. Качество сетевого тока……………………………………………………. 38

8.3. Внешняя характеристика…………………………………………………. 39

8.4. Характеристика коэффициента мощности………………………………. 41

8.5. Характеристика коэффициента полезного действия.…………………… 42

9. Контрольные вопросы для подготовки к выполнению и защите курсовой

работы.………………………………………………………………………….. 44

Библиографический список ……………………………………………………… 47

Приложение 1. Параметры диодов и рекомендуемых для них охладителей.…. 49

Приложение 2. Параметры тиристоров и рекомендуемых для них охлади-

телей…...…………………………………………………………………………. 51

ВВЕДЕНИЕ

Основными элементами тяговых подстанций постоянного тока электрических железных дорог, метрополитена, городского и рудничного (карьерного) электротранспорта являются мощные выпрямительные, инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи, являющиеся промежуточными звеньями между источниками и приемниками электроэнергии. Выпрямители должны обеспечивать надежное питание тяговых двигателей электроподвижного состава, инверторы  надежный прием избыточных токов рекуперации, выпрямительно-инверторные преобразователи должны совмещать функции выпрямителей и инверторов.

Любой из вышеперечисленных преобразователей состоит из тягового трансформатора, служащего для преобразования уровня напряжения и числа фаз; вентильных конструкций, состоящих из управляемых или неуправляемых вентилей, которые имеют одностороннюю проводимость; устройств коммутации и защиты преобразователя от аномальных режимов работы.

При выполнении курсовой работы по дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении» студент должен научиться выбирать для заданных условий эксплуатации основные элементы и схему главных элект-рических соединений силовых преобразователей: управляемые и неуправляемые вентили, трансформаторы, коммутационное и защитное оборудование. Грамотно эту задачу можно решить на основе анализа электромагнитных процессов в нормальных и аномальных режимах работы схем. Для оценки технико-экономических показателей спроектированного преобразователя следует определить его эксплуатационные характеристики, параметры, характеризующие качество электрической энергии на входе и выходе.

Организация учебного процесса предусматривает расчет студентом одного варианта преобразователя при заданных исходных условиях. Это не всегда позволит получить оптимальную конструкцию для заданного назначения, поэтому предусмотрена постановка учебно-исследовательских вопросов, при решении которых студент должен рассмотреть преимущества и недостатки разработанной конструкции по сравнению с известными и перспективными.

Результаты выполнения курсовой работы оформляются в виде расчетно-пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка к курсовой работе должна включать в себя титульный лист, задание, реферат, содержание, введение, основную часть, заключение, библиографический список. Пояснительную записку следует оформлять как самостоятельный документ на листах бумаги формата А4. Графическая часть курсовой работы представляет собой поясняющие схемы, чертежи и должна быть оформлена в виде рисунков, которые располагаются в пояснительной записке после первого упоминания о них. Рисунки рекомендуется выполнять на листах бумаги формата А4. Небольшие рисунки можно располагать непосредственно в тексте. Большие по размеру рисунки допускается выполнять на листах, больших формата А4, но кратных ему (ГОСТ 2.301), или на нескольких листах формата А4.

При оформлении пояснительной записки и графической части следует соблюдать требования ГОСТов и действующих стандартов предприятия по правилам оформления составных частей документа – СТП ОмГУПС-1.2-2005. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления текстовых документов; СТП ОмГУПС-1.5-02. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Правила оформления схем электрических принципиальных. Рекомендуемый объем пояснительной записки – 25 – 30 листов.

При написании данных методических указаний использованы положения, содержащиеся в методических указаниях [1, 2].

В настоящее издание методических указаний внесены следующие изменения и дополнения:

исходные данные для проектирования преобразователя указаны для более мощных вентилей;

введены приложения, содержащие параметры диодов, тиристоров и рекомендованных для них охладителей;

приведены рекомендации по подключению защитных устройств непосредственно вентилей (цепи R_вС_в, R_ш, индуктивные делители тока) и преобразователя в целом (ОПН, RС-цепи);

обновлен библиографический список.

Авторы выражают благодарность инженерам К. Р. Халикову и Н. А. Болдыреву за участие в оформлении методических указаний.