• No results found

THE SPECIFIC VOLUME DETERMINATION OF STATIC CONVERTERS OF THE TRACTION DRIVE WITH DC MOTORS FOR MANY SYSTEM OF ELECTRIC LOCOMOTIVES

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2020

Share "THE SPECIFIC VOLUME DETERMINATION OF STATIC CONVERTERS OF THE TRACTION DRIVE WITH DC MOTORS FOR MANY SYSTEM OF ELECTRIC LOCOMOTIVES"

Copied!
6
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

УДК

629.423

А

.

М

.

МУХА

,

О

.

В

.

КУЗНЄЦОВ

(

ДІІТ

)

ВИЗНАЧЕННЯ

ПИТОМОГО

ОБ

ЄМУ

СТАТИЧНИХ

ПЕРЕТВОРЮ

-ВАЧІВ

ТЯГОВОГО

ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

З

ДВИГУНАМИ

ПОСТІЙ

-НОГО

СТРУМУ

ДЛЯ

БАГАТОСИСТЕМНИХ

ЕЛЕКТРОВОЗІВ

Устаттіпорушеніпитаннявизначенняпитомогооб’ємустатичнихперетворювачівдлябагатосистемно

-гоелектрорухомогоскладізалізниць.

Встатье затронуты вопросы определения удельного объемастатических преобразователей для много

-системногоэлектроподвижногосоставажелезныхдорог.

The issues of determination of specific volume of static converters for multisystem railway electric rolling stock are touched on in the article.

Вступ

Основою сучасноготягового електроприво

-ду є статичні перетворювачі, структура яких визначається видом тягового двигуну. Основні структуриі схемо технічні рішення для тради

-ційного електрорухомого складу (ЕРС) досить повно представлені у літературі [1, 2, 3, 4 та ін.]. Але ж загально відомі недоліки системи тяговогоелектропостачаннянапругою 3 кВпо

-стійногоструму [5 та ін.] танеобхідністьзабез

-печення процесу перевезень на електрифікова

-них залізницях незалежно від роду струму та значеннянапругиуконтактніймережібеззамі

-ниелектровозівнастанціяхстикуваннявимагає використаннятяговогоелектрорухомогоскладу який може працювати якпри постійному так і змінному струмах прирізних рівнях напругиу контактній мережі. Такий тяговий електрору

-хомийскладназиваємобагатосистемним.

Створення багатосистемних електровозів стало можливим дякуючи успіхам силової на

-півпровідникової техніки – появі повністю ке

-рованих вентилів, підвищення класу приладів таїхробочихструмів.

Поява нової елементної бази призвела до удосконалення існуючих та створення нових схемних та конструктивних рішень для пере

-творювачів. Ведучими фірмами-виробниками статичних перетворювачів зокрема були ство

-рені загальнопромислові приводи з двигунами постійного та змінного струмів та перетворю

-вачііншогофункціональногопризначення.

Безумовно, такізміни не обминули й тягові статичніперетворювачі, якіживлятьтяговідви

-гуниелектровозівтаелектропоїздів.

Але ж питання визначення взаємного зв’язку між потужністю тягового приводу та масо-габаритними показниками статичного пе

-ретворювача, щоєневід’ємноюйогочастиною,

непорушувалось, тому авторомпроведеноана

-ліз промислових перетворювачів для розробки рекомендацій по раціональних конструктивних показникахперетворювачівтяговогоприводу.

Мета роботи

Дослідити питання визначення питомого об’єму статичних перетворювачів для багато

-системногоелектрорухомогоскладузалізницьз тяговимидвигунамипостійногоструму.

Матеріал і результати дослідження Традиційно питомий об’єм визначаємо як:

P

V V

P

= [м3/кВт], де V обємстатичного пере

-творювача, м3; P – потужність перетворювача, кВт [6].

Вихідними даними є: потужність, габарити,

елементнабазатавидохолодженнянапівпрові

-дниковихключівіснуючихперетворювачів.

У представленій роботі проаналізовані ос

-новні показники перетворювачів таких фірм та підприємств: Siemens, ВАТ «Запорізький завод

«Преобразователь» (Запоріжжя, Україна), ВАТ НДІ «Преобразователь» (Запоріжжя, Україна),

ВО «Электровыпрямитель» (Саранськ, Росія), «Харківський електромеханічний завод» (Хар

-ків, Україна) та інших підприємств країн СНД

(колишньогоСРСР).

Загалом проаналізовано 322 перетворювача,

з них: фірми Siemens (60), ВАТ «Запорізький завод «Преобразователь» (163), підприємств колишньогоСРСР (99).

Було проведено аналіз статичних перетво

(2)

825 (низьковольтні) та високовольтні перетво

-рювачізнапругами 1050, 2500, 3000, 3300 В.

До уваги приймалися перетворювачі з по

-тужністюпонад 75 кВт включно, оскільки ана

-ліз конструкцій існуючих перетворювачів ве

-дучих фірм виробників показав, що саме з цієї потужності починається ряд конструктивного виконаннявсіхпотужнихперетворювачів.

Представлені надалі залежності питомого об’єму VP = f P

( )

відпотужностіперетворюва -чів враховують тип елементної бази, вид охо

-лодження.

По-перше, розглянемо конструктивні показ

-ники перетворювачів виробництва країн СНД,

оскількивонимаютьтужсамуінженернушко

-лу, атомусхожітехнічнірішення.

На рис. 1 представлена залежність

( )

P

V = f P , побудована за експериментальним даними для перетворювачів ВАТ «Запорізький завод «Преобразователь» (елементнабаза – ти

-ристор, охолодження – примусове повітряне) з діапазономробочихнапругдоодногокВ.

Рис. 1. Залежністьпитомогооб’ємуперетворювачів ВАТ «Запорізькийзавод «Преобразователь» (елеме

-нтнабаза – тиристор, охолодження – примусовепо

-вітряне) здіапазономробочихнапругдоодногокВ,

відпотужностіперетворювачів

Для отримання аналітичних залежностей для питомого об’єму від їх потужності прове

-демо апроксимацію експериментальних зна

-чень (рис. 2).

Залежністьпитомогооб’ємуперетворювачів відпотужності апроксимувались за допомогою наступних виразів (у загальному вигляді):

( )

1 2

0 1 2

⎞ ⎛

⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠

= + +

x x

t t

y x y A e A e (експоненціальна другогопорядку).

Прицьому коефіцієнти апроксимації мають наступні значення: y0 =0; A1=0,00223;

1 3942,92663

t = ; A2 =0,01657; t2=239,70193.

Тоді вираз для апроксимованої залежності

( )

P

V = f P маєвигляд:

( )

3942.92663

P

239.70193

0 0,00223

0.01657 .

P

P

V P e

e

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎝ ⎠

= + ⋅ +

+ ⋅

Рис. 2. Результатиапроксимаціїзалежностіпитомо

-гооб’ємуперетворювачівВАТ «Запорізькийзавод

«Преобразователь» (елементнабаза – тиристор,

охолодження – примусовеповітряне) здіапазоном робочихнапругдоодногокВ, відпотужності

перетворювачів

Рис. 3. Результатиапроксимаціїзалежностіпитомо

-гооб’ємуперетворювачівВАТ «Запорізькийзавод

«Преобразователь» (елементнабаза – тиристор,

охолодження – водяне) здіапазономробочихнапруг доодногокВ, відпотужностіперетворювачів Аналогічноотримуємоаналітичнізалежнос

-тіпитомогооб’ємудляіншихперетворювачів.

Представимо коефіцієнти апроксимації за експоненціальноюзалежністюдругого порядку для залежності VP = f P

( )

по кожному з типів перетворювачівувиглядітабл. 1.

Отриманізалежностідозволяютьупершому наближенні оцінитивплив системи охолоджен

-ня перетворювача на його габаритні розміри,

(3)

-стізрис. 2 тарис. 3 воднійсистемікоординат

(рис. 4).

Рис. 4. Впливвидуохолодженнянагабаритнірозмі

-риперетворювачівВАТ «Запорізькийзавод «Пре

-образователь» (елементнабаза – тиристор)

здіапазономробочихнапругдоодногокВ Аналізпредставленихнарис. 4 залежностей тавикористанняпредставленихутабл. 1 коефі

-цієнтівапроксимації дозволяє порівняти, у від

-сотках, виграшвідвикористанняводяного охо

-лодження в перетворювачах, які живлять дви

-гунипостійногоструму.

Так, використання водяного (рідинного)

охолодження для перетворювачем потужністю

4000 кВтдозволяєвигратиприблизно 7,4 % від загальногооб’ємуперетворювача, упорівнянні зтакимсамим за потужністю перетворювачем,

якийпобудованозвикористанням примусового повітряногоохолодження.

Представимоцейрозрахунок.

Питомий об’єм перетворювача потужністю

4000 кВт, набазітиристорівзпримусовимохо

-лодженнямдорівнює:

(

)

3942,926634000

PПП

4000

3 4 239,70193

4000 0 0,00223

м

0,01657 8,086 10 кВт .

V e

e

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎝ ⎠

= + ⋅ +

⎡ ⎤

+ ⋅ = ⋅

⎣ ⎦

Питомий об’єм перетворювача потужністю

4000 кВт на базі тиристорів з водяним охоло

-дженнямдорівнює:

(

)

331,482364000

PВод

4000

3 4 3063,27429

4000 0,000158 0,01263

м

0,00218 7,488 10 кВт .

V e

e

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎝ ⎠

= + ⋅ +

⎡ ⎤

+ ⋅ = ⋅

⎣ ⎦

Приймаючи показники системи з примусо

-вимповітряним охолодженнямза 100 %, отри

-маємо наступну відносну зміну питомого об’ємуперетворювача:

PПП PВод

P

PПП

4 4

4

100 %

8,086 10 7,488 10

100 % 7,39 %. 8,086 10

V V

V

V

− −

− −

∆ = ⋅ =

⋅ − ⋅

= ⋅ =

Проаналізуємо конструктивні показники інших перетворювачів виробництва підпри

-ємствколишньогоСРСР [7]. Нарис. 5 предста

-влені результати апроксимації залежності пи

-томого об’єму перетворювачів виробництва підприємств колишнього СРСР (елементна ба

-за – тиристор, охолодження – примусовеповіт

-ряне) з діапазоном робочих напруг до одно-

гокВ.

На рис. 6. представлено порівняння резуль

-татів апроксимації залежностіпитомогооб’єму перетворювачівпідприємствколишньогоСРСР та перетворювачів ВАТ «Запорізький завод

«Преобразователь».

Рис.5. Результатиапроксимаціїзалежностіпитомого об’ємуперетворювачіввиробництвапідприємств

колишньогоСРСР (елементнабаза – тиристор,

охолодження – примусовеповітряне) здіапазоном робочихнапругдоодногокВ, відпотужності

перетворювачів

При аналізі розглянуто перетворювачі для живлення двигунівпостійного струм напругою доодногокВ.

Як бачимо (рис. 6), показники питомого об’єму перетворювачів ВАТ «Запорізький за

-вод «Преобразователь» єкращимиупорівнянні з аналогічними показниками перетворювачів іншихпідприємствколишньогоСРСР.

Саме тому для подальшого дослідження впливу типу елементної бази та призначення перетворювачів (загальнопромислового або тягового виконання) за базові показники при

-ймаємо показники перетворювачів ВАТ «Запо

(4)

Рис. 6. Порівняннярезультатівапроксимаціїзалеж

-ностіпитомогооб’ємуперетворювачівпідприємств колишньогоСРСРтаперетворювачівВАТ «Запорі

-зькийзавод «Преобразователь»

Розглянемо вплив тягового виконання на конструктивні показники перетворювачів, по

-будованих звикористанням тиристорів тапри

-мусового повітряного охолодження (яке вико

-ристовуєтьсяна тягових перетворювачах рухо

-мого складу виробництва колишнього СРСР,

щоексплуатуєтьсяназалізницяхУкраїни).

Нарис. 7 таутабл. 1 представленірезульта

-ти апроксимації показників питомого об’єму тягових перетворювачів для рухомого складу виробництва колишнього СРСР (елементна ба

-за – тиристор, охолодження – примусовеповіт

-ряне).

Нарис. 8 представимопорівнянняпитомого об’єму перетворювачів тягового виконання та загальнопромислового (наприкладі перетворю

-вачів ВАТ «Запорізький завод «Преобразова

-тель») (елементна база – тиристор, охолоджен

-ня – примусовеповітряне).

Використовуючиметодикувизначеннякіль

-кісної оцінки виграшу від використання водя

-ногоохолодження, визначимонаскільки відсо

-тків відрізняються габаритні розміри загально

-промислових та тягових перетворювачів на прикладіперетворювачапотужністю 4000 кВт.

Питомийоб’ємзагальнопромислового пере

-творювачапотужністю 4000 кВт, набазітирис

-торівзпримусовимохолодженнямдорівнює:

(

)

3942,926634000

PЗагПром

4000

3 4 239,70193

4000 0 0,00223

м

0,01657 8,086 10 кВт .

V e

e

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎝ ⎠

= + ⋅ +

⎡ ⎤

+ ⋅ = ⋅

⎣ ⎦

Питомий об’ємтягового перетворювача по

-тужністю 4000 кВтна базітиристорівзприму

-совимохолодженнямдорівнює:

(

)

2778,602494000

PТяг

4000

3

4 4378,89879 4

4000 0 0,00273

м

7,18075 10 3,59 10 кВт .

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎜ ⎟

− ⎝ ⎠ −

= + ⋅ −

⎡ ⎤

− ⋅ ⋅ = ⋅

⎣ ⎦

V e

e

Рис. 7. Результатиапроксимаціїпоказниківпитомо

-гооб’ємутяговихперетворювачівдлярухомого складувиробництваколишньогоСРСР (елементна

база – тиристор, охолодження – примусове

повітряне)

Рис. 8. Порівнянняпитомогооб’ємуперетворювачів тяговоговиконаннятазагальнопромислового

(елементнабаза – тиристор, охолодження –

примусовеповітряне)

Приймаючи показники загальнопромисло

-вого перетворювача з примусовим повітряним охолодженням за 100 %, отримаємо наступну відносну зміну питомого об’єму перетворю

-вача:

PЗагПром PТяг

P

PЗагПром

4 4

4

100 %

8,086 10 3,59 10

100 % 55,6 %. 8,086 10

V V

V

V

− −

− −

∆ = ⋅ =

⋅ − ⋅

= ⋅ =

Тобто тягові перетворювачі займають при

(5)

обумовлено обмеженістю кузовного простору електровозу.

Слід відмітити, що перетворювачі, констру

-ктивні показники яких досліджував автор, по

-будовані за класичною структурою: трансфор

-матор – керований випрямляч (з відповідними фільтрами), живлення цих перетворювачів, в

т.ч. тягових, здійснюється від мережі змінного струму.

Тому при використанні некласичної струк

-туриперетворювача або при живленівід мере

-жіпостійного струмуконструктивні показники можутьзмінюватися.

Перетворювачівітчизняноговиробництвата виробництва країн колишнього СРСР, проана

-лізовані автором, побудовані з використанням елементноїбазисвогочасу.

На сучасному рівні розвитку силової напів

-провідникової техніки параметри приладів до

-зволяють будуватиперетворювачі без викорис

-тання групового з’єднання приладів. Крупні світові компанії, наприклад Siemens, маютьго

-тові технічні рішення з використанням найсу

-часніших силових напівпровідникових венти

-лів. Виходячи з вищезазначеного, доцільним є проаналізувати, яким чином тип елементної базивпливаєнаконструктивніпоказники пере

-творювачів.

Для виконання цього завдання порівняємо питомі об’єми загальнопромислових перетво

-рювачів ВАТ «Запорізький завод «Преобразо

-ватель» та перетворювачів серії Simoreg DC Master фірми Siemens (елементна база – тирис

-тор, охолодження – примусовеповітряне).

На рис. 9 представлена залежність

( )

P

V = f P для перетворювачів серії Simoreg

DC Master фірми Siemens (елементнабаза – ти

-ристор, охолодження - примусове повітряне) з діапазономробочихнапругдоодногокВ.

Провести порівняння показників питомого об’ємуміжперетворювачами заводу «Преобра

-зователь» и перетворювачамисерії Simoreg DC Master фірми Siemens на підставі отриманих залежностей можливо тільки в обмеженому

діапазоні потужностей (Simoreg тільки до 2000 кВт). Але ж якщо розташувати отримані апроксимовані залежності в одній системі ко

-ординат (рис. 10), то підтверджуєтьсязагально

-відомий факт доцільності використання сучас

-нихпотужнихнапівпровідниковихелементів.

Рис. 9. Результатиапроксимаціїпоказниківпитомо

-гооб’ємуперетворювачівсерії Simoreg DC Master

фірми Siemens (елементнабаза – тиристор, охоло

-дження – примусовеповітряне) здіапазоном

робочихнапругдоодногокВ

Рис. 10. Порівнянняпитомогооб’ємуперетворюва

-чівзагальнопромисловихперетворювачівВАТ «Запорізькийзавод «Преобразователь» таперетво

-рювачівсерії Simoreg DC Master фірми Siemens

Загальні висновки

1. Проведенийаналіз габаритнихпоказни

-ків перетворювачів різної потужностідля тяго

-вого електроприводу з двигунами постійного струму дозволив визначити аналітичні залеж

-ність питомого об’ємутягового перетворювача відпотужності.

2. При проведенні аналізу перетворювачі групувались за наступними критеріями: вироб

-ник, діапазон робочих напруг, елементна база,

системаохолодження.

3. Проведений аналіз конструктивних по

-казників показав, що тягові перетворювачі за

-ймаютьприблизнона 50…60 % меншийоб’єм,

у порівнянні з загальнопромисловими перетво

-рювачами, що обумовлено обмеженістю кузов

(6)

Таблиця 1

КоефіцієнтиапроксимаціїдлязалежностіVP = f P

( )

длярізнихперетворювачів

Коефіцієнти Типперетворювача

0

y A1 t1 A2 t2

ПеретворювачіВАТ «Запорізькийзавод

«Преобразователь» (тиристор, примусове

повітрянеохолодження), доодногокВ 0 0,00223 3942,9266 0,01657 239,70193 ПеретворювачіВАТ «Запорізькийзавод

«Преобразователь» (тиристор, водяне

охолодження), доодногокВ 1,580E-4 0,01263 331,48236 0,00218 3063,2712 Перетворювачіпідприємствколишнього

СРСР (тиристор, примусовеповітряне

охолодження), доодногокВ 0 0,01041 525,68619 0,00412 20755,954 Тяговіперетворювачіпідприємствколи

-шньогоСРСР (тиристор, примусовепові

-трянеохолодження), доодногокВ 0 0,00273 2778,6024 -7,1807E-4 4378,8987 Перетворювачісерії Simoreg DC Master

фірми Siemens (елементнабаза – тирис

-тор, охолодження – примусовеповітряне),

доодногокВ

0 1,0221E-4 361,08463 0,00127 62,8627

4. Вплив елементної бази перетворювача на залежність питомого об’єму перетворювача від потужності пояснюється, в першу чергу,

залежністю габаритних розмірів системи охо

-лодженнявідвтратпотужності насиловихеле

-ментах перетворювача. Так, перетворювачі ви

-робників країн колишнього СРСР характери

-зуються гіршими показниками у порівнянні з перетворювачами західних виробників, оскіль

-ки елементною базою цих перетворювачів є прилади з меншим класом та номінальним струмом.

5. Перетворювачі, конструктивні показни

-ки яких досліджував автор, побудовані за кла

-сичною структурою: трансформатор – керова

-ний випрямляч (з відповідними фільтрами),

живлення цих перетворювачів, в тому числі тягових, здійснюється від мережі змінного струму.

6. При використанні некласичної структу

-ри перетворювача або при живлені від мережі постійного струму отримані конструктивні по

-казникиєбазовимидлявизначеннявідповідних показниківнетрадиційнихперетворювачів.

7. Отримані результати досліджень є ба

-зоюдлявизначенняконструктивнихпоказників перетворювачів тягового електроприводу на базітяговихдвигунівпостійногоструму.

БІБЛІОГРАФІЧНИЙСПИСОК

1. Захарченко, Д. Д. Тяговые электрические ма

-шины[Текст]: учебникдлявузовж.-д. трансп. /

Д. Д. Захарченко, Н. А. Романов. – М.: Транс

-порт, 1991. – 343 с.

2. Калинин, В. К. Электровозы и электропоезда. [Текст] / В. К. Калинин. – М.: Транспорт, 1991. – 480 с.

3. Безрученко, В. М. Тягові електричні машини електрорухомогоскладу [Текст]: навч. посібник

/ В. М. Безрученко, В. К. Марченко, В. В. Чу

-мак. – Д.: Вид-воДНУЗТ, 2003. – 252 с.

4. Преобразовательныеустройстваэлектропоездов сасинхроннымитяговымидвигателями. [Текст] / А. М. Солодунов и др.; под ред. А. М. Соло

-дунова. – Рига: Зинантне, 1991. – 351 с.

5. Котельников, А. В. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы

[Текст] / А. В. Котельников. – М.: Интекст, 2002. – 104 с.

6. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники

[Текст]: учебник. – Ч. 1 / Г. С. Зиновьев. – Но

-восибирск: Изд-воНГТУ, 1999. – 199 с.

7. Чиженко, И. М. Справочник попреобразовате

-льной технике [Текст] / И. М. Чиженко,

П. Д. Андриенко; подред. И. М. Чиженко. – К.:

Техніка, 1978. – 447 с.

References

Related documents

Raw Shameless Miracles includes a three channel video with sound, and a stage with live microphones and stools.. In the installation, I the artist am equal to each member of

CLIENT/CONTACT Initial Name Campus/Address Phone Email Fax Other Alternate Contact. BILLING

determine the maximum magnitude of the bending moment M so that the bending stress in the unequal- leg angle shape does not exceed 24 ksi.. Excerpts from this work may

The aim of this study, which was developed from the basic hypothesis that the opinions of university students on football advocacy / fanaticism levels will be different in terms

Each column of the table refers to a different set of regressions: the left column summarizes the results obtained using the ordinary least square (OLS) estimator; the mid column

Present study explored various causes of juvenile delinquency related with urbanization which are; deviant peer association, urban poverty and relative deprivation, lack

translation strategy as “a translator’s (consciously or unconsciously) preferred procedure within an entire text or its significant passages” and distinguishes this

Cytotoxicity was evaluated by hemolytic and brine shrimp assays, whereas Ames test (TA98 and TA100) was used for mutagenicity evaluation.. Plant different parts were extracted