Введение к работе
Актуальность темы.
Россия занимает первое место в мире по протяженности электрических железных дорог 39,3 тыс.км, из них 19,1 тыс.км линий постоянного тока. На электрической тяге выполняется более 60% грузовых перевозок.
Эксплуатируемые электровозы и электропоезда были разработаны несколько десятилетий тому назад и в настоящее время постепенно вырабатывают свой ресурс. Перед Министерством Путей Сообщения России стоит проблема создания нового поколения электровозов и электропоездов постоянного тока, оснащенных полупроводниковыми преобразователями и инверторами.
Применение импульсного регулирования остро ставит проблему сглаживания пульсирующей составляющей тока, которая оказывает негативное влияние на устройства, обеспечивающие безопасность движения, и требует установки входных, индуктивно-емкостных фильтров, масса которых достигает нескольких тонн. Существенное снижение этой массы возможно при использовании многозвенных фильтров. Однако, их теоретическое исследование весьма затруднительно и поэтому такие фильтры имеют ограниченное применение.
Надежность работы полупроводниковых преобразователей определяется параметрами коммутирующего контура и может быть повышена за счет применения корректирующих звеньев, а такх.а необходимостью учитывать возможность возникновения аварийных ситуаций, ликвидация которых должна осуществляться без повреждения полупроводниковых приборов.
Цель работы.
Совершенствование импульсных преобразователей электровозов и электропоездов постоянного тока за счет применения многозвенных реактивных структур.
В работе решаются следующие задачи:
1.Разработка структуры и метода расчета формирующих цепей с корректирующими звеньями для импульсных прерывателей, позволяющих получить трапецеидальный импульс коммутирующего тока, что улучшает энергетические показатели преобразователя и повышает надежность его работы.
2. Разработка структуры и метода расчета многозвенного входного фильтра, обеспечивающего существенное
снижение пульсаций тока в контактной сети без заметного увеличения массы и габаритов реактивных элементов.
-
Анализ режимов короткого замыкания на выходе импульсного прерывателя и разработка мероприятий, обеспечивающих повышение работоспособности полупроводниковых приборов.
-
Исследование способов уменьшения накопленного заряда обратного восстановления полупроводниковых приборов . Разработка рекомендаций по уменьшению суммарных потерь в приборах различного функционального назначения. ,
5.Экспериментальная проверка разработанных рекомендаций. .;; -V
Методы исследования.
Теоретические исследования выполнены на основе теории электрических цепей; разработаны: численно-аналитические модели многозвенных реактивных структур и:цифровые алгоритмы для расчета электромагнитных процессов В НИХ.:7 ji
Экспериментальные исследования выполнены на физической модели импульсного преобразователя мощностью 40 кВт, в лаборатории."Электрической тяги" ПГУПС, на экспериментальном электропоезде ЭР22-02 (опытное кольцо ВНИИЖТ) и экспериментальном электропоезде ЗР2-867 в моторвагонном депо.ТН20 Октябрьской железной дороги.
Научная новизна работы:
-предложен и исследован метод формирования импульсов трапецеидальной формы, улучшающих условия коммутации полупроводниковых приборов;
-предложен численно-аналитический метод расчета переходных функций многозвенных входных LC фильтров, импульсных преобразующих систем;
-разработана методика расчета переходных характеристик режима короткого замыкания и выбора параметров ограничительных элементов с учетом зависимостей допустимых амплитуд ударных токов;
-исследованы способ уменьшения накопленного заряда восстановления.полупроводниковых приборов и влияние этого заряда на суммарные потери в приборах;
-новизна предложенных решений подтверждена шестью авторскими свидетельствами.
Достоверность положений и выводов:по раббте.
Подтверждена хорошей сходимостью результатов расчета и экспериментов, проведенных ; в лаборатории "Электрической тяги" ПГУПС на физической модели тягового привода мощностью 40 кВт,'на1' опытном кольце"ВНИ-ИЖТа на экспериментальной моторвагонной секции ЭР22-02, в моторвагонном депо ТЧ20 Октябрьской ж.д. на экспериментальном электропоезде ЭР2-867.
Практическое значение работы:
-рекомендованы структура и параметры контура формирования коммутирующих импульсов, обеспечивающих повышение работоспособности полупроводниковых приборов на электрическом подвижном составе;
-рекомендованы структура и параметры входного фильтра импульсного преобразователя позволяющие улучшить показатели сглаживания пульсаций тока в контактной сети;
-определены параметры ограничительной индуктивности, обеспечивающей работоспособность полупроводниковых приборов при аварийных режимах;
-даны рекомендации по пределам заряда обратного восстановления для полупроводниковых приборов различного функционального назначения, применяемых на электрическом подвижном составе.
Результаты работы использованы:
-РАО "Высокоскоростные магистрали" при разработке экспериментального вагона электропоезда постоянного тока ЭР2-220302 с асинхронными тяговыми двигателями, проходящим испытания в моторвагонном депо ТЧ15 Октябрьской железной дороги;
-АО "Электровыпрямитель" при разработке новой серии полупроводниковых приборов ДЧ443 и ДЧ453, ориентированных на применение в импульсных прерывателях и инверторах электроподвижного состава;
-ВНИИЖТ при испытании на опытном кольце экспериментального электропоезда ЭР22-02;
-Локомотивным депо ТЧ7 Октябрьской железной дороги, проводящим опытную эксплуатацию диодов серии ДЛ153-1250-32 на электровозах ВЛ11М-311 и ВЛ11м-417.
-б-
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VI Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (Тбилиси, 1987 г.); IV Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1987 г.); Межреспубликанской конференции "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств' экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Днепропетровск, 1990 г.); Юбилейной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Члена-корр. АН СССР А.Е.Алексеева "Перспективные системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном транспорте и электромашиностроении" (Ленинград, 1991 г.); V Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1991 г.); III Международной научно-технической конференции "Нетрадиционные электромеханические системы" (Алушта, 1997 г.); VI Международной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня энергетических систем и электрооборудования кораблей плавучих сооружений и транспортных средств" (Санкт-Петербург, 1998 г.).
Публикации.
Основные положения диссертации изложены в 32 публикациях, в том числе 13 статей в научных журналах и сборниках, 6 авторских свидетельств и других публикациях.
Структура и объем работы.
