Удосконалення та розробка пропозицій до поліпшення якості методів розрахунку перехідних процесів у структурі тягових перетворювачів

Abstract

Мета дослідження – удосконалення та розробка пропозицій до поліпшення якості методів розрахунку перехідних процесів у структурі тягових перетворювачів. Об’єкт дослідження – методи розрахунку перехідних процесів у структурі тягових перетворювачів. Предмет дослідження – перехідні процеси у структурі тягових перетворювачів. Тягове електроустаткування вагона, розміщене під вагоном у спеціальних ящиках, є внутрішнім джерелом тепла. Хоча корпус устаткування в умовах експлуатації часто охолоджується потоком повітря з інтенсивністю близько 1 м/с, розрахунок теплового режиму традиційно ведуть для природного повітряного охолодження при температурі навколишнього середовища +20 °С. У сталому режимі роботи ПРБ сумарна потужність усіх джерел тепла дорівнює потужності, що розсіюється з поверхні корпуса у навколишнє середовище шляхом конвекції, випромінювання й теплопровідності (зокрема, через шини й днище корпуса). При проектуванні багатоелементних автономних тягових перетворювачів широко використовується моделювання для визначення раціональних значень техніко-економічних показників керованих силових ключів (КСК), оскільки точний облік усіх факторів призводить до громіздких і складних теплових моделей. Оскільки найбільш уразливою й найбільш нагрітою ділянкою КСК ПРБ є р-п перехід силового напівпровідникового приладу, доцільно оцінювати вплив різних факторів саме на його температуру. Розроблена узагальнена теплова модель КСК, яка враховує розміщення блоку в герметичній оболонці ПРБ вагона і дозволяє суттєво спростити розрахунки теплових режимів силових ключів. На відміну від існуючих моделей, вона враховує перетин і теплофізичні властивості провідників, що з'єднують елементи КСК, а також не струмоведучі конструкційні деталі, що впливають на тепловий режим. Для аналізу перехідних теплових процесів конструкція ВСК представляється електротепловою схемою заміщення з джерелом потужності тепловиділення, тепловими потоками, опорами й теплоємкостями. Для моделювання перехідних теплових процесів можуть застосовуватися метод змінних стану та метод вузлових потенціалів. Метод вузлових потенціалів визнаний більш доцільним. Хоча він вимагає на кожному кроці розв'язку матричного рівняння, він допускає крок інтегрування Δt=τ і має більш високу стійкість обчислювального процесу, навіть при великому розкиді постійних часу. Це вигідно відрізняє його від явного методу Ейлера (використовуваного з методом змінних стану), який вимагає кроку інтегрування не менш, чим на порядок нижче мінімальної постійної часу τmin. Автоматизовані розрахунки, проведені на основі моделювання, дозволяють виявити перевантажені ділянки ланцюга теплопередачі й змінити компонування елементів конструкції для підвищення ефективності розсіювання тепла. Порівняльний аналіз несиметричної і симетричної конструкції системи охолодження ВСК показав, що симетричний ланцюг теплопередачі силового напівпровідникового приладу дозволяє підвищити потужність розсіювання: У тепловому режимі, що встановився (при перегріві 50-70 °С), потужність підвищується в 1,3 - 1,5 рази. У короткочасному (вартовому) режимі потужність підвищується в 1,5 - 1,6 рази. Результати математичного моделювання теплових режимів блоків мають достатнє збіг із результатами експериментів на фізичних макетах для інженерної практики.