Розрахунок миттєвих значень струму трифазної системи АІН-АД в силовій схемі локомотива по методу двох складових

Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода локомотива. Удосконалення сучасних систем асинхронного електропривода. Вибір форми напруги для живлення автономного інвертора. Розрахунок фазних струмів двофазної системи. Гармоніки напруги.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 10.11.2012
Размер файла 1,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Завдання на курсову роботу

з дисципліни: Тягові статичні перетворювач

тема: Розрахунок миттєвих значень струму трифазної системи АІН-АД в силовій схемі локомотива по методу двох складових

Вихідні параметри

Трифазний тяговий електродвигун НБ-607

1. Ud = 1500 В.

2. = 0,016 Ом ; =0,016 Ом.

3. x = 0,11 Ом; x'= 0,188 Ом ; xОН = 4,9 Ом.

4. f = 51,5 Гц; f1 = 70 Гц; f2 = -0,6 Гц.

5. q = 0,5; .

Перелік питань, які підлягають розробці

1. Вибір та обґрунтування структури силового ланцюга тягового електропривода локомотива.

2. Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги.

3. Вибір форми напруги для живлення автономного інвертора напруги.

4. Розрахунок фазних струмів двофазної системи автономний інвертор напруги - асинхронний електродвигун

1. Вибір та обґрунтування силової схеми тягового електропривода локомотива

Застосуємо у тяговому електроприводі локомотива замість машин постійного струму асинхронні тягові електродвигуни с короткозамкненим ротором, які в наш час знаходять все ширше застосування, в тому числі і на транспорті.

Для регулювання частоти обертів ротора (у широкому діапазоні швидкостей) таких двигунів необхідно їх живити багатофазною (m1?2) зміною напругою регульованої частоти.

На електрорухомому складі постійного струму вхідний перетворювач - автономний інвертор напруги, який через вхідний фільтр безпосередньо або через імпульсний перетворювач приєднаний до контактної мережі.

На сучасних автономних локомотивах з електричною передачею в якості джерела електроенергії використовується синхронний генератор (СГ), напруга СГ попередньо перетворюється у постійну напругу величина якої може стабілізовано змінятися за необхідним законом.

Згідно з теоретичними та експериментальними дослідженнями, суттєве поліпшення режимів роботи асинхронного тягового електроприводу з перетворювачами частоти може бути одержано при використанні в тяговому електроприводі двофазних асинхронних короткозамкнених електродвигунів. В той же час при застосуванні традиційних трифазних асинхронних електродвигунів існує ряд проблем, які витікають із умов їх сумісної роботи із напівпровідникова ним перетворювачами частоти.

Тому можливо використати трифазні асинхронні двигуни на тяговому рухомому складі. Використання трифазних електродвигунів в першу чергу пов'язано з поліпшенням умов сумісної роботи асинхронного двигуна.. Відповідно змінюється структура та топологія вхідного перетворювачів, а в цілому, схемотехніка тягового електроприводу суттєво спрощується.

Отже, вибираємо силову схему з імпульсним перетворювачем знижуючого типу, трифазними мостовим інвертором, який живить два паралельно ввімкнені асинхронні тягові двигуни. Цим досягаємо напруги 3 кВ на кожному з візків та 1,5 кВ на кожен з однофазних мостових інверторів, отже і на ізольованих обмотках статора.

2. Вибір та обґрунтування схеми автономного інвертора напруги

Слід відмітити, що у інверторному електроприводі загальне розповсюдження отримав традиційний трьохфазний асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором , і зусилля розроблювачів були направлені, в основному, на відпрацювання схемотехніки і режимів перетворювачів частоти при їхній сумісній роботі з трьохфазною машиною, на вдосконалення конструкції трьохфазного електродвигуна з ціллю зниження впливу високих гармонік струму, викликаних несинусоїдальністю живлячих напруг.

Проте одним із найбільш перспективних напрямків удосконалення сучасних систем асинхронного електропривода є застосування двохфазних тягових блоків “автономний інвертор напруги -- асинхронний двигун”.

Тяговий електропривод з трифазним асинхронним електродвигуном, у тому числі і частотно-управляючі, не отримали поки практичного застосування. Найбільш раціональна система живлення трьохфазного асинхронного двигуна будується на онові трьохфазних мостових інверторів на керуючих запираємих тиристорах (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 Трифазний мостовий інвертор

3. Вибір форми напруги для живлення автономного інвертора напруги

Під оптимальною розуміється така форма кривої фазної напруги, яка має високий зміст першої гармоніки у загальному дійсному значенні, забезпечує умови електромагнітній сумісності АІН-АД у всіх робочих режимах, не приводить к ускладненню схемотехніки АІН. Цим умовам задовольняє такі криві фазної напруги, які формують годограф вектора магнітного поля у повітряному зазорі АД у вигляді правильного вписаного многокутника з числом сторін N. Очевидно, чим більше N, тим ближче годограф магнітного поля у повітряному зазорі АД до кругового, який відповідає живленню АД синусоїдальною напругою.

Якщо за основу прийняти трьохступеневу на половинному значенні періоду загальну криву фазної напруги, показану на рисунку 3.3, можна отримати магнітне поле трифазного АД більше приближене до кругового (N=8 та N=12).

Рисунок 3.1 Двоступенева форма вихідної фазної напруги двофазного автономного інвертора напруги

З рисунка 3.1 видно форму фазної напруги, а гармонійний склад напруги описується наступним рівнянням:

(3.1)

(3.2)

Годограф магнітного поля наближається до форми правильного восьмикутника, вписаного в коло, а вміст першої гармоніки у діючому значенні дорівнює 0,955.

4. Розрахунок фазних струмів двофазної системи „автономний інвертор напруги - асинхронний електродвигун”

Розрахунок ведемо методом двох складових, котрий базується на методах гармонійних складових і еквівалентного статичного навантаження.

Струм фази двофазної системи АІД - АД можна подати у вигляді двох складових: струму першої гармоніки , що залежить від частоти обертання ротора АД, і суми струмів усіх вищих гармонік , що практично не залежить від :

=+ (4.1)

Схема заміщення обертаючого двигуна приведена на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема заміщення обертаючого двигуна

де - активний опір статора;

- активний опір ротора приведений до опору статора;

x - індуктивний опір статора;

x'2 - індуктивний опір ротора приведений до індуктивного опору статора;

xОН - індуктивний опір намагнічуючого контуру.

Параметри ковзання знаходимо за виразами:

, (4.2)

, (4.3)

де - частота струму статора;

- частота ковзання;

- базова частота.

б = = 1,35

в = = -0,012

Розраховуємо загальний активний опір за формулою:

, (4.4)

r= 0,016 + = -1,598 Ом

Розраховуємо загальний реактивний опір хэ за формулою:

(4.5)

x = Ом

Еквівалентний опір Zэ розраховуємо за формулою:

, (4.6)

z = Ом

Амплітудне значення напруги :

(4.7)

U = В

Амплітудне значення напруги першої гармоніки фазної напруги:

(4.8)

В

Амплітудне значення струму першої гармоніки :

, (4.9)

А

Кут зміщення ц1:

, (4.10)

ц = рад = 27,5 град

Струм першої гармоніки на періоді 2р знаходимо за формулою:

(4.11)

Розрахунки приведемо в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1- Розрахунок струму фази

и, град

i1(и), А

I1k(и), А

ik(и), А

iв(и), А

iф(и), А

0

240,719

-2398,912

-2635,539

-236,627

4,092

5

280,979

-2373,328

-2507,622

-134,293

146,686

10

319,100

-2329,682

-2380,571

-50,889

268,211

15

354,793

-2268,306

-2254,382

13,924

368,717

20

387,785

-2189,666

-2129,048

60,618

448,404

30

444,688

-1983,118

-1880,923

102,195

546,883

40

488,079

-1716,315

-1636,151

80,163

568,243

45

504,279

-1562,785

-1515,009

47,777

552,055

50

516,640

-1397,362

-1394,687

2,675

519,315

55

525,070

-1221,304

-1275,181

-53,877

471,192

60

529,503

-1035,951

-1156,485

-120,534

408,969

65

529,907

-842,714

-928,602

-85,888

444,019

70

526,278

-643,063

-702,205

-59,141

467,137

75

518,643

-438,518

-477,342

-38,824

479,820

80

507,062

-230,636

-254,004

-23,368

483,694

90

472,439

188,798

188,141

-0,658

471,781

100

423,461

602,496

624,311

21,814

445,275

105

394,038

803,249

840,181

36,932

430,970

110

361,617

997,888

1054,587

56,699

418,316

115

326,443

1184,933

1267,540

82,607

409,050

120

288,785

1362,959

1479,049

116,090

404,875

125

248,929

1530,613

1578,916

48,303

297,232

130

207,178

1686,618

1678,264

-8,354

198,825

135

163,851

1829,787

1776,938

-52,849

111,003

140

119,277

1959,029

1874,943

-84,087

35,190

150

27,751

2171,917

2068,964

-102,953

-75,202

160

-64,617

2318,812

2260,364

-58,449

-123,066

165

-110,240

2366,035

2355,091

-10,944

-121,183

170

-155,023

2395,251

2449,177

53,925

-101,097

175

-198,626

2406,238

2542,625

136,386

-62,240

180

-240,718

2398,912

2635,439

236,527

-4,191

Складову суми струмів вищих гармонік можна подати у вигляді:

=+, (4.12)

де - реакція схеми заміщення загальмованого АД на прикладену

східчасту напругу;

- струм першої гармоніки в режимі загальмованого АД.

Якщо двигун загальмований, то частота струму дорівнює частоті мережі, тобто , а з цього .

Схема заміщення загальмованого двигуна приведена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 - Схема заміщення загальмованого двигуна

Загальний активний опір загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

, (4.13)

Ом

Реактивний загальний опір для загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

, (4.14)

Ом

Еквівалентний опір для загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

, (4.15)

Ом

Амплітудне значення струму першої гармоніки розраховуємо за формулою:

, (4.16)

А

Кут зміщення розраховуємо за формулою:

, (4.17)

ц рад = 85,5 град

електропривод локомотив напруга асинхронний

Струм першої гармоніки в режимі загальмованого двигуна розраховуємо за формулою:

, (4.18)

Розрахунки приведемо в таблиці 4.1.

На інтервалі кожного напівперіоду крива фазної напруги АІН описується виразом:

(4.19)

Запишемо рівняння електричної рівновагі по інтервалах фазної напруги для фази АД, подавши її еквівалентним статичним навантаженням:

(4.20)

З умови безперервності фазного струму на границях інтервалів у сталому режимі маємо:

, (4.21)

Вираз (4.20) являють собою початкові умови, що дозволяють визначити єдиний розв'язок системи (4.21.):

(4.22)

Уведемо такі позначення :

, , . (4.23)

(4.24)

Підставляючи прийняті позначення і розв'язуючи цю систему з урахуванням граничних умов, дістанемо:

(4.25)

Підставляючи отримані значення для початкових умов у систему (4.22) одержимо вирази, що описують фазні струми АД на інтервалах для узагальненої кривої фазної напруги АІН:

(4.26)

При введені кутової й амплітудної і комутуючих функцій загальний розв'язок для фазних струмів на інтервалі зміни поточного електричного кута в межах від 0 до р можна подати у вигляді одного рівняння:

(4.27)

Значення кутової та амплітудної комутуючих функцій за інтервалом безперервності живлячої напруги наводимо в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 - Значення кутової й амплітудних комутуючих функцій

Параметр

Значення параметра

Номер інтервалу

n

1

2

3

Діапазон зміни поточного ефект. кута

Кутова комутуюча функція

0

Амплітудна комутуюча функція

0

1

0

де розраховуємо за формулою:

(4.28)

(4.29)

(4.30)

Індуктивність загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

(4.31)

Гн

Часова складова загальмованого двигуна знаходимо за формулою:

(4.32)

Результати розрахунку реакції схеми заміщення загальмованого АД на прикладену східчасту напругу наводимо в таблиці 4.1.

Синусоїдальна складова фазного струму АД визначається першою гармонікою прикладеної напруги:

, (4.33)

Результати розрахунку наведені в таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 - Розрахунок синусоїдної складової фазного струму , U(и) та

0

500

0

500

5

500

83,190

416,810

10

500

165,747

334,253

15

500

247,042

252,958

20

500

326,458

173,542

30

500

477,249

22,751

40

500

613,540

-113,540

45

500

674,932

-174,932

50

500

731,188

-231,188

55

500

781,879

-281,879

60

500

826,620

-326,620

60

1000

826,620

173,380

65

1000

865,069

134,931

70

1000

896,935

103,065

75

1000

921,975

78,025

80

1000

939,998

60,002

90

1000

954,499

45,501

100

1000

939,998

60,002

105

1000

921,976

78,024

110

1000

896,936

103,064

115

1000

865,071

134,929

120

1000

826,621

173,379

120

500

826,621

-326,621

125

500

781,881

-281,881

130

500

731,190

-231,190

135

500

674,934

-174,934

140

500

613,542

-113,542

150

500

477,251

22,749

160

500

326,460

173,540

165

500

247,045

252,955

170

500

165,749

334,251

175

500

83,193

416,807

180

500

0,003

499,997

Будуємо залежності фазного струму та його першої гармоніки , живлячої напруги та її першої гармоніки .

Також будуємо різницю між прикладеною напругою та її першою гармонікою, тобто напругою на двигуні .

Будуємо різницю між струмом загальмованого двигуна та першою гармонікою .

Рисунок 4.3 - Прикладена напруга та її перша гармоніка

Рисунок 4.4 - Напруга вищих гармонік

Рисунок 4.5 - Різниця струмів

Рисунок 4.6 - Фазний струм та його перша гармоніка

Перелік використаної літератури

1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебн. для ВУЗов ж.-д. трансп.- М.: Транспорт, 1999.- 464 с.
2. Статичні перетворювачі тягового рухомого складу: Навч. посібник /За ред. Гончарова Ю.П..- Харків, НТУ «ХПИ», 2004.- 184 с.
3. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями. /Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, Ю.Г. Быков, В.В. Литовченко.- М.: Транспорт, 1991.- 336 с.
4. Розрахунок фазних струмів двофазної системи «Автономний інвертор напруги - Асинхронний двигун» // Гусевський Ю.І., Пасько О.В., Шаповал В.П, Збірник наукових праць, УкрДАЗТ, №44, 2000. - 59
5. Розробка, макетування та дослідження раціональних структур асинхронного тягового електроприводу для електрорухомого складу // Гусевський Ю.И., Шпіка Н.И. та інш., Звіт про науково-дослідну роботу, ХарДАЗТ, кафедра СЕТ, 1997. - 35
Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

  • Застосування автономних інверторів напруги, асинхронних електродвигунів. Силова схема тягового електропривода локомотива, форми живлячої напруги. Розрахунок фазних струмів двофазної системи "автономний інвертор напруги - асинхронний електродвигун".

    курсовая работа [548,4 K], добавлен 10.11.2012

  • Обґрунтування силової схеми тягового електропривода для заданого типу локомотива. Вибір схеми автономного інвертора напруги. Розрахунок струму статора для зон регулювання та електрорухомої сили ротора. Обчислення зони пуску та постійної потужності.

    курсовая работа [503,1 K], добавлен 10.11.2012

  • Види систем електроживлення, вимоги до них. Огляд існуючих перетворювачів напруги. Опис структурної схеми інвертора. Вибір елементної бази: транзисторів, конденсаторів, резисторів та трансформаторів. Розрахунок собівартості виготовлення блоку живлення.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.02.2011

  • Вибір електрообладнання та розрахунок характеристик розімкненої системи привода технологічного механізму. Вибір структури системи керування електропривода та складання передаточних функцій. Моделювання замкненої системи і аналіз якісних показників.

    дипломная работа [857,3 K], добавлен 11.07.2014

  • Види систем електричного живлення, планування та основні вимоги до них. Джерела безперебійного й гарантованого електроживлення. Електромеханічні перетворювачі напруги. Вибір схеми інвертора, опис принципу дії. Собівартість виготовлення блоку живлення.

    дипломная работа [3,2 M], добавлен 21.02.2011

  • Характеристика електромеханічної системи та вибір електрообладнання. Вимоги до електроприводу. Розрахунок потужності та вибір електродвигуна. Вибір редуктора. Розрахунок роторного випрямляча. Розрахунок вентилів інвертора. Розрахунок регулятора струму.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 17.08.2016

  • Вибір схеми приєднання силового трансформатора до мережі. Аналіз пошкоджень і ненормальних режимів роботи підстанції. Вибір реле захисту лінії високої напруги. Розрахунок струмів короткого замикання при роботі системи з максимальним навантаженням.

    курсовая работа [737,3 K], добавлен 21.01.2013

  • Вибір оптимальної схеми цехової силової мережі, розрахунок електричних навантажень, вибір кількості та потужності трансформаторів цехової підстанції. Вибір перерізу провідників напругою понад і до 1 кВ, розрахунок струмів короткого замикання і заземлення.

    курсовая работа [844,7 K], добавлен 12.03.2015

  • Вибір джерел світла і світильників. Розрахунок адміністративного приміщення. Вибір схеми мережі і напруги живлення. Розмітка плану електроосвітлювальної мережі. Розрахунок кількості світильників, їх розташування. Вибір проводів і спосіб їх прокладки.

    реферат [1,8 M], добавлен 25.08.2012

  • Розрахунок напруги i струмів електричних кіл в режимi синусоїдального струму на частотах. Векторні діаграми струмів в гілках ЕК. Розрахунок вхідного опору кола. Обчислення падіння напруги на елементі. Комплексна та активна потужність електричного кола.

    контрольная работа [341,3 K], добавлен 06.11.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.