Автоматическая система регулирования температуры силовых полупроводниковых приборов тяговых преобразователей локомотивов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Стрекалов Николай Николаевич

• Стрекалов Николай Николаевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Стрекалов Николай Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ТЯГОВОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

1.1 Системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов

1.2 Системы воздушного охлаждения на тяговом подвижном составе

1.3 Системы жидкостного охлаждения силовых полупроводниковых приборов на тяговом подвижном составе

1.4 Системы автоматического регулирования температуры 23 Выводы по разделу

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АВТОНОМНОМ ИНВЕРТОРЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 Результаты анализа методов определения температуры силовых полупроводниковых приборов

2.2 Результаты анализа математических моделей тепловых процессов в силовых ключах

2.3 Математическая модель тепловых процессов в полупроводниковом приборе

2.4 Разработка математической модели тепловых процессов в автономных инверторах напряжения 35 Выводы по разделу

3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

3.1 Общие сведения

3.2 Динамические свойства исполнительно-регулирующего устройства

3.3 Динамические свойства вентилятора охлаждения

3.4 Динамические свойства объекта регулирования температуры

3.5 Синтез автоматической системы регулирования температуры

3.6 Синтез энергоэффективного электропривода вентилятора охлаждения

3.7 Комбинированная автоматическая система регулирования температуры 95 Выводы по разделу

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ

МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

4.1 Описание лабораторной установки для проведения исследований

4.2 Измерительно-информационные устройства и аппаратура

4.3 Методика и результаты исследований 106 Выводы по разделу 4 114 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118 ПРИЛОЖЕНИЕ А 130 ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматическая система регулирования температуры силовых полупроводниковых приборов тяговых преобразователей локомотивов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В последние десятилетия основным видом тягового электропривода на тяговом подвижном составе стал электропривод с асинхронными двигателями. Это произошло благодаря развитию силовой полупроводниковой электроники, которая позволила реализовать возможности высокодинамичного и эффективного управления тягового двигателя. Наиболее полно удовлетворить требования, предъявляемые к тяговым электроприводам, позволяют преобразователи частоты, реализующие алгоритмы скалярного или векторного управления асинхронным двигателем. Вместе с этим, выход из строя или неисправная работа преобразователя частоты может привести не только к ремонту или его частичной или полной замене, но также и к значительным финансовым потерям в связи с неопределенным временем простоя. Основные неисправности силовых полупроводниковых приборов, входящих в состав импульсных источников напряжения, в том числе автономных инверторов, связаны с процессами теплового старения, ухудшением контакта между поверхностями полупроводниковых приборов и их охладителями. Основной причиной этих неисправностей являются значительные колебания температуры при нерегулируемом охлаждении. Кроме этого, температура тяговых преобразователей частоты и характер её изменения оказывают влияние на такие показатели надежности силовых полупроводниковых приборов, как интенсивность отказов и циклостойкость. Специалистами ВНИИЖТ еще в 1970-х гг. установлено, что при изменении температуры силовых полупроводниковых приборов на 10 0С интенсивность отказов возрастает на 25 %. Увеличение диапазона изменения температуры силовых полупроводниковых приборов (СПП) приводит к существенному снижению их циклостойкости. Применение автоматической системы регулирования температуры (АСРТ) СПП с плавным изменением подачи охлаждающего воздуха позволит улучшить показатели надежности тяговых преобразователей.

Таким образом, выбранная тема диссертации является своевременной и актуальной.

Степень разработанности. Исследованиями процессов, происходящих в системе полупроводниковый преобразователь - асинхронный двигатель на тяговом подвижном составе занимались научные школы ВНИИЖТ, ВНИКТИ, ВЭлНИИ, МИИТ, МЭИ, ПГУПС, УрГУПС и др. Научные труды в этой области принадлежат таким ученым и специалистам как А. Т. Бурков, А.Б. Буянов, А.Б. Виноградов, С.В. Власьевский, А.В. Грищенко, Ю.М. Иньков, И.Г. Киселев, Кучумов В. А., В.В. Ли-товченко, А.С. Мазнев, А.С. Космодамианский, Н.М. Луков, К.С. Перфильев, Н.А. Ротанов, В. Л. Сергеев, М.А. Слепцов, А. А. Тимофеев, С.В. Торба, В.П. Феоктистов, М.М. Хазен и многим другим.

Цель и задачи. Целью данной работы является разработка и исследование АСРТ СПП тягового преобразователя частоты.

Для достижения поставленной в работе цели решены следующие задачи:

- выполнен сравнительный анализ существующих и перспективных технических решений по охлаждению полупроводниковых преобразователей на тяговом подвижном составе;

- разработаны математические модели тепловых процессов в преобразователях частоты с двух- и трехуровневыми автономными инверторами напряжения;

- разработана и исследована АСРТ автономного инвертора напряжения, содержащая в качестве исполнительно-регулирующего устройства вентилятор с приводным асинхронным двигателем;

- синтезирована комбинированная АСРТ, изменяющая частоту коммутации силовых ключей автономного инвертора;

- синтезирована энергосберегающая система управления электроприводом вентилятора, минимизирующая потери мощности при уменьшении частоты вращения вала вентилятора;

- разработана и изготовлена лабораторная установка, содержащая полупроводниковый модуль с активно-индуктивной нагрузкой, системами охлаждения, измерения и сбора информации; проведены экспериментальные исследования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- исследованы динамические свойства системы охлаждения СПП как объекта регулирования температуры и исполнительно-регулирующего устройства, функции которого выполняет вентилятор с приводным асинхронным двигателем;

- разработаны варианты АСРТ СПП, позволяющие плавно изменять регулирующее воздействие и поддерживать регулируемую температуру в заданном диапазоне, в том числе, за счет изменения частоты коммутации силовых ключей;

- синтезирована энергосберегающая система скалярного управления асинхронным двигателем привода вентилятора системы охлаждения СПП.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны математические модели и проведен сравнительный анализ тепловых процессов в двух- и трехуровневых автономных инверторах напряжения, в результате чего определены диапазоны частот коммутации, обеспечивающих их наибольшую эффективность;

- разработана комбинированная АСРТ СПП, позволяющая компенсировать действие основных возмущений;

- синтезирована энергосберегающая система скалярного управления асинхронным двигателем привода вентилятора системы охлаждения СПП;

- разработана и изготовлена лабораторная установка, содержащая полупроводниковый модуль с активно-индуктивной нагрузкой, системой охлаждения, содержащей асинхронный двигатель и центробежный вентилятор, системой измерения и сбора информации.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использованы общепринятые методы теории автоматического управления, теории цепей, теории электромагнитного преобразования энергии. Теоретические исследования проведены с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических и дифференциальных уравнений и систем. Математическое моделирование проведено в среде Ма1;ЬаЬ. Экспериментальные исследования проведены на лабораторной установке.

Положения, выносимые на защиту:

- математические модели тепловых процессов в преобразователях частоты с двух- и трехуровневыми автономными инверторами напряжения и сравнительная характеристика результатов применения инверторов в электроприводе с асинхронным двигателем;

- структура, принцип работы и динамические характеристики АСРТ СПП тяговых преобразователей с плавным изменением регулирующего воздействия, в том числе, за счет изменения частоты коммутации силовых ключей;

- структура энергосберегающей системы скалярного управления асинхронным двигателем привода вентилятора системы охлаждения СПП;

- структура и алгоритм работы лабораторной установки, содержащей полупроводниковый модуль с активно-индуктивной нагрузкой, системой охлаждения, системой измерения и сбора информации.

Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в работе.

Апробация работы. Результаты работы рассматривались на Всероссийском научно-исследовательском семинаре по теории устойчивости и качественной теории динамических процессов, состоявшемся в РГОТУПС в 2005 году; на 65 Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Днепропетровск, 2005 г.), на II международной научно-практической конференции «Современные научные достижения 2006» (Белгород, 2006 г.) Результаты работы обсуждались и получили одобрение на I Международной научно-практической конференции «Локомотивы. Газомоторное топливо (Проблемы. Решения. Перспективы)», Самара, 2016 г.; X Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», Томск, 2016 г.; International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Saint Petersburg, 2017 г., Всероссийской конференции

«Развитие современных транспортных систем», Москва, 2016 г.; IV, V, VI Международных научно- технических конференциях «Локомотивы. XXI век», Санкт-Петербург, 2016, 2017, 2018 г.г.; III всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов», Омск, 2016 г.; X Международной научно-практической конференции «Перспективы развития локомотиво-, вагоностроения», Ростов, 2018 г.; заседании кафедры «Тяговый подвижной состав» РОАТ РУТ (МИИТ), Москва, 2016, 2017, 2018 и 2019 г.г.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований выполнены в рамках НИР, включенных в раздел Плана НИОКР ОАО «РЖД» «Фундаментальные и поисковые научно-исследовательские работы» (шифр 19.10.00) в 2005 г. (результаты работы в виде отчетов о НИР переданы функциональному заказчику - Департаменту локомотивного хозяйства ОАО «РЖД»), результаты исследований также использовались при выполнении НИР код ГРНТИ 73.29.41 «Стабилизация температурных режимов силовых полупроводниковых приборов статических преобразователей автономных транспортных средств» в 2014 на кафедре «Тяговый подвижной состав» РОАТ МГУПС (МИИТ). Результаты работы внедрены и используются в РОАТ РУТ на кафедре «Тяговый подвижной состав» при подготовке студентов по специальности 23.05.03 - «Подвижной состав железных дорог».

Публикации. Основное содержание работы отражено в 20 публикациях, в том числе: пять статей в изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства науки и высшего образования Российской Федерации; два патента на полезную модель №№ 168915 и 177910, два патента на изобретение №№ 2284049, 2695152; одна статья в издании, включенном в международную базу цитирования Scopus: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 177 (2017), одна статья в трудах конференции, включенных в международные базы цитирования Scopus и Web of Science: Pro - ceedings of 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Saint Petersburg. - 2017.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения с основными результатами и выводами, списка использованных

источников из 101 наименования, двух приложений и содержит 134 страницы основного текста, 64 рисунка и 6 таблиц.

1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ТЯГОВОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

1.1 Системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Анализ различных исследований и публикаций [12, 17, 25, 33, 41, 65, 71, 74, 76, 78] показывает, что основные неисправности и повреждения СПП при длительных токовых нагрузках вызваны процессами термомеханического старения припоев, дефектами контактов между охладителями и силовыми полупроводниковыми приборами, повреждениями собственно полупроводниковых структур, вызываемыми значительными изменениями температуры при нерегулируемом охлаждении. С тепловым состоянием СПП и тяговых полупроводниковых преобразовательных установок и характером его изменения напрямую связаны их показатели надежности: интенсивность отказов и циклостойкость [90, 93]. Температура преобразователя оказывает влияние и на режимы работы системы управления электропривода [30, 31]. Таким образом, стабилизация температуры необходима для повышения показателей надежности тяговых полупроводниковых преобразователей и их систем охлаждения, снижения расхода электроэнергии или топлива на охлаждение.

Для охлаждения СПП и отведения от них тепловой мощности, достигающей значений в сотни Ватт и киловатт, применяется система охлаждения, которая состоит из двух основных компонентов - охладителя и охлаждающей среды. В качестве охлаждающей среды используется воздух, вода или другая жидкость. В настоящее время существует множество способов охлаждения СПП, они основываются на прямом (непосредственном) взаимодействии с внешней охлаждающей средой или на применении промежуточного контура с теплоносителем. Применяемые способы охлаждения можно классифицировать по методу действия на активный и пассивный. Для первого способа характерен принудительный теплоотвод с применением вентиляторов, термоэлектроохладителей, омывающих жидкостей и др. Вто-

рой способ отличает естественный путь отвода тепла, описываемый законами конвекции, теплопроводности и излучения. Наиболее общая классификация методов охлаждения приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Классификация методов охлаждения силовых полупроводников

На тяговом подвижном составе и в электроприводах общепромышленного назначения высокой мощности наибольшее применение нашли несколько методов охлаждения из вышеприведенных.

Использование радиаторов с естественным охлаждением - это наиболее надежное, доступное и проверенное решение. Основным недостатком такого подхода являются неудовлетворительные массогабаритные показатели. Сторона, соприкасающаяся с полупроводниковым элементом, должна быть гладкой. В том случае, если неровности и микропустоты остаются неликвидированными, то все они будут заполнены воздухом, который будет способствовать уменьшенному теплообмену.

Очевидно, что интенсивность теплоотвода возрастает с увеличением, объема радиатора. Зависимость теплового сопротивления от объема радиатора, полученная в работе [83], приведена на рисунке 1.2. Кроме этого, при выборе радиатора необходимо руководствоваться теми обстоятельствами, что радиатор должен быть доступен в необходимом исполнении, массогабаритные характеристики радиатора

должны допускать его размещение в специальном отсеке тягового преобразователя. Система принудительного воздушного охлаждения применяется, например, на тепловозе 2ТЭ25А (подача воздуха для тягового преобразователя обеспечивается вентилятором с двигателем мощностью 22 кВт) и электровозе ВЛ85 (применен двигатель вентилятора мощностью 55 кВт) [38, 47].

Рисунок 1.2 - Зависимость теплового сопротивления от объема радиатора

На сегодняшний день основной альтернативой воздушному охлаждению служит жидкостное. Жидкостное охлаждение, несмотря на наличие промежуточного теплоносителя, имеет ряд своих преимуществ перед воздушным. В связи с высоким значением коэффициента теплоотдачи от стенки источника тепловыделений к жидкости жидкостный метод охлаждения позволяет отводить тепло с помощью теплообменника с небольшими массогабаритными показателями, а затем, посредством насоса и трубопровода, передавать это тепло в окружающую атмосферу. Отвод тепла от охлаждающей жидкости в атмосферу осуществляется, в основном, при помощи радиатора, высокая эффективность которого в сочетании с высокой эффективностью теплообменников, обеспечивающих отвод тепла от СПП, компенсируют снижение эффективности системы охлаждения из-за наличия промежуточного теплоносителя.

Таким образом, преимуществами жидкостной системы охлаждения являются ее относительно невысокая энергоемкость, возможность охлаждения герметичных устройств. Ее недостатками являются опасность протечек, наличие двух элементов - насос и вентилятор - в составе системы резко понижает ее надежность и ухудшает

шумовые характеристики. В системе водяного охлаждения полупроводникового преобразователя серии МНЯЛС ТС3300 [54, 70, 77], для соединений между расширительным баком, водяным насосом и трубопроводом применены фланцевые стационарные крепления, которые кроме этого используются на выходе из преобразователя для сопряжения с башней охлаждения. Суммарное количество охлаждающей жидкости достигает 100 л. Подача охлаждающей жидкости составляет порядка 90 л/мин для каждого из модулей. Этим достигается необходимая теплоотдача от самого нагретого силового модуля. Регулирование подачи охлаждающей жидкости в контуре водяного охлаждения отсутствует, но происходит регулирование производительности вентиляторов башен охлаждения в функции температуры охлаждающей жидкости. Наибольшая подача охлаждающего воздуха в башне может достигать 60 м3/мин. Испытания электровозов Яе484 показали, что такого количества охлаждающего воздуха хватает для поддержания температуры охлаждающей жидкости на входе преобразователя в требуемом диапазоне в реальных условиях эксплуатации на наиболее тяжелых участках при температуре окружающего воздуха до +35 °С. Таким образом, использовать вентиляторы в номинальном режиме работы целесообразно только тогда, когда температура окружающего воздуха приближается к диапазону +35...+50 °С.

Испарительное охлаждение посредством тепловых трубок позволяет получить результаты сравнимые по интенсивности теплоотвода с водяным охлаждением. Такой подход приводит к упрощению конструкции и снижению затрат на эксплуатацию преобразователей. Сравнительный анализ удельных габаритных показателей показывает, что для мощных полупроводниковых приборов на токи 500.1000 А требуется объем на один прибор примерно 15 дм3 при обычных охладителях, и 5 дм3 - для тепловых труб.

Термоэлектроохладители, действие которых основано на эффекте Пельтье обладают рядом преимуществ: продолжительность безотказной работы может достигать 200 тысяч часов; произвольное положение в пространстве; небольшие размеры и, как следствие, малая масса; кроме основной функции по охлаждению подобные охладители могут являться также нагревателями и датчиками температуры;

высокая надежность; бесшумность. Их главные недостатки: необходим мощный источник питания; разница температур между холодной и горячей стороной модуля может превышать 60 °С при температуре окружающей среды 25 °С; необходимо охлаждение внешней, горячей стороны модуля.

Независимо от применяемого метода охлаждения, все системы принудительного охлаждения должны удовлетворять основным требованиям: обеспечение максимальной равномерности подвода охлаждающего вещества к поверхности охлаждения СПП, минимизация затрат мощности на циркуляцию охлаждающего вещества, обеспечение технологичности сборки и обслуживания системы охлаждения преобразователя, минимизация затрат, связанных с изготовлением и приобретением комплектующих, обеспечение герметичности жидкостного контура в районе установки силового модуля и другого электрического оборудования преобразователя (для жидкостного охлаждения).

Предельные значения тепловых сопротивлений для наиболее распространенных на подвижном составе систем охлаждения приведены в таблице 1.1 [25, 83].

Таблица 1.1 - Предельные значения тепловых сопротивлений систем охлаждения

Тип Сопротивление,0 С/Вт Объем, см3

Радиатор, естественная конвекция 56103 2410-3

Радиатор, принудительная воздушная 11103 2810-3

Жидкостная система 5103 1510-3

Таким образом, выбор и обоснование конкретной системы охлаждения и типа теплоносителя является комплексной задачей при разработке новых АСРТ. Корректно выбранный метод охлаждения способен поддерживать температуру СПП в пределах максимально допустимого значения.

1.2 Системы воздушного охлаждения на тяговом подвижном составе

В России и СССР долгое время тяговые статические преобразователи локомотивов выполнялись с принудительной воздушной системой охлаждения. За рубежом такой однозначности нет. Так, например, тяговый преобразователь тепловозов Evrorunner типа ER20, производимых Siemens AG, содержит жидкостную систему охлаждения. Такую же систему охлаждения имеют и преобразователи серии TRAXX фирмы Bombardier Transportation.

С другой стороны, тепловозы серии Evolution (США) имеют тяговые преобразователи с принудительной воздушной системой охлаждения.

Анализ работ [41, 43, 46, 54, 55, 93] показывает, что до мощностей 550 кВт с одиночными транзисторами предпочтительнее использование воздушной принудительной системы охлаждения.

При проектировании системы охлаждения для тягового преобразователя тепловоза 2ТЭ25А анализировались разные варианты исполнения [38, 47]:

- система воздушного охлаждения;

- система воздушно-жидкостного охлаждения:

- система воздушно-испарительного охлаждения на тепловых трубках.

Сдерживающим фактором для внедрения системы воздушно-жидкостного

охлаждения послужила низкая эксплуатационная надежность конструкции охладителя. При значительном уровне вибрации при эксплуатации локомотива возможно появление разгерметизации охладителей или соединительных патрубков, что способно повлечь возникновение серьезных аварийных ситуаций, связанных с электробезопасностью обслуживающего персонала.

Применение систем жидкостного охлаждения имеет основания на неавтономных локомотивах, работающих от контактной сети, где используются автономные инверторы напряжения с мощностью одиночного транзистора более 1МВт. При таких мощностях достаточно трудно отвести тепло от полупроводника без

применения жидкости. В последнее время в нашей стране стали появляться электровозы, использующие систему жидкостного охлаждения для тяговых преобразователей (ЭП10, ЭП20).

Перспективным является и вариант с применением системы воздушно-испарительного охлаждения на тепловых трубках, однако в настоящее время ощущается недостаток предложений по конструкции тепловых трубок, которые позволили бы обеспечить выполнение всех требований к системам охлаждения.

В результате на тепловозе 2ТЭ25А была использована система принудительного воздушного охлаждения. Конструкция модуля тягового преобразователя с системой принудительного воздушного охлаждения для тягового преобразователя тепловоза 2ТЭ25А приведена на рисунке 1.3.

Каждый автономный инвертор напряжения состоит из трех аналогичных модулей и тормозного модуля с охладителем облегченной конструкции. Все модули размещены в одном воздушном канале. Для обеспечения равномерного охлаждения всех фазных модулей воздушный канал спроектирован так, что часть холодного воздуха поступает напрямую к нижним модулям. Суммарный расход воздуха на каждый шкаф, в состав которого входят три инвертора и общий выпрямитель, составляет 1,6 м3/с.

1 - охладитель, 2 - транзистор, 3 - датчик фазного тока, 4 - силовой

конденсатор

Рисунок 1.3 - Конструкция фазного модуля с воздушным охлаждением тягового

преобразователя тепловоза 2ТЭ25А

Анализ различных источников [8, 44, 47, 94] показывает, что системы воздушного охлаждения, применяемые на тяговом подвижном составе, можно разделить на четыре группы в зависимости от способа соединения объектов охлаждения по отношению к воздушному потоку:

- индивидуальное охлаждение объектов;

- последовательное охлаждение объектов;

- параллельное охлаждение объектов;

- смешанное (параллельно-последовательное) охлаждение объектов.

На современных магистральных и маневровых локомотивах применяются системы охлаждения различной сложности: от простых - тепловое состояние каждого объекта охлаждения обеспечивается отдельным вентилятором, - до достаточно сложных - один вентилятор обеспечивает семь объектов охлаждения, соединенных последовательно и (или) параллельно друг с другом. В зависимости от системы охлаждения для поддержания одинакового теплового состояния охлаждаемого оборудования необходим разный объем воздуха и расход энергии на привод вентиляторов.

Так, воздух в шкафы выпрямительных установок электровоза ЧС4 подают четыре двухступенчатых мотор-вентилятора с диаметром рабочих колес 425 мм. Мотор-вентиляторы располагаются в вертикальном положении в нижней части шкафов выпрямительной установки. Расход воздуха каждым вентилятором составляет 1,9 м3/с при давлении воздуха 150 мм вод. ст.

На магистральном тепловозе 2ТЭ25А для охлаждения тяговых статических преобразователей применен электродвигатель привода вентилятора мощностью 22 кВт, подключенный напрямую к вспомогательному генератору.

На локомотивах с последовательным охлаждением объектов тяговый полупроводниковый преобразователь включается последовательно с тяговыми двигателями.

Воздух в тяговом полупроводниковом преобразователе нагревается на 6.10 °С по отношению к окружающему воздуху, что приводит к увеличению потерь давления в последовательно расположенном охлаждаемом оборудовании на

2...3,4 % [38], но при этом не уменьшается динамическое давление на выходе из тягового преобразователя, которое при скорости воздушного потока 6...12 м/с достигает 23...90 Па. После предварительного подогрева воздуха в тяговом преобразователе потери давления в тяговом двигателе составляют 40...70 Па, т. е. при последовательном расположении объектов охлаждения и при незначительном предварительном подогреве воздуха происходит существенное увеличение потерь давления в системе по отношению к индивидуальному охлаждению при одинаковых расходах. Таким образом, для обеспечения требуемого теплового состояния охлаждаемого оборудования требуется увеличение расхода воздуха для компенсации его подогрева в предыдущем объекте.

При последовательном расположении объектов охлаждения для обеспечения заданного теплового состояния значительно увеличивается расход воздуха и топлива и/или электроэнергии на преодоление дополнительного аэродинамического сопротивления. Например, если последовательно охлаждать тяговый двигатель НБ418 с тяговым полупроводниковым преобразователем, в котором воздух нагревается на 10 °С, то расход воздуха через тяговый двигатель должен составлять 117 м3/мин вместо 105 м3/мин, при этом потери давления в сети тягового двигателя возрастают на 24 % [38]. В противном случае для обеспечения нормального теплового режима двигателя необходимо соответствующим образом снизить его нагрузку по току.

При параллельном расположении объектов охлаждения с разными потерями давления при заданных расходах охлаждающего воздуха расход энергии на преодоление аэродинамических сопротивлений больше. Это связано с дополнительной потерей давления на разделение воздушного потока и увеличением потерь давления до максимального (действующего во всей группе параллельно охлаждаемых объектов) в объектах с меньшей потерей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Стрекалов Николай Николаевич, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Ануфриев, И.Е. MatLab 7 / И.Е. Ануфриев, А.Б. Смирнов, Е.Н. Смирнова -СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

2 Браславский, И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов / И.Я. Браславский // Электротехника - 1998г. - № 8 - С. 2 - 6

3 Браславский, И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И.Я. Браславский, З.Н. Ишматов, В.Н. Поляков. - М.: Академия, 2004. - 256 с.

4 Веников, В. А. Переходные процессы в электрических системах / В. А. Веников - М. - Л.: Энергия, 1964. - 380 с.

5 Веников, В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): учебное пособие для вузов / В. А. Веников - М.: Высш. Школа, 1976. - 479 с.

6 Внешнее устройство аналогово-цифрового преобразования для IBM PC/AT - совместимых компьютеров ЛА-2иБВ на шину USB. Руководство пользователя. Режим доступа: https://rudshel.nt-t.ru/images/manuals/LA-2USB-12_14_Y.pdf

7 Воробьев, В.И. Регулирование температуры силовых полупроводниковых приборов преобразователя / В.И. Воробьев, Н.Н. Стрекалов, А. А. Пугачев [и др.]// Вестник Брянского государственного технического университета. - 2017. - № 1 (54). - С. 200 - 206.

8 Грищенко, А.В. Повышение эффективности охлаждения силовых полупроводниковых приборов / А.В. Грищенко [и др.] // Электротехника. - 2016. - № 5. - С. 32 - 36.

9 Датчик теплового потока / В.Г. Новиков, В.И. Воробьев, А. А. Пугачев, Н.Н. Стрекалов // Патент на полезную модель № 168915, заявка № 2016136743, приоритет полезной модели 13 сентября 2016 г.

10 Датчик тока LT 200-T/SP48. Технический паспорт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.lem.com

11 Жуликов, В.Н. Критерии сравнительной оценки преобразователей электрической энергии подвижного состава / В.Н. Жуликов, Ю.М. Иньков, А.В. Орехов //Электровозостроение Сб. науч. тр. ОАО «Всерос. н.-и. и проектно-конструкт. инт электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»). - 1997. - т. 37. - С. 84 - 88

12 Зазыбина, Е.Б. Методики и средства диагностирования полупроводниковых преобразователей тяговых подстанций и электроподвижного состава: автореф. дисс... канд. техн. наук : 05.22.07 / Зазыбина Елена Борисовна. - Санкт-Петербург, 2009. - 16 с.

13 Иньков, Ю.М. Оптимизация энергетических характеристик электропривода вспомогательных механизмов тягового подвижного состава / Ю.М. Иньков, А.А. Пугачев [и др.] // Электроника и электрооборудование транспорта. -2016. № 6- С.43-47.

14 Иньков, Ю.М. Потери мощности в асинхронных тяговых двигателях перспективного электроподвижного состава / Ю.М. Иньков, Т.Н. Фадейкин, Я.А. Бредихина // Электротехника. - 2014. - № 8. - С. 44 - 47.

15 Иньков, Ю.М. Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава / Ю.М. Иньков [и др.]: под ред. Ю.М. Инькова - М.: Транспорт, 1982. - 263 с.

16 Кириллов, В.С. Электровоз двойного питания ЭП10: Особенности конструкции и электрических схем. Система охлаждения / В. С. Кириллов, С. С. Ма-тейкин, Ю А. Орлов, И. Н. Сысоева [и др.] //Локомотив, №2. - 2000. - С. 25 - 27.

17 Киселев, И.Г. Расчеты нагрева и охлаждения полупроводниковых преобразовательных установок железнодорожного транспорта / И.Г. Киселев, А.Б. Буянов. - С.Пб.; ПГУПС-ЛИИЖТ, 2001. - 80 с.

18 Ключев, В.И. Теория электропривода: учебник для вузов / В.И. Ключев -М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

19 Козярук, А.Е.Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом / А.Е. Козярук, Б.Ю. Васильев, А.П. Емельянов // патент Яи №2498496, опубл. 10.11.2013

20 Колпахчьян, П.Г. Методология комплексного моделирования и способы управления асинхронным тяговым приводом магистральных электровозов: авто-реф. дисс.... докт. техн. наук : 05.09.03 / Колпахчьян Павел Григорьевич. - Новочеркасск, 2006. - 36 с.

21 Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П. Копылов - М.: Высш.шк., 2001 - 327 с.

22 Космодамианский, А.С. Автоматика и автоматические системы транспортных машин / А.С. Космодамианский [и др.]. - Орел: ОрелГТУ, 2008. - 104 с.

23 Космодамианский, А. С. Автоматическая система регулирования температуры тяговой полупроводниковой преобразовательной установки тягового транспортного средства / А.С. Космодамианский, О.Н. Ромашкова, Н.Н. Стрекалов, Н.М. Луков, И.А. Алейников // Патент №2284049, дата подачи заявки 05.10.2004, дата публикации патента 20.09.2006

24 Космодамианский, А. С. Анализ и систематизация систем электропривода тягового подвижного состава / А.С. Космодамианский [и др.] // Мир транспорта и технологических машин, 2013. - № 2(41) - С. 46 - 53

25 Космодамианский, А.С. Методы охлаждения силовых полупроводников тяговых преобразователей / А.С. Космодамианский, Н.Н. Стрекалов, А.А. Пугачев [и др.] // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: материалы третьей всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Омск: ОмГУПС, 2016. - С. 214 - 219.

26 Космодамианский, А.С. Определение сопротивления и температуры обмотки статора асинхронного двигателя по постоянной составляющей тока/ А.С. Космодамианский [и др.], // Наука и техника транспорта. - 2016. - №2 3. - С. 31 - 38

27 Космодамианский, А.С. Определение температуры обмоток тягового асинхронного двигателя введением дополнительных составляющих напряжения / Космодамианский А.С., Воробьев В.И., Пугачев А.А. // Электроника и электрооборудование транспорта - 2016. - № 2 - С. 33 - 38.

28 Космодамианский, А.С. Определение температуры обмоток тягового асинхронного двигателя введением дополнительных составляющих напряжения /

A. С. Космодамианский [и др.] // Электроника и электрооборудование транспорта, № 2 - 2016. - С. 33 - 38.

29 Космодамианский, А.С. Определение установившейся температуры полупроводников автономного инвертора напряжения / А.С. Космодамианский, Н.Н. Стрекалов, А.А. Пугачев [и др.]// Электроника и электрооборудование транспорта - 2016. - № 6 - С. 8 - 12.

30 Космодамианский, А. С. Применение тяговых электроприводов с двух- и трехуровневыми автономными инверторами напряжения / А. С. Космодамианский,

B.И. Воробьев, А.А. Пугачев // Наука и техника транспорта, 2013. - №1. - С.74 - 83.

31 Космодамианский, А.С. Прямое управление моментом асинхронных двигателей при их питании от одного преобразователя частоты / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев // Электротехника. - 2015. - № 9. - С. 29 - 35.

32 Космодамианский, А.С. Система управления тягового электропривода с контролем температуры теплонагруженных элементов / Космодамианский А. С., Клячко Л.М., Воробьев В.И., Пугачев А.А. // Электротехника. - 2014. - № 8. - С. 38 - 43.

33 Космодамианский, А.С. Системы скалярного управления тяговым асинхронным двигателем / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев [и др.] // Электротехника. - 2016. - № 9. - С. 44 - 50.

34 Космодамианский, А.С. Сравнительная оценка различных способов скалярного управления тяговым асинхронным двигателем с учетом температуры обмоток / А.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев [и др.] // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2011. - № 6 - С. 129 -135.

35 Космодамианский, А.С. Сравнительная оценка электроприводов вспомогательных агрегатов подвижного состава / А.С. Космодамианский [и др.] // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2011. - № 1 - С. 31 - 34.

36 Космодамианский, А.С. Уменьшение колебаний температуры силовых полупроводниковых приборов тягового преобразователя / А.С. Космодамианский, Н.Н. Стрекалов, А.А. Пугачев [и др.] // Наука и техника транспорта. - 2017. - № 1. - С. 8 - 13.

37 Космодамианский, А.С. Экспериментальная установка для исследования и регулирования процессов нагрева и охлаждения асинхронного двигателя /

A.С. Космодамианский, В.И. Воробьев, А.А. Пугачев // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. - Новочеркасск, 2011. - № 2 (62). - С. 65 - 76.

38 Космодамианский, А.С. Электроприводы вспомогательных механизмов подвижного состава / А.С. Космодамианский [и др.] // Технические, экономические и экологические проблемы транспорта: материалы международной научной конференции, Брянск: БФ РГОТУПС, 2008. Т. 2. - С. 24 - 32.

39 Космодамианский, А.С. Энергосберегающая система управления электропривода с асинхронным двигателем А. С. Космодамианский, Н. Н. Стрекалов,

B.И. Воробьев, А.А. Пугачев // Наука и техника транспорта. - 2019. - № 1. - С. 52 -57.

40 Кривицкий, С.О. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами / С. О. Кривицкий, И. И. Эпштейн - М.: Энергия, 1970. - 152 с.

41 Куликов, Ю.А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов. -М.: Машиностроение, 1988. - 280 с.

42 Кучумов, В. А. Гармонический анализ токов в инверторах напряжения на ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями. Электрическая тяга на рубеже веков. Под ред. А.Л.Лисицына . М.: Интекст. 2000. - С . 195-203.

43 Лесли, С. Д. Сравнение некоторых концепций систем охлаждения мощных силовых полупроводниковых модулей / С. Д. Лесли // Силовая электроника. 2011. -№ 4. - С. 86 - 88.

44 Луков, Н.М. Автоматические системы управления локомотивов / Н.М. Луков, А.С. Космодамианский. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 429 с.

45 Лычагин, А.Г. Особенности управления автономным инвертором напряжения на ЮВТ-транзисторах для тягового асинхронного привода: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. : 05.09.03/Лычагин Антон Геннадьевич. - Санкт-Петербург, 2004. - 24 с.

46 Люттин, Т. Унифицированные многосистемные преобразователи нового поколения для электровозов с асинхронными тяговыми двигателями / Т. Люттин, С.В. Покровский // ЖДМ, 2005. №8, с.31-38.

47 Магистральный тепловоз 2ТЭ25А «Витязь»: локомотив нового поколения / Журнал для партнеров. Трансмашхолдинг, 2009, № 12, с. 16 - 17.

48 Маковский, В.А. О корректности аппроксимации динамических свойств объектов регулирования передаточной функцией инерционного звена первого порядка с запаздыванием / В. А. Маковский, А.И. Лаврентик // Известия вузов. Энергетика. - 1973. - №10. - С. 87 - 92.

49 Мустафин, М.А. Энергосберегающие системы электропривода центробежных насосных агрегатов: автореф. дисс.. д-ра. техн. наук: 05.09.03/ Мустафин Марат Аскарович. - Алматы: КНТУ, 2007. - 43 с.

50 Никольский, Д.В. Испарительно-воздушное охлаждение инвертора асинхронного тягового привода вагона метрополитена: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Никольский Дмитрий Валентинович. - Санкт-Петербург, 2004. -17 с.

51 Орленко, А.И. Энергосбережение в цепях вспомогательных машин электровозов переменного тока на основе ступенчатого управления производительностью вентиляторов: дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Орленко Алексей Иванович.- Иркутск. 2004. - 196 с.

52 Паршин, А.Н. Регулируемый электропривод на базе тиристорного преобразователя с непосредственной связью для систем собственных нужд электровозов

переменного тока: дисс.... канд. техн. наук: 05.09.03 / Паршин Андрей Николаевич. - М. 2006. - 179 с.

53 Перфильев, К.С. Обоснование выбора параметров тягового преобразователя перспективных тепловозов с электрической передачей переменного тока: ав-тореф. дисс.. канд. техн. наук: 05.22.07/ Перфильев Константин Степанович. -Санкт-Петербург, 2005. - 24 с.

54 Преобразователь с охлаждением с применением тепловых труб. Borolnetzumrichtermit Heatpipe-Kuhlung Elek. Pahnen. 1999. 97, N 10, c.350. Нем.

55 Преобразовтели на IGBT-транзисторах для тягового электрооборудования. IGBT- Stromrichter fur Hochleistungsanwendungen. Luttin Thomas. Elek. Bahnern 200. 98, N 8, 5 ил, 2 табл. С. 296-297.

56 Пугачев, А. А. Система управления тяговым асинхронным двигателем с минимизацией мощности потерь / А. А. Пугачев, В. И. Воробьев, А. С. Космода-мианский // Вестник Брянского государственного технического университета. -2015. - № 2 (46). - С. 55-61.

57 Пугачев, А.А. Автоматическая система регулирования температуры тяговой полупроводниковой преобразовательной установки тягового транспортного средства / А.А. Пугачев, В.И. Воробьев, А.С. Космодамианский, Н.Н. Стрекалов // Патент на полезную модель № 177910, патентообладатель ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет», заявка № 2017119959, дата регистрации 06 июня 2017 г.

58 Пугачев, А.А. Автоматическая система регулирования температуры тяговой полупроводниковой преобразовательной установки тягового транспортного средства / А. А. Пугачев, В.И. Воробьев, А.С. Космодамианский, Н.Н. Стрекалов // Решение о выдаче патента на изобретение, заявка № 2017112883/11(022556), дата подачи заявки 13.04.2017

59 Пугачев, А. А. Минимизация мощности потерь в электроприводе со скалярной системой управления асинхронным двигателем / А. А. Пугачев // Вестник Череповецкого государственного университета. - 2015. - № 3 (64). - С. 32 - 37.

60 Пугачев, А.А. Регулируемый электропривод вспомогательных агрегатов подвижного состава с асинхронным двигателем, имеющим поворотный статор: дисс. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Пугачев Александр Анатольевич. - Москва. 2009. - 153 с.

61 Савоськин, А.Н. Автоматизация электроподвижного состава / А.Н. Са-воськин // М.: Транспорт, 1990. - 311 с.

62 Савоськин, А.Н. Автоматизированные системы управления электроподвижным составом: учебник: в 3 ч. Ч. 1: Теория автоматического управления / под ред. Л.А. Баранова, А.Н. Савоськина - изд-во УМЦ ЖДТ (Маршрут), 2014. - 400 с.

63 Сагитов, П. Математическое моделирование системы воздушного охлаждения силового шкафа управления с частотным преобразователем / П. Сагитов [и др.]// Силовая электроника. - 2012. - № 5 - С. 76 - 78.

64 Самотканов, А.В. Электропривод вентилятора охлаждения локомотивных автоматических систем регулирования температуры: дисс. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Самотканов Александр Васильевич. - Москва. 2015. - 156 с.

65 Смирнов, В.П. Непрерывный контроль температуры предельно нагруженного оборудования электровоза: дисс.. д-ра. техн. наук: 05.22.07 / Смирнов Валентин Петрович. - Иркутск, 2005. - 355 с.

66 Стрекалов, Н.Н. Автоматическое регулирование температуры полупроводниковых приборов тягового преобразователя частоты / Н.Н. Стрекалов, А.А. Пугачев // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. Научно-технический журнал. - 2018 - № 4 (45) - С. 94 - 97.

67 Стрекалов, Н.Н. Математическая модель для исследования теплового состояния силовых ключей тягового автономного инвертора напряжения / Н.Н. Стрекалов, А.А. Пугачев // материалы I Международной научно-практической конференции «Локомотивы. Газомоторное топливо (Проблемы. Решения. Перспективы)». - Самара: СамГУПС, 2016. - С. 104 - 107.

68 Стрекалов, Н.Н. Сравнительная оценка мощности потерь в автономных инверторах напряжения / Н.Н. Стрекалов // Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта; межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУПС, 2016. - С. 96 - 101.

69 Стрекалов, Н.Н. Стабилизация температурного режима силовых полупроводниковых приборов / Н.Н. Стрекалов // Локомотивы ХХ1 век: материалы IV Международной научно-технической конференции. - СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2016. - С. 65 - 69.

70 Тайгелькёттер, Й. Тяговый преобразователь фирмы Siemens на транзисторах IGBT / Й. Тайгелькёттер (J. Teigelkötter), Д. Шпренгер (D. Sprenger) // Железные дороги мира 1999. №12

71 Тимофеев, А. А. Охлаждающие устройства полупроводниковых преобразователей на основе модулей IGBT для вспомогательного электропривода электровозов: дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Тимофеев Алексей Алексеевич. - Санкт-Петербург, 2005. - 20 с.

72 Тихомиров, В.П. Уменьшение теплового сопротивления между корпусом силового полупроводникового прибора и его радиатором / В.П. Тихомиров, М.И. Измеров, В.И. Воробьев, Н.Н. Стрекалов, А. А. Пугачев // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2017. - № 2 (55). - С. 104 - 112.

73 Федяева, Г. А. Влияние характеристик асинхронного двигателя на ударные динамические нагрузки в тяговом приводе / Г. А. Федяева, В.П. Феоктистов // Соискатель. Приложение к журналу «Мир транспорта».- 2005. - № 2.- С. 118 - 125

74 Флоренцев, С.Н. Состояние и тенденции развития силовых IGBT-модулей // Электротехника. 2000. №4. - С. 2-8.

75 Черных, И.В. Simulink: среда создания инженерных приложений / под общ. ред. В.Г. Потемкина - М.: Диалог - МИФИ, 2003. - 496 с.

76 Чернышев, А.А. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники / А.А. Чернышев [и др.] - М.: Энергия, 1980. - 216 с.

77 Шишов, В.И. Система жидкостного охлаждения тягового преобразователя мощностью 2400 кВт / В.И. Шишов [и др.] // Электротехника. - 2014. - № 7. -С. 44 - 50.

78 Шульц, М. Тепловой интерфейс - ключевой фактор в продлении срока службы силовой электроники / М. Шульц // Силовая электроника. - 2012. - № 4 -

C. 18 - 20.

79 2SD315AI Dual Scale Driver Core for IGBTs and Power MOSFETs. Technical information. Режим доступа: https://www.mouser.com/datasheet/2/328/2SD315AI-612695.pdf

80 Avenas, Y. Temperature Measurement of Power Semiconductor Devices by Thermo-Sensitive Electrical Parameters - A Review / Y. Avenas, L. Dupont, Z. Khatir // IEEE Transactions on Power Elec- tronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2012, 27 (6), pp 3081-3092.

81 Bahman, A. A Lumped Thermal Model Including Thermal Coupling and Thermal Boundary Conditions for High Power IGBT Modules / A. Bahman, F. Blaabjerg // IEEE Transactions on Power Electronics ( Volume: 33 , Issue: 3 , March 2018 )

82 Blasko, V. On Line Thermal model and Thermal Management Strategy of a Three Phase Voltage Source Inverter / V. Blasko [et al.] // Industry Applications Conference. - 1999. - P. 1423 - 1431.

83 Blinov, A. Cooling Methods for High Voltage IGBTs [Текст] / A. Blinov,

D. Vinnikov// 6th International Symposium Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering, 2009. - p. 134 - 139.

84 Chen, M. Dependence of IGBT Junction-Case Steady State Thermal Resistance on Heating Current / M. Chen, Y. Tang, B. Wang // 2010 3rd International Conference on Computer and Electrical Engineering (ICCEE 2010)

85 F3L300R07PE4. Technical information. Режим доступа: http://www.in-fineon.com

86 FF300R06KE3. Technical information. Режим доступа: http://www.in-fineon.com

87 FF300R12ME4. Technical information. Режим доступа: http://www.in-fineon.com

88 Halick, M. Comparison of IGBT Junction Temperature Measurement and Estimation Methods-A Review / M. Halick [et al.] // 2017 Asian Conference on Energy, Power and Transportation Electrification (ACEPT)

89 Huang X., Xizhimen W., Zhang L., Sun H., You X. Study of heat dissipation for HXD2 locomotive's auxiliary converter // 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 12-16 Sept. 2010, p. 1666 - 1671

90 Junke W., Luowei Z., Pengju S., Xiong D. Control of IGBT junction temperature in small-scale wind power converter // 2014 International Power Electronics and Application Conference and Exposition, 2014. - pp. 41 - 48.

91 Lim, S. Loss-minimising control scheme for induction motors / S. Lim, K. Nam // IEE Proc.-Electr. Power Appl. - 2004 - Vol. 151. № 4. - P. 386 - 397.

92 Mini type thermometer-anemometer AZ8908. Instruction Manual. Режим доступа: https://www.az-instrument.com.tw/en/product-616318/Pocket-Temp-Anemome-ter-8908-AZ.html

93 Murdock, D.A. Active thermal control of power electronics module / Murdock D.A., Ramos Torres J.E., Connors J.J., Lorenz R.D. // IEEE Transactions on Industry Applications, VOL. 42, NO. 2, MARCH/APRIL 2006. - pp. 552 - 558.

94 O'Keefe, M. P. Thermal design and cooling of IGBTs in a traction drive // Power Electronics in Traction (Digest No. 1997/324), IEE Half-Day Colloquium on, 24 Nov 1997, p. 2001 - 211.

95 Pugachev, A. Comparative assessment of thermal processes in frequency converters / A. Pugachev, A. Kosmodamianskiy, N. Strekalov // Proceedings of 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICI-EAM), Saint Petersburg. - 2017.

96 Pugachev, A.A. Temperature control of power semiconductor devices in traction applications / A.A. Pugachev, N.N. Strekalov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 177 (2017)

97 Staudt, I. 3L NPC & TNPC Topology / I. Staudt // Semikron. Application note AN11001, 2012. - P. 12.

98 Van Wyk, J.D. Power electronics technology at the dawn of the new millenium-status and future/ J.D. Van Wyk, F.C. Lee // International Conference on Power Electronics Specialists Conference, 1999.

99 Xi, C. Losses and Thermal Calculation of IGBT and FWD in PWM Inverter for Electric Engineering Maintenance Rolling Stock / C. Xi, H. Shenghua, L. Bingzhang, X. Yangxiao // 2016 19th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)

100 Aissa, K. Vector control using series iron loss model of induction motors and power loss minimization / K. Aissa, K.D. Eddine // World academy of science, engineering, and technology, 52, 2009. - P. 142 - 148

101 Christen, D. Energy efficient heat sink design: Natural vs. forced convection cooling / D. Christen ; M. Stojadinovic ; J. Biela // 2016 IEEE 17th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL)

Приложение А

Коэффициенты передаточных функций электропривода вентилятора

охлаждения

Номинальное напряжение питания И = 220 В, Номинальная частота напряжения / = 50 Гц, Таблица А1 - Коэффициенты передаточных функций электропривода

вентилятора охлаждения

И = 0,192П ном, /3 0, 4/з ном, Из 0,3Из ном, /3 0,5/3 ном, И = 0,432П ном, 0, 6/ ном, Пз = 0,768П ном, /3 0,8/з ном,

аз 1,2650е-004 1,2651е-004 1,2638е-004 1,2584е-004

С12 0,0159 0,0159 0,0160 0,0161

а1 0,0022 0,0067 0,0130 0,0350

ао 0,1469 0,3532 0,6931 1,9047

ь4 9,3583е-008 9,3583е-008 9,3583е-008 9,3583е-008

Ьз 2,4030е-005 2,4030е-005 2,4030е-005 2,4030е-005

Ь2 0,0018 0,0019 0,0022 0,0027

Ь1 0,0265 0,0440 0,0665 0,1265

Ьо 0,6194 1,1041 1,7313 3,4212

С2 0,0016 0,0014 0,0012 2,9065е-004

С1 1,4346 2,3681 3,5562 6,6554

со 66,1418 116,7094 181,0127 348,6454

dз -1,7609е-004 -1,7570е-004 -1,7517е-004 -1,7354е-004

d2 -0,0231 -0,0231 -0,0230 -0,0228

dl -0,4896 -0,7919 -1,1784 -2,1945

dо -21,2571 -37,6394 -58,5778 -113,6037

Приложение Б

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

СМ

О о>

О

00 см см

СИ ри(11)

(131

2 284 049 С2

(51) МПК

в050 23/19 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

<12> ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21). (22) Заявка: 2004128996/28, 05.10.2004

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 05.10.2004

(43) Дата публикации заявки: 10.03.2006

(45) Опубликовано: 20.09.2006 Бюл № 26

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: БЧ 61330« А1, 30.06.1978. Би 085770 А1, 30.12.1982. ви 1141384 А2. 23.12.1982. ЛУКОВ Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателем. - М.: Машиностроение. 1995, с.209-212. Космодамианскии АС. Автоматические системы регулирования - М.: РГОТУПС. 2004, С.40.

Адрес для переписки:

125993, Москва, ул. Часовая, 22/2, РГОТУПС, Проректору РГОТУПС по научной работе проф. В.М. Алексееву

(72) Автор(ы):

Луков Николай Михайлович (В11), Ромашкова Оксана Николаевна (1*11). Космодамианский Андрей Сергеевич ((Ш), Алейников Игорь Аркадьевич (1Ш|. Стрекало» Николай Николаевич (ЯЦ)

(73) Патеитообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный открытый технический университет путей сообцеиия Министерства вутей сообщения Российской Федерации (РГОТУПС) (Ш1)

(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЯГОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике приборостроения и может найти применение в системах автоматического регулирования температуры тяговой полупроводниковой преобразовательной установки. Технический результат - повышение точности регулирования. Для достижения данного результата дополнительно введены: устройство выбора

Л

с

м м оо

О ■Р»

СО

О го

максимального значения выходного датчиков температуры

полупроводниковых приборов:

сигнала силовых устройство

коррекции коэффициента передачи регулятора температуры, содержащее математическую модель системы охлаждения тяговой полупроводниковой преобразовательной установки: первое, второе и третье сравнивающие устройства: первое, второе и третье задающие устройства. 4 ил.

Э

а: