Расчёт параметров и выбор элементов системы импульсного регулирования электрического подвижного состава

Исходные данные

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:

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

Относительное время работы фильтра

Паспортное время выключения тиристоров

Разница зарядов обратного восстановления полупроводниковых приборов

Tок утечки

Индуктивность тяговых двигателей

Kоличество звеньев входного фильтраm = 3.

Среднее значение тока нагрузки

Рабочее напряжение

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

 

Расчет надежности системы ИРН при основном соединении элементов

Если отказ системы наступает при отказе одного из ее элементов, то считается, что такая система имеет основное соединение элементов.

Расчет позволяет оценить надежность системы при принятой элементной базе и наметить пути повышения надежности. Расчет основан на следующих допущениях:

- все элементы данного типа равнонадежны, т.е. величины интенсивности отказов для этих элементов одинаковы;

- все элементы работают в номинальном режиме, предусмотренном техническими условиями;

- интенсивность отказов элементов не зависит от времени

- отказы элементов системы являются событиями случайными и независимыми;

- все элементы работают одновременно.

Интенсивность отказов системы определяется по формуле:

где – число элементов i-го типа;

– число типов элементов.

Выполненные расчеты приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Элемент
Тяговые двигатели		2,5·10-6	10·10-6
Тиристоры		2,0·10-5	40·10-5
Диоды		3,0·10-5	90·10-5
Реакторы		0,5·10-5	12,5·10-5
Конденсаторы		0,25·10-5	16,25·10-5
Резисторы		0,4·10-5	28,4·10-5
Соединения		0,04·10-6	10,16·10-6
	1891,66·10-6

 

Вероятность безотказной работы системы за время tопределяется по формуле:

Результаты расчетов заносятся в таблицу 3.

t, час
		0,15	0,023	0,00426	0,00052	0,00011	0,00001	0,000001	0,0000001	0,00000001	0,000000001

 

Средний срок службы до первого отказа системы определяется по формуле:

Вывод: полученный результат надежности не подходит, для повышения надежности будем использовать высоконадежные элементы.

 

Таблица 4

Элемент
Тяговые двигатели		2,5·10-7	10·10-6
Тиристоры		2,0·10-6	40·10-5
Диоды		3,0·10-6	90·10-5
Реакторы		0,5·10-6	12,5·10-5
Конденсаторы		0,25·10-6	16,25·10-5
Резисторы		0,4·10-6	28,4·10-5
Соединения		0,04·10-7	10,16·10-6
	1891,66·10-7

 

Вероятность безотказной работы системы за время tопределяется по формуле:

Результаты расчетов заносятся в таблицу 5.

t, час
		0,83	0,68	0,57	0,47	0,39	0,32	0,27	0,22	0,18	0,15

 

Средний срок службы до первого отказа системы определяется по формуле:

 

 

 

Вывод

Исходные данные

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:

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

Относительное время работы фильтра

Паспортное время выключения тиристоров

Разница зарядов обратного восстановления полупроводниковых приборов

Tок утечки

Индуктивность тяговых двигателей

Kоличество звеньев входного фильтраm = 3.

Среднее значение тока нагрузки

Рабочее напряжение

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

 

Расчёт параметров и выбор элементов системы импульсного регулирования электрического подвижного состава

1. Допустимая пульсация тока нагрузки определяется по формуле:

где - допустимое значение коэффициента пульсации,

2. Максимальное значение тока нагрузки определяется по формуле:

3. Параметры коммутирующей ёмкости и индуктивности определяются по формуле:

где – номинальное напряжение в контактной сети,

где – паспортное время выключения тиристора;

– коэффициент запаса,

4. Индуктивность сглаживающего реактора определяется по формуле:

где – максимальное напряжение контактной сети,

– коэффициент заполнения ТИП,

- рабочая частота фазы ТИП,

– индуктивность тяговых двигателей,

5. Количества полупроводниковых приборов в группе, без учёта резервных определяется по формуле:

где – рабочее напряжение полупроводникового прибора.

Полученное значение округляем до ближайшего целого в большую сторону,

6. Параметры дросселя насыщения определяются по формуле:

где – время перемагничивания дросселя,

– число витков,

– общее изменение магнитной индукции,

– максимально возможное изменение перед отпиранием тиристора,

7. Выбор параметров шунтирующих резисторов определяется по формуле:

где – наибольший ток утечки,

8. Выбор шунтирующих конденсаторов:

где – максимальная разность зарядов обратного восстановления,

Последовательно с конденсатором С устанавливается разрядный резистор R = 25 Ом.

9. Параметры входного фильтра определяются по формуле:

где – частота пульсации напряжения на конденсаторах фильтра,

– допустимое значение полного размера пульсации тока источника питания,

– приведенный к фильтру скачок тока, потребляемого нагрузкой.

Емкость конденсатора определяется по формуле:

где - допустимый полный размах пульсации напряжения на обкладках фильтрового конденсатора при данной частоте ;

- допустимое действующее значение переменной составляющей напряжения.

Для конденсаторов ФСТ – 4 – 40, допустимое действующее значение переменной составляющей напряжения , при частоте 4000 Гц.

Для конструирования системы импульсного регулирования напряжения используем следующие элементы:

- коммутирующие конденсаторы РСТ – 4 – 4 ёмкостью 4 мкФ:

- фильтровые конденсаторы ФСТ – 4 – 40 ёмкостью 40 мкФ:

- реакторы сглаживающие РСТ – 20 индуктивностью 15 мГн:

- реактор входного фильтра индуктивностью 12 мГн:

- реактор, коммутирующий индуктивностью 100 мкГн: