авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Разработка энергоэффективного инвертора для вентильно-индукторного привода с улучшенной электромагнитной совместимостью

1

На правах рукописи

МОСКАЛЕВ МАКСИМ ВИКТОРОВИЧ РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ИНВЕРТОРА ДЛЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ПРИВОДА С УЛУЧШЕННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТЬЮ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" на кафедре электрического транспорта.

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор СЛЕПЦОВ Михаил Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Федерального государственного бюджетного обра зовательного учреждения высшего профессиональ ного образования "Национальный исследователь ский университет "МЭИ" ГАМАЗИН Станислав Иванович кандидат технических наук, ведущий научный со трудник открытого акционерного общества «Авиа ционная электроника и коммуникационные систе мы» (ОАО «АВЭКС») ИЛЬИНСКИЙ Александр Дмитриевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образо вательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «21» июня 2013г. в «16» час. «00» мин. на заседании дис сертационного совета Д212.157.02 на базе ФГБОУ ВПО "Национальный исследо вательский университет "МЭИ" по адресу:

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13, ауд. М-611.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО НИУ "МЭИ".

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим на правлять в адрес ученого совета университета по адресу: 111250, Москва, ул.

Красноказарменная, д.14.

Автореферат разослан «_» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.157. к.т.н., доцент Сергей Александрович ЦЫРУК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из тенденций нескольких последних деся тилетий является внедрение инновационных систем тяговых электроприводов (ТЭП) подвижного состава электрического транспорта на базе синхронных и ин дукторных машин (ИМ). Использование вентильно-индукторного привода (ВИП) на транспорте обусловлено его характерными достоинствами: высоким уровнем надежности и простотой конструкции ИМ, возможностью гибкого управления скоростью, относительно высоким моментом. ВИП находит свое применение в основном на городском электрическом транспорте (ГЭТ), электромобилях и гиб ридных автомобилях, что вызвано спецификой движения описанных транспорт ных средств: постоянными ускорениями и торможениями в плотном городском трафике.

Одной из особенностей ВИП является обязательное наличие инвертора, клю чами которого коммутируются фазы ИМ по сигналу от датчика положения рото ра. Присутствие инвертора вызвано дискретной структурой ИМ и необходимо стью соответствующего регулирования тока фазных обмоток для поддержания постоянного момента на валу ИМ. Пульсации момента и акустический шум явля ются основными недостатками ВИП, и для их устранения требуется гибкое управление фазным током, возможное только при достаточно высокой частоте коммутации транзисторов инвертора. При этом максимальная частота коммута ции ограничивается мощностью динамических потерь в полупроводниковых эле ментах в режиме переключения ключей при номинальном значении тока и напря жения коллектор-эмиттер транзистора. Такой режим работы инвертора средней мощности (от 1кВт до 100кВт) на частоте до 20кГц приводит к высокому уровню динамических потерь в инверторе и перенапряжений изоляции ИМ, а так же к ухудшению электромагнитной совместимости (ЭМС) ВИП.

Увеличение количества электронной техники на подвижном составе, а также оборудования вдоль тяговых линий приводит к ужесточению требований, предъ являемых к ЭМС силовых потребителей и преобразователей электрической энер гии. Кондуктивные высокочастотные помехи увеличивают потери в силовой це пи: преобразователях энергии и в линиях электропередач, а индуктивные помехи, излучаемые оборудованием, могут вызывать неисправности в смежном электрон ном оборудовании.

Существует ряд способов улучшения ЭМС преобразователей с внешней се тью электроснабжения переменного напряжения: использование активных и пас сивных фильтров, особые алгоритмы работы ключей инвертора и управляемого выпрямителя, конструирование усложненной магнитной системы ИМ и т.д. Од нако эти методы не подходят для улучшения ЭМС непосредственно на подвиж ном составе автономных транспортных средств и ГЭТ и обладают низкой энерго эффективностью.

Решением проблемы улучшения ЭМС, снижения динамических потерь в ин верторе и перенапряжений может являться применение квазирезонансного преоб разователя (КРП) в цепи инвертора, обеспечивающего коммутацию силовых клю чей в определенные моменты времени при нулевом напряжении коллектор эмиттер, а так же при низкой скорости роста напряжения du/dt на транзисторе.

Целью работы является исследование эффекта улучшения показателей ЭМС и уменьшения динамических потерь в силовых ключах тягового ВИП при пита нии от источника постоянного напряжения в результате применения КРП с огра ничением напряжения на звене постоянного тока совместно с асимметричным мостом в качестве преобразователя для ИМ.



Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Исследование электромагнитных и электромеханических процессов в ИМ аналитическим способом, разработка математической модели ВИП.

2. Определение подходящей для применения в составе ТЭП схемы КРП и ис следование электромагнитных процессов в нем.

3. Разработка имитационной модели ВИП с КРП в среде моделирования Matlab Simulink.

4. Определение энергетической эффективности применения КРП на основа нии расчета динамических, статических и дополнительных потерь.

5. Анализ гармонического состава потребляемого ВИП тока на основании по лученного спектра Фурье.

6. Сравнение результатов исследования привода с КРП и без него, выработка рекомендаций по уменьшению электромагнитного влияния и потерь в ВИП.

Методика исследования. При решении поставленных задач используется теория электрических цепей, методы дифференциального исчисления, спектраль ный анализ, математическое моделирование с использованием компьютерной программы MathCAD, имитационное моделирование с использованием приложе ния Simulink из пакета программ Matlab, расчеты и построения диаграмм с помо щью MS Excel, создание 3D моделей в среде AutoCAD.

Научная новизна полученных результатов В рамках работы достигнуты следующие новые научные результаты:

1. Предложено схемно-техническое решение построения инвертора для ВИП с КРП, обеспечивающее уменьшение пульсаций момента на валу ИМ на ско ростях, близких к номинальной скорости вращения.

2. Разработан алгоритм управления силовыми и вспомогательными ключами КРП на основе синхронизации тактов управления ключами инвертора с электромагнитными процессами в преобразователе с реализацией режима ШИМ формы тока.





3. Доказано, что увеличение емкости конденсаторов, входящих в состав КРП, позволяет реализовать режим рекуперативного торможения без нарушения стабильности работы резонансного контура.

4. Разработана методика имитационного моделирования ВИП с КРП с воз можностью исследования работы привода в различных режимах.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Возможность использования КРП совместно с ВИП с реализацией генера торного режима и ШИМ формы тока.

2. Целесообразность применения КРП для уменьшения суммарных потерь в инверторе в режимах, близких к номинальному режиму при частоте комму тации более 10кГц.

3. Имитационная модель для исследования процессов в КРП и ВИП, расчета потерь в транзисторах, переключаемых при нулевом напряжении коллек тор-эмиттер, проведения спектрального анализа.

4. Результаты моделирования работы КРП совместно с ВИП: электрические характеристики инвертора, механические характеристики ИМ.

Практическое значение полученных результатов 1. Доказано, что применение КРП, коммутируемого при нулевом напряжении, в цепи инвертора ИМ по сравнению с обычным ВИП:

– улучшает форму потребляемого приводом тока благодаря уменьшению амплитуды высших гармоник и их благоприятному распределению по спектру;

– позволяет уменьшить на 10% суммарные потери в приводе и в три раза снизить коммутационные потери в ключах асимметричного моста при частоте коммутации 30кГц;

– увеличивает надежность инвертора благодаря меньшей скорости роста тока и напряжения на силовых ключах и низком уровне коммутационных перенапряжений.

2. Разработанная в рамках работы имитационная модель КРП и обобщенной системы управления (СУ) ВИП может быть применена для исследования электромагнитных процессов преобразователя при его работе на различную нагрузку.

3. Создана программа расчета динамических потерь в полупроводниковых элементах в режиме мягкой коммутации при нулевом напряжении коллек тор-эмиттер.

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием ре зультатов имитационного моделирования с результатами теоретических расчетов, которые базируются на использовании методов математического моделирования и теории электрических цепей.

Внедрение результатов работы Предложенный принцип коммутации был использован в созданном макетном образце импульсного генератора тока в рамках НИР «Генератор-12», проводимой ФГУП ВЭИ им. Ленина, г. Москва.

Апробация работы Результаты диссертационной работы были апробированы в НИОКР «Разра ботка модели резонансного преобразователя и адаптация его к двигателю» в рам ках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2012».

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсужда лись на заседании кафедры «Электрический транспорт» НИУ МЭИ, XLI Всерос сийской научно-практической конференции «Федоровские чтения» (Москва, 2011);

Ежегодной научно - технической конференции «Молодые специалисты ФГУП ВЭИ» (Москва, 2012);

XIV Международной конференции «Электромеха ника, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (Алуш та, 2012).

Публикации Основное содержание диссертационной работы опубликовано в шести пе чатных трудах, из них три публикации в изданиях, которые входят в перечень, ре комендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы Диссертация общим объемом 170 страниц состоит из введения, пяти глав, за ключения, списка использованных источников (108 наименований) и четырех приложений. В работе 7 таблиц и 104 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дана краткая характеристика работы, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие системы ТЭП, обоснована пер спективность внедрения ВИП на автономномэлектрическом транспорте и ГЭТ.

Исследованы наиболее распространенные виды конструкций ИМ, сделан вы бор схемы инвертора и конструктивного исполнения ИМ для дальнейшего иссле дования – наиболее подходящим для применения в ТЭП является ВИП с асим метричным мостом в качестве инвертора и ИМ с самовозбуждением (рисунок 1).

Определены основные достоинства и не достатки ВИП применительно к использованию на электрическом транспорте. Выявлено, что большинство особенностей ВИП приводит к ухудшению ЭМС, высоким пульсациям момента Рисунок и тока источника питания, низким выброакустическим показателям.

Установлено, что основной причиной низкой ЭМС ВИП является высокая скорость роста тока и напряжения при коммутации силовых транзисторов. Прове ден обзор основных способов уменьшения симметричных и асимметричных по мех, перенапряжений, а так же технических решений по устранению пульсаций момента и улучшению виброакустических показателей.

Определены критерии оценки ЭМС, в работе анализируются спектры, полу ченные в результате быстрого преобразования Фурье, а так же спектральная плотность входного тока инвертора.

Во второй главе дано подробное описание процессов коммутации транзи сторов при нулевом токе и напряжении коллектор-эмиттер, такой режим далее будем называть мягкой коммутацией. Режим переключения при номинальных значениях тока и напряжения называется режимом жесткой коммутации. Описа ны модели ключей по способам коммутации, приведены графики, характеризую щие траектории тока и напряжения при переключении и потери в ключах.

Наибольшим энергетическим влиянием обладают воздействия, вызванные интерференционными токами, которые являются следствием жесткой коммута ции ключей. Для снижения этого вида воздействия, а также перенапряжений и высоких динамических потерь в IGBT транзисторах традиционно применяются диссипативные снабберные цепочки, в которых рассеивается лишняя энергия.

Также возможно формирование траектории формы тока транзистора с помощью управления затвором. Однако данные методы не увеличивают эффективность все го инвертора в целом и обладают низкой надежностью.

Наибольшим эффектом снижения динамических потерь обладает резо нансный ключ (рисунок 2), при этом существенно снижается du/dt. В таком ключе переключение происходит при а – включение;

б –выключение Рисунок 2 практически нулевом значении на пряжения коллектор-эмиттер и при минимальном токе через транзистор в режиме мягкой коммутации. Для формирования требуемой формы напряжения на ключе необходимо использовать внешнюю цепь, которой может являться КРП.

Выполнен обзор существующих резонансных преобразователей, установле но, что большинство схем обладает одним из перечисленных недостатков: низкой надежностью, невозможностью реализовать ШИМ формы тока, невозможностью рекуперации в источник питания, сложностью работы в схеме асимметричного моста.

Анализ показал, что все же совместно с инвертором ВИП возможно исполь зование КРП с ограничением напряжения на звене постоянного тока. КРП с пас сивным ограничением напряжения обладает низкими массогабаритными характе ристиками и высокой индуктивностью, поэтому в работе исследуется схема КРП с активным ограничением напряжения с дополнительным транзистором VTC и ем костью СС (рисунок 3). Рекуперация обеспечивается путем перезаряда ограничи вающего конденсатора СС, который обладает достаточно большой емкостью, не обходимой для стабильной работы схемы. Коммутация всех вспомогательных транзисторов происходит в режиме нулевого тока или нулевого напряжения, а в схеме присутствует всего один дроссель в отличие от схемы с пассивным ограни чением, где их три, что обуславливает относительно низкие дополнительные по тери в резонансном контуре.

Помимо этого в схеме реализована возможность работы с асимметричным мостом благодаря установке параллельного транзистора VTS. Подключение об ратных диодов верхнего транзистора VT1 асимметричного моста к ограничитель ному конденсатору CC позволит увеличить обратное напряжение, под которое по падает отключаемая фаза ИМ в режиме размагничивания. Возможен режим ШИМ, при котором несущая частота в несколько раз больше частоты колебаний резонансного контура.

Рисунок 3 – Принципиальная схема КРП с активным ограничением напря жения (слева) и качественные графики зависимости напряжения на звене постоянного тока UCr, тока дросселя iLr и управляющих импульсов вспомо гательными ключами VTC и VTS от времени (справа) На основании решения дифференциальных уравнений состояния на каждом интервале работы схемы (таблица 1) получены выражения для критериев ста бильной работы КРП:

1. Минимальная длительность интервала нулевого напряжения звена посто янного тока tUCr.min определяется характеристиками используемых силовых полу проводниковых ключей, а именно временем полного перехода во включенное или отключенное состояние, которое принято равным 1мкс:

(1) где I02 и I01 – конечное и начальное значение тока при коммутации ключа ин вертора, Im1 и Im2 – поправки уставок токоограничения для стабилизации работы контура.

2. Максимальная скорость роста и спада напряжения на звене постоянного тока dUCr/dt, определяющая уровень перенапряжений и общую ЭМС инвертора, которая не должна превышать 1000 В/мкс:

(2) (3) Таблица 1– Последовательность работы КРП № Наименование Характеристики Уравнение состояния интервала Ток из источника питания протекает че Интервал запаса рез Lr и заряжает емкость Cr до момента 0.

энергии (t0-t1) достижения напряжения на звене посто янного тока UCr значения UCc Интервал огра VDC проводит ток, в момент практически ничения напря 1.

нулевого тока через него включается VDS жения (t1-t2) Отключение VDS при достижении тока Интервал спада через него рассчитанной на предыдущем напряжения цикле уставки IT2 и перенаправление то 2.

ка из ограничительного контура в резо (t2-t3) нансный контур Интервал нулево- Перенаправление тока из резонансного го напряжения контура Cr-Lr в VDS, при практически ну 3.

левом токе через него включается VTS (t3-t4) Интервал нарас- Отключение VTS при достижении тока тания напряже- через него заданной уставки IT1, перена 4.

ния правление тока из резонансного в огра ничивающий контур (t4-t5) По значениям минимальной длительности интервала нулевого напряжения и максимальной скорости роста напряжения определены параметры резонансного контура LrиCr, а так же уставки токоограничения вспомогательных контуров:

. При выбранных значениях Lr=20мкГн и, Cr=5мкФ длительность интервала нулевого напряжения и максимальная скорость изменения напряжения составили: =7,5 мкс, 73 В/мкс, = 26 В/мкс, что удовлетворяет заданным условиям.

В третьей главе сформулированы основные допущения, принятые в матема тической и имитационной моделях: математическая модель ИМ построена для режима одиночной симметричной работы, а в имитационной модели в режиме с перекрытием фаз используются результаты расчета при одиночной коммутации после применения метода суперпозиции для зависимостей момента, создаваемых каждой фазой. Помимо этого магнитные связи между одновременно работающи ми фазами не учитываются, а магнитные системы каждой из фаз двигателя одина ковы. Фазные обмотки идентичны друг другу, вихревые токи и гистерезис в маг нитной системе не учитываются, источник питающего напряжения идеален.

Большинство принятых допущений являются традиционными для математи ческого моделирования и не оказывают серьезного влияния на результаты моде лирования, а так же позволяют оценивать характеристики привода с использова нием минимальных вычислительных ресурсов.

В работе решено применять модель полного насыщения ИМ, что обусловле но ее достаточной изученностью, а так же относительной простотой реализации на обычном домашнем ПК.

На основании уравнений электрических контуров, уравнения механического равновесия и уравнений электромагнитного взаимодействия получена математи ческая модель ИМ:

(4) Решение последних уравнений требует предварительных трудоемких поле вых расчетов магнитной системы для различных токов и положений ротора с це лью определения зависимости и. Для решения этой за дачи обычно используются мощные программные продукты типа Ansys или FEMM, требующие большой вычислительной мощности. Поэтому в работе при меняются существующие зависимости потокосцепления и момента от тока и по ложения ротора, представленные в стандартной модели Simpower пакета Matlab Simulink. Данная модель с успехом используется для теоретического исследова ния режимов работы ВИП и хорошо себя зарекомендовала. На основе зависимо стей (4) создана структурная схема математической модели одной фазы ИМ, представленная на рисунке 4.

Структурная схема ИМ ле жит в основе базовой имитацион ной модели ИМ в Simulink, изо браженной на рисунке 5.

Рисунок 4 Для проведения предвари тельных опытов были разработаны модели обычного ВИП и КРП, ра ботающего на однофазный инвер тор напряжения и статическую ак тивно-индуктивную нагрузку. Дан ные необходимы для анализа ста Рисунок бильной работы КРП при коммута ции ключей в режиме ШИМ, так как моделирование работы КРП совместно с ИМ требуют больших вычислительных мощностей и занимают продолжительное вре мя, что вызвано нелинейностью исследуемых процессов.

Имитационная модель силовой части КРП с ВИП представлена на рисунке 6.

В модели заданы следующие параметры: напряжение источника питания UDC=240В, индуктивность Lr=20мкГн, емкость Cr=5мкФ, емкость CC=500мкФ, на чальное напряжение СC составляет 48В, уставка отключения VTS равна 20А.

Рисунок 6 – Имитационная модель КРП в цепи инвертора при работе с ИМ В четвертой главе приведены результаты имитационного моделирования, в котором применяется решатель ode23t, время выборкиTS составляет 10-7 с.

Как показали опыты, для удовлетворительной работы ШИМ совместно с КРП необходимо, что бы частота собственных колебаний контура была не менее чем в 5 раз больше несущей частоты ШИМ, что проиллюстрировано на рисунке 7.

Присутствует задержка включения или выключения силового IGBT в случае, если команда на его коммутацию поступила в момент начала интервала ограничения напряжения звена постоянного тока. Задержка не превышает значения длительно сти этого интервалаи не сказывается на форме тока нагрузки.

Анализ механических харак теристик в режиме поддержания тока фазы показывает, что приме нение жесткой коммутации фазы ИМ для формирования тока в ней приводит к уменьшению среднего момента на валу на 5% в зоне по стоянства момента. В зоне посто янства мощности при большей Рисунок скорости вращения разница между значениями среднего момента отсутствует.

При использовании схемы с КРП средний пусковой момент увеличился на 2,5% благодаря большей скоростью роста тока при повышенном максимальном напряжении фазы ИМ, определяемым KUDC. При увеличении скорости вращения вала средний момент в схеме с КРП оказывается не меньше чем в схеме с обычным ВИП (рисунок 8).

Пульсации момента на вы сокой скорости вращения вала меньше в среднем на 10% и уменьшаются с увеличением скорости вращения выше номи нальной, что достигается под ключением обратных диодов асимметричного моста инвер тора к конденсатору СС ограни чительного контура. Процесс отключения фазы в режиме ее Рисунок размагничивания проиллюстрирован на рисунке 9.

Проведены опыты в режиме реверсивного и рекуперативного торможения, график, характери зующий генераторный режим при работе КРП с ИМ изображен Рисунок на рисунке 10.

Анализ механических, элек тромеханических и временных характеристик ВИП с КРП и без него позволяет сделать вывод, что сравниваемые приводы об Рисунок ладают схожими характеристиками, различие в показателях не превышает 12%, в среднем составляет 7%. Применение КРП не ухудшает свойства привода, более того, наблюдается большая эффективность в режиме рекуперации и меньшие пульсации на высокой скорости вращения вала ИМ.

В результате спектрального анализа потребляемого тока отмечено, что ис пользование резонансной схемы приводит к появлению ярко выраженных крат ных основной гармоник, с достаточно высокой магнитудой до 40% от магнитуды основной частоты. Однако общее распределение гармоник в случае применения КРП благоприятнее, чем с применением схемы без преобразователя: отсутствует явно выраженное проявление субгармоник низкой частоты, при этом в зоне час тот выше 10кГц магнитуда гармоник меньше в 5-7 раз, за исключением явно вы раженных максимумов, обусловленных резонансными процессами в преобразова теле. Однако магнитуда этих гармоник не превышает магнитуду в случае инвер тора без КРП (рисунок 11).

Рисунок Применение КРП в цепи инвертора целесообразно при частоте коммутации выше 10кГц при в режиме, близком к номинальному, то есть при максимально возможном токе. При работе с током много меньше номинального суммарные по тери в инверторе с КРП оказываются выше, чем без него (рисунок 12).

400 Мощность потерь, Вт Мощность потерь, Вт 200 3 5 10 20 3 5 10 20 Частота коммутации, кГц Частота коммутации, кГц С КРП 30А Рдин С КРП 100А Рдин С КРП 30 А Рстат С КРП 100 А Рстат С КРП 30 А Рдоп.

С КРП 100 А Рдоп.

С КРП 30 А Рсумм С КРП 100 А Рсумм Без КРП 30А Рдин Без КРП 100А Рдин Без КРП 30А Рстат Без КРП 100А Рстат Рисунок В пятой главе проведено сравнение массогабаритных показателей обычного ВИП и ВИП с КРП,сделан выбор транзисторов и охладителей силового инверто раи вспомогательного контура. Предложена методика проектирования ВИП с КРП. Сравнительный чертеж ИМ, обычного инвертора и инвертора с КРП без ре жима рекуперации c применением ионисторов показан на рисунке 13.

В программе Semisel проведен тепловой проверочный расчет тран зисторных модулей. Доказано, что использование КРП позволяет сни зить требования к охладителю IGBT и улучшить массогабаритные показа тели привода. По результатам расче та с использованием данных имита Рисунок 13 ционного моделирования, выявлено, что КПД инвертора с КРП в цепи инвертора практически не отличается (больше на 1,7%) от КПД обычного ВИП.

Показана возможность уменьшения на 30% объема элементов инвертора привода с КРП в цепи инвертора благодаря использованию менее производитель ной системы охлаждения, так как динамические потери в ключах инвертора су щественно снижены. Это привело к незначительному увеличению на 11% темпе ратуры кристалла IGBT модуля в инверторе с КРП, однако максимальная темпе ратура сборки не превышает допустимую температуру модуля в 125 °C.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ При выполнении работы по исследованию возможности создания энергоэф фективного инвертора для тягового ВИП с улучшенной ЭМС инвертора для элек трического транспорта были получены следующие результаты:

1. Доказано, что применение КРП положительно сказывается на ЭМС привода:

общее распределение гармоник в спектре потребляемого тока благоприятнее, субгармоники имеют в несколько раз меньшую амплитуду, чем в обычном ин верторе.

2. Показана энергетическая целесообразность применения КРП в составе ТЭП при частоте коммутации выше 10кГц в режимах, близких к номинальному: в несколько раз снижены динамические потери в силовых транзисторах, сум марные потери ниже, чем в обычном инверторе.

3. Увеличена надежность инвертора, которая определяется условиями работы си ловых транзисторов: при меньших потерях на коммутацию удалось сущест венно снизить скорость изменения напряжения на силовых полупроводнико вых элементах ниже значения 1000В/мкс при частоте коммутации 30кГц, при этом перенапряжения в силовой цепи уменьшены практически до нулевого значения.

4. Разработан алгоритм управления ВИП с КРП, обеспечивающий работу приво да в основных режимах, в том числе рекуперативного торможения и ШИМ то ка тяговой ИМ.

5. Получены механические характеристики ВИП с КРП не хуже, чем в обычном приводе, а при высоких скоростях удалось уменьшить пульсации момента на валу ИМ.

6. В результате эскизного проектирования уменьшен объем занимаемого инвер тором оборудования на 30% за счет незначительного увеличения максималь ной температуры транзистора и применением менее производительной систе мы охлаждения.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих трудах:

1. Москалев М.В. Моделирование тягового вентильно-индукторного привода для автономных транспортных средств/ М.В. Москалев, М.А. Слепцов, А.И.

Маматов// Электричество.– М.: Изд-во Знак, 2011.–№10. – С.31-35.

2. Москалев М.В. Гибридный накопитель энергии для транспорта/ М.В.

Москалев, М.Г. Колобов, В.И. Климов и др.// Электричество.– М.: Изд-во Знак, 2011.– №10. – С.26-30.

3. Москалев М.В. Моделирование вентильно-индукторного привода с использованием резонансного преобразователя в цепи инвертора/ М.В.

Москалев, М.А. Слепцов// Вестник МЭИ.– М.: Изд-во МЭИ, 2013.– №2.– С.95 101.

4. Москалев М.В. Резонансный преобразователь для вентильно-индукторного привода/ М.В. Москалев, А.И. Маматов, М.А. Слепцов// Материалы конференции Федоровские чтения 2011.– М.: Изд-во МЭИ, 2011. – С.145-146.

5. Москалев М.В. Резонансный преобразователь с активной цепью ограничения напряжения как решение вопроса электромагнитной совместимости вентиль но-индукторного привода/ М.В. Москалев, М.А. Слепцов// Труды ежегодной Научно - Технической Конференции «Молодые специалисты ФГУП ВЭИ» М., 2012.

6. Москалев М.В. Инвертор для вентильно-индукторного привода с улучшенной электромагнитной совместимостью/ М.В. Москалев, М.А. Слепцов// Труды XIV Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты».– Крым, Алушта, 2012.– С.174 176.

Подписано в печать Зак. Тир. П.л.

Полиграфический центр МЭИ Красноказарменнаяул, д.

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.