Дослідження бортової системи живлення електровозу змінного струму

1.

Міністерство освіти і науки
Український державний університет залізничного транспорту
Механіко-енергетичний факультет
Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки
МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА
на тему:
ДОСЛІДЖЕННЯ БОРТОВОЇ
СИСТЕМИ ЖИВЛЕННЯ
ЕЛЕКТРОВОЗУ ЗМІННОГО СТРУМУ
ВИКОНАВЕЦЬ: магістрант Гритченко Станіслав

2. Аналіз системи бортового живлення електровоза змінного струму

Зовнішній вид та основні розміри електровоза ЧС8
Електровоз змінного струму ЧС8 є двосекційним та восьмиосним, на кожній секції якого
встановлено трансформатор SL-66/3749/54 вхідний потужністю 6424 кВА при номінальній
напрузі 25 кВ, з масляним охолодженням, масляний радіатор і обдуває його моторвентилятор встановлені безпосередньо на бічній частині бака трансформатора. Первинна
тягова обмотка трансформатора має тривалу потужність 4910 кВА, напругу 0-25 кВ.
Напруга на вторинній тягової обмотці 2 (0-1040) У, тривалий струм 2X2360 А, обмотка для
харчування допоміжних машин має номінальну потужність 185 кВА, напругу холостого
ходу 680 В; обмотка власних потреб відповідно 145/57/22 В і 113/226/264 В, обмотка
опалення вагонів поїзда 1100 кВА і 3021 В.
2

3. Основні відомості про систему бортового живлення електровозу

Мотор-компресор
Чотирициліндровий пневмодвигун 22NP
3

4. Аналіз та дослідження схем перетворювачів для бортової системи живлення електровозу змінного струму

Схема живлення допоміжних машин змінного струму
4

5.

Випрямляч струму з синусоїдальною шиpотно
імnульсною модуляцією
Однофазний мостовий випрямляч струму
Процеси при двополярній синусоїдальній ШІМ
5

6.

Аналіз схем для бортової системи живлення
електровозу змінного струму
ЗН
U
uз
f
ЗОЧ
uк
uв
Х
КМ
Ф
К
uоп
ГПН
ЗЧМ
Структурна схема системи керування трифазного інвертора з ШІМ
вихідної напруги
6

7.

Аналіз схем для бортової системи живлення
електровозу змінного струму
Трифазний трирівневий інвертор напруги
7

8. Розробка системи керування

Генератор пилкоподібної напруги
Опто-ізольована схема керування
затвором транзистора
Розподільник імпульсів для керування автономного інвертора напруги
8

9.

Визначення економічного ефекту модернізації
електровозу, в напрямку впровадження вузла
«статичний перетворювач – допоміжні машини»
Розрахунковий період (роки)
Показник
Капітальні
вкладення кt,
тис.грн.
Економія
поточних витрат
∆ut, тис. грн
Економічний
ефект Еt, тис.грн.
Коефіцієнт
приведення
Економічний
ефект з
урахуванням
приведення
тис.грн.
Економічний
ефект
наростаючим
підсумком
1
2023
2
2024
3
2025
4
2026
5
2027
67,11
0
0
0
0
54,17
54,17
54,17
54,17
54,17
-12,94
54,17
54,17
54,17
54,17
1,0
0,83
0,69
0,58
0,48
-12,94
49,29
44,96
40,62
36,83
-12,94
36,35
81,31
121,94 158,77
тис.грн.
Розрахунок економічного ефекту за роками експлуатації
9

10.

Висновок до магістерської роботи
В даній кваліфікаційній роботі запропоновано елемент модернізації бортової мережі електровозу змінного струму, з цією
метою обґрунтовано внесення змін до такого штатного вузла як живлення допоміжних машин. В схему допоміжних ланцюгів
замість фазорозщеплювача включено статичний перетворювач на базі автономного інвертора напруги на якому застосовано
новітні біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT) і сучасні системи управління та захисту. У зв’язку з цим
поліпшилась якість електроенергії, яка споживається, що взагалі позитивно впливає на роботу допоміжних машин. Внаслідок
цього зменшується кількість пошкоджень допоміжних машин, збільшується міжремонтний період електродвигунів, які при
застосуванні перетворювачів працюють в полегшеному режимі.
На сьогодні IBGT як клас приладів силової електроніки займає і займатиме домінуюче положення для діапазону
потужностей від одиниць кіловат до одиниць мегават. Подальший розвиток IGBT пов'язаний з вимогами ринку і йтиме по шляху:
- підвищення діапазону граничних комутованих струмів і напруг (одиниці кілоампер, 9-12 кВ);
- підвищення швидкодії;
- підвищення стійкості до перевантажень і аварійних режимів;
- зниження прямого падіння напруги;
- розробка нових структур з щільністю струмів, що наближаються до тиристорних;
- розвитку "інтелектуальних" IGBT (з вбудованими функціями діагностики і захисту) і модулів на їх основі;
- створення нових високонадійних корпусів, зокрема з використанням MMC (AlSiC) і притискної конструкції;
- підвищення частоти і зниження втрат SiC швидко встановлюючихся зворотних діодів;
- застосування прямого водяного охолоджування для виключення з'єднання основи - охолоджувач.
Впровадження вищезазначеної ідеї модернізації морально застарілого електромеханічного перетворювача на статичний
перетворювач – це крок вперед до науково-технічного прогресу не тільки в Україні, а і за кордоном.
10