Розрахунок імпульсного перетворювача у пусковому режимі

У пусковому режимі імпульсного перетворювача проти Е.Р.С. дорівнює нулю. Навантаження імпульсного перетворювача являє собою послідовне з'єднання активного опору R_д опору індуктивного L_д якірних ланцюгів і опору індуктивного ланцюга збудження тягового двигуна.

Розрахункова схема імпульсного перетворювача для цього випадку відображен а на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 - Розрахункова схема імпульсного перетворювача у режимі пуску

Рисунок 2.2 - Алгоритм переключення транзисторного перетворювача і часові діаграми струмів та напруги

Транзисто рно-імпульсний перетворювач являє собою ключ, котрий являє собою два стійких стана: замкнуте та розімкнуте. Він переключається з частотою f. У інтервалі кожного періоду

(2.1)

ключ замкнутий протягом часу t_ім і розімкнутий у період який зостався Т - t_ім .

Відповідно тяговий електричний двигун частину періоду який визначається коефіцієнтом замкнення,

(2.2)

підключений до джерела напруги U_c, а в останню частину періоду відключений від нього.

(2.3)

Нехтуючи пульсаціями напруги на конденсаторі С_ф вхідного фільтра, котрі малі та звично складають менше 0,1U_c, можна рахувати, що до ланцюга тягових електродвигунів прикладені прямокутні імпульси напруги амплітудою U і тривалістю t_ім. Середнє значення цієї напруги за період.

(2.4)

З допомогою транзисторно-імпульсного перетворювача шляхом зміни γ від γ_мін до одиниці середнє значення напруги U_ст.дв, яке прикладається з ланцюга тягової машини, можливо регулювати у широких межах від U_ср.дв до U_ср.дв

рівному U_c. На інтервалі 0 ≤ t ≤ t₀ коли VТ відкритий, від контактної мережі з напругою U_c споживається енергія. Шлях проходження електричного струму І_н1 показаний суцільною лінією, дивись рисунок 2.1. На інтервалі t₀ ≤ t ≤ T транзистор VT закритий. Струм навантаження за рахунок Е.Р.С. самоіндукції зберігає своє попереднє направлення, замикаючись через зворотній діод VD. Шлях цього струму І_н2 для інтервалу показаний штриховою лінією на рисунку 2.1.

Алгоритм переключення транзисторного перетворювача і часових діаграм струмів і напруг показаний на рисунку 2.2.

Регулювання швидкістю обертання якорів тягових двигунів відбувається зміною напруги живлення.

Середнє значення напруги яка подається на тягові електричні двигуни дорівнює:

(2.5)

де U_д - напруга на тягових електричних двигунах;

γ - відносна довжина імпульсу напруги яка прикладається до тягового двигуна;

Uc - напруга контактної мережі.

Змінюючи γ можна регулювати на виході транзисторно-імпульсного перетворювача середнє значення напруги на двигуні.

Максимальне значення струму двигуна на першій позиції, коли проти Е.P.С. дорівнює нулю, рівняється:

(2.6)

де U_c - напруга контактної мережі, В;

R_д - загальний опір ланцюга тягових двигунів, Ом;

γ - відносна довжина імпульсу напруги яка прикладається до двигуна;

Т - період транзисторно-імпульсного перетворювача, с.

Для находження часу Т_д необхідно визначити сумарний індуктивний опір ланцюга L_д і активний опір R_д .

, (2.7)

де R_я – опір обмотки якоря, 0,0285 Ом;

R_гп – опір обмотки головних полюсів, 0,0312 Ом;

R_дп – опір обмотки додаткових полюсів з вивідними дротами, 0,0103 Ом.

Значення опорів відповідають технічним даним тягового двигуна ДК-117.

Ом.

Індуктивний опір ланцюга знайдемо за формулою:

, (2.8)

де р = 2 – число пар полюсів тягового електричного двигуна ДК-117А;

Ф_н – номінальний магнітний потік тягового електричного двигуна ДК-117А, 0,052 Вб;

w_оз = 26 – кількість витків обмотки збудження тягового електричного двигуна ДК-117А;

І_н – номінальний струм тягового електричного двигуна ДК-117А, 330 А.

Гн.

, (2.9)

с.

При широтно-імпульсному регулюванні змінюється величина періоду γ від мінімального значення до максимального. Для мінімального викривлення тягових характеристик електропоїзда метрополітену, існуючих при використовуванні пускових резисторів під час розгону по позиціям, приймаємо відносну довжину імпульсу заповнення γ = 0,03. Виходячи з цього, напруга прикладена до тягових двигунів буде дорівнювати:

; (2.10)

В.

Розрахована напруга прикладена до чотирьох двигунів з'єднаних послідовно при рушенні з місця. Період повного циклу Т буде рівнятися зворотному значенню частоти,

, (2.11)

де f - частота роботи транзисторно-імпульсного перетворювача, Гц.

с.

.

Використовуючи отримані результати для находження І_mах струму двигуна при зрушенні з місця, у момент коли проти Е.Р.С. дорівнює нулю, згідно формули 2.6 одержтваю:

А.

Для находження мінімального струму двигуна використовуємо формулу:

; (2.13)

А.

Середнє значення струму транзистора знайдемо по формулі:

(2.14)

Середнє значення струму зворотного діода знайдемо по формулі:

(2.15)

А.

Середнє значення струму тягового електричного двигуна знайдемо з формули

;

;

;

;

88,4 А = 88,4 А.

Струм у навантаженні не залежить ні від частоти переключення транзистора VТ, ні від постійної часу ланцюга двигуна, а повністю визначається середнім значенням напруги контактної мережі і активним опором послідовно з'єднаних тягових електричних двигунів.

Амплітуда пульсацій струму в ланцюзі тягових двигунів дорівнює:

; (2.16)

;

А.

З приведеної формули випливає, що амплітуда пульсацій досягає максимуму при у рівної 0,5.