Выбор схемы выпрямительной установки электромашинного генератора

Современные электрические генераторы пассажирских вагонов это синхронные индукторные генераторы переменного тока, эксплуатационная надежность которых на порядок выше генераторов постоянного тока. Однако бортовая электрическая сеть большинства вагонов – сеть постоянного тока, что, в основном, определяется использованием аккумуляторной батареи в качестве одного из источников электрической энергии.

Поэтому на практике применяют выпрямительную установку на выходе электромашинного генератора. Для вагонов без кондиционирования воздуха мощность генератора составляет не более 10 кВт и в качестве выпрямителя применяется трехфазная мостовая схема (рис. 4.1, а). Для вагонов с кондиционированием воздуха мощность генератора превышает 30 кВт и он выполняется с двумя группами трехфазных обмоток на статоре, сдвинутых относительно друг друга на 60 электрических градусов, а в качестве выпрямителя используются две трехфазные мостовые схемы (рис. 4.1, б). Дополнительным преимуществом подобного выпрямительного устройства является снижение пульсаций выходного напряженияU_dг до 1, 4% (пульсация выходного напряженияU_dг трехфазной мостовой схемы составляет 5, 7%). Увеличение количества полупроводниковых диодов так же не является недостатком, так как и в схеме (рис. 4.1, а) на выходные мощности порядка 30 кВт при напряжении 110 В их фактическое количество должно быть больше не менее чем в два раза за счет параллельного включения. Причем появилась бы новая проблема – параллельное включение диодов и необходимость предварительного подбора их характеристик или применения специальных мер распределения токов между параллельно включенными приборами.

I_d I_d

а) UZ + UZ б)

VD1 VD2 VD3 VD1 VD2 VD3 VD7 VD8 VD9

G G

U_dг U_dг

VD4 VD5 VD6

VD4 VD5 VD6VD1 VD11VD12

-

Рисунок 4.1 – Выпрямительные установки вагонных индукторных генераторов до10 кВт (а) и свыше 30 кВт (б).

Принимаем к установке на вагон выпрямитель ………………………………..

……………………………………………………………………(по рис. 4.1, ….).

4.3.2 Определение расчетного значения номинальной и габаритной (полной) мощности выпрямительной установки:

Р_г.в = K_U · Р_{пик. ГЕН.},

гдеР_г.в – габаритная (полная) мощность преобразователя с учетом возможных колебаний

питающего напряжения (K_U), величины нагрузки или изменений температурных

условий среды,

K_U = U_г.макс / U_г.мин –отношение максимального к минимальному значений напряжения

генератора, обусловленные регулированием для зарядки аккумуляторной

батареи в поездных условиях (K_U = (140…160) / 110 = 1, 27…1, 45),

Р_{пик.ГЕН.}– наибольшая (пиковая) мощность электрической энергии, потребляемой от

вагонного генератора (смотри раздел 3.5).

4.3.3 Определяем необходимые параметры полупроводниковых диодов I_пр.ср (среднее значение прямого тока) и U_обр.и (импульсное значение обратного напряжения).

Для этого необходимо определить максимальные значения тока и напряжения в звене постоянного тока выпрямителя, то есть на выходе выпрямителя:

I_d.макс = Р_{пик. ГЕН.}/ U_н.с,

где Р_{пик.ГЕН.}– наибольшая (пиковая) мощность электрической энергии, потребляемой от

вагонного генератора (смотри раздел 4.3.2);

U_н.с - номинальное напряжение бортовой сети вагона.

U_d.макс = K_U · U_н.с,

где K_U – смотри раздел 4.3.2.

Теперь будет нетрудно определить:

- для трехфазной выпрямительной схемы (рис. 4.1, а):

I_{пр.ср.расч} = I_d.макс / 3 = Р_{пик. ГЕН .}/ 3·U_н.с ,

U_{обр.и.расч} =1, 045 · U_d.макс = 1, 045 · K_U · U_н.с

- для шестифазной выпрямительной схемы (рис. 4.1, б):

I_{пр.ср.расч} = I_d.макс / 6 = Р_{пик. ГЕН .}/ 6·U_н.с

U_{обр.и.расч} =1, 045 · U_d.макс = 1, 045 · K_U · U_н.с

4.3.4 Расчет и выбор типа полупроводникового диода выпрямительной установки:

В вагонных выпрямительных установках применяют низкочастотные лавинные диоды типа ВЛ50-К, ВЛ100-К, ВЛ200-К, ВЛ320-К и ВЛ500-К. Тип вентиля расшифровывается: В – вентиль; Л – лавинный; 50, 100, 200, 320, 500 - предельные токи (I_п, А) при оговоренных условиях использования, К – класс по напряжению).

Класс по напряжению это условная цифровая кодировка рекомендуемого обратного напряжения диода: К = U_{обр.рек.}/ 100, например: для диода с U_{обр.рек} = 800 В класс определяется как 8, а для диода 10 класса U_{обр.рек} = 1000 В.

Условиями использования диода в эксплуатации являются:

- скорость охлаждающего воздуха, м/с: 12 6 0

коэффициент снижения токовой нагрузки, К_н.охл 1, 0 0, 9 0, 25

- длительность протекания прямого тока, эл.град. 180 120 90 60 30

коэффициент снижения токовой нагрузки, К_н.имп. 1, 0 0, 82 0, 72 0, 55 0, 38

С учетом изложенного, выбор типа диода для использования в вагонной выпрямительной установке должен производиться (см. табл. А.25):

I_п > К_н.охл · К_{н.имп .} · I_{пр.ср.расч}, К > U_{обр.и.расч.}

где К_н.охл и К_н.имп. – коэффициенты снижения токовой нагрузки в зависимости от

скорости охлаждающего воздуха и длительности протекания прямого

тока (вагонные выпрямительные установки имеют V_охл = 0 и

длительности импульсов тока: 120º эл (в схеме рис.4.1, а) и 60º эл (в

схеме рис.4.1, б);

I_{пр.ср.расч} - расчетное среднее значение прямого тока диода (смотри раздел

4.3.3);

U_{обр.и.расч} - расчетное значение обратного импульсного обратного напряжения

диода (смотри раздел 4.3.3).

Принимаем к использованию в вагонной выпрямительной установке диоды типа ВЛ…-… в количестве ……………………………………………….

Выпрямительная установка размещается …………………………………

……………………………………………………………………………………….