Разработка шкафа питания (ШП) цепей управления электроподвижного состава, 148 с, ЮРГТУ (НПИ)

В дипломном проекте выполнена разработка шкафа питания (ШП) цепей управления электроподвижного состава.
 Произведён анализ схем питания цепей управления электроподвижного состава, на основании которого предложена новая конфигурация структуры ШП, отвечающая современным техническим требованиям, предъявляемая к подобным устройствам.
 Для принятой структуры ШП предложена электрическая схема, для которой при помощи компьютерной модели в среде Simulink установлены электрические параметры. На основании результатов компьютерного моделирования обоснованно выбрана элементная база ШП, произведён расчёт электронных элементов системы управления ШП.
 В специальной части выполнен расчёт разделительного трансформатора и выпрямителя компоновка элементов, входящих в конструкцию шкафа питания, отвечающая эргономическим требованиям, минимизации габаритных показателей и удовлетворяющая условиям охлаждения элементов шкафа питания. Спроектируемый ШП обладает высоким качеством напряжения питания.
В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрены вопросы безопасности при эксплуатации электровоза с разработанным шкафом питания, выполнен анализ опасностей и вредностей ШП. Предложены мероприятия по охране труда обслуживающего персонала и проведена оценка устойчивости схемы преобразователя ШП при работе в чрезвычайных ситуациях.
В разделе технико-экономическое обоснование определён экономиче-ский эффект вновь спроектированного электровоза, который составил
15,51 млн. руб.
Содержание 2
Введение 4
1. Анализ систем вторичных источников питания 6
1.1 Классификация источников э.п.с. 6
1.2. Анализ типовых структурных схем вторичных источников питания 8
1.3 Требования, предъявляемые к современным шкафам питания электроподвижного состава. 15
1.4 Основные типы источников питания, применяемых на электроподвижном составе. 16
1.5 Тенденции развития вторичных источников источник питания 39
2. Расчёт элементов ШП 43
2.1.1 Моделирование электрических процессов в ШП 43
2.1.2. Выбор пакета программ для моделирования ШП 44
2.1.3. Анализ результатов моделирования ШП 45
2.2.1Определение количества полупроводниковых приборов ШП 50
2.2.2 Расчет разделительного трансформатора шкафа питания 52
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ШП 63
3.1. Концепция выбора элементной базы для управления 63
3.2 Характеристика задач системы управления ШП 76
3.3 Контролируемые параметры 77
3.4 Оценка качества регулирования 78
Как видно из графиков пульсации выходного напряжения составляют 5 %, что свидетельствует о выполненном качестве питания. 78
3.5. Выбор драйвера для IGBT транзистора 79
3.5.1 Блок управления IGBT–модулем 79
3.5.2 Классификация драйверов IGBT – модулей 83
3.5.3"Интеллектуальная" система управления затвором 86
3.5.4 Выбор драйвера силовых полупроводниковых приборов 90
4. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВА ШП 101
5. Заключение 103
6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 105
6.1 Социальное значение вопросов безопасности жизнедеятельности (БЖД). 105
6.2 Идентификация опасностей и вредностей на электровозе 106
6.3 Анализ опасностей и вредностей при эксплуатации Э.П.С 109
Анализ пожарной опасности на электровозе 109
6.4 Анализ поражения электрическим током 110
6.5 Анализ шума и вибрации на электровозе 115
6.6 Разработка технических и организационных мер по снижению опасностей и вредностей на электровозе. 116
6.7 Меры по снижению опасности поражения электрическим током 117
6.8 Технические меры защиты по снижению опасности поражения электрическим током 118
6.9 Расчёт зануления 120
6.10 Меры по устранению шума и вибраций 123
6.11Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. 125
6.12 Воздействие на аппарат проникающей радиации 126
6.13 Меры по повышению устойчивости к проникающей радиации 127
7.1 Технические характеристики объекта 132
7.2. Расчёт размеров движения пассажирских поездов 135
7.3. Расчёт потребного парка локомотивов 135
7.4 Годовые эксплуатационные расходы 137
7.4.1 Затраты на электроэнергию 138
7.4.2 Суммарная годовая стоимость ремонтов 138
7.4.3 Затраты на содержание локомотивных бригад 141
7.4.4 Затраты на содержание проводников пассажирских вагонов 142
7.4.5 Расходы на ремонт пассажирских вагонов 143
7.4.6 Затраты на ремонт и содержание верхнего строения пути 143
7.5 Экономический эффект за срок службы парка электровозов 144
ВЫВОДЫ 145
9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
Главной целью разработки ВИП является надёжное и бесперебойное обеспечение энергией различных видов нагрузок. Такими нагрузками являются:
- цепи управления электроподвижным составом;
- устройства безопасности комплексная локомотивная система безо-пасности, система автоматического управления тормозом, система автоматического пожаротушения;
- микропроцессорная система управления электровозом;
- прочие нагрузки- осветительное устройство, нагреватели;
- устройство заряда аккумуляторной батареи.
Традиционная практика разработки технических параметров бортовых источников питания по качеству выходного напряжения на электроподвижном составе основывается на реальных соотношениях между требованиями всех типов низковольтной нагрузки электровоза по качеству питания и возможностями бортового источника по обеспечению качественного выходного напряжения в приемлемых массогабаритных показателях. Поскольку пульсирующие составляющие выходного напряжения могут быть исключены или снижены до минимума, как схемотехническими решениями силовой части источника, так и с помощью установки индуктивно-ёмкостных фильтров, оба варианта связаны с увеличением количества оборудования и габаритных размеров источника и недолжны достигать критических величин по компоновке оборудования в кузове. В связи с этим, при разработке параметров бортового источника питания принято руководствоваться следующими подходами: выбор наиболее оптимальной силовой схемы преобразования напряжения источника, исходя из характера входного питания;
- зонирование всех потребителей бортового источника на группы по качеству питания. Как правило, устанавливается 3 группы потребителей.
Группа 1 - потребители, получающие питание непосредственно от схемы преобразования без установки дополнительного индуктивно-ёмкостного фильтра.
Группа 2 -потребители, получающие питание от схемы преобразования с установкой дополнительного индуктивно-ёмкостного фильтра, скомпонованного в реальных габаритах источника.
Группа 3 -потребители с жёсткими требованиями по качеству входного напряжения, получающие питание от схемы преобразования с установкой дополнительного индуктивно-ёмкостного фильтра, в реальных габаритах источника и, кроме того, установкой дополнительных фильтрующих элементов (источников) вне габаритов шкафа питания.
- проектирование бортового источника с двумя основными выходными каналами (канал «1» для потребителей группы 1 и канал «2» для потребителей групп 2 и 3).
Этим и другим вопросам проектирования ШП посвящён дипломный проект.