Методы расчета и способы охлаждения силовых полупроводниковых установок подвижного состава железных дорог и тяговых подстанций

• Автор: Буянов, Александр Борисович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 412 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ. г

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОХЛАЖДЕНИЯ СПУ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Области применения силовых полупроводниковых

преобразовательных установок СП на отечественном железнодорожном транспорте и методы их охлаждения . .2. Применение СПУ на зарубежном железнодорожном транспорте, методы их охлаждения и тенденции развития.

1.2.1. Одноконтурные воздушные методы охлаждения СПУ 2 з

1.2.2. Двухконтурные методы охлаждения СПУ с однофазным промежуточным теплоносителем. 3
1.2.3. Двухконтурные методы охлаждения СПУ с двухфазным промежуточным теплоносителем. г

1.2.4. Тенденции развития методов охлаждения СПУ. и

.3. Проблемы охлаждения и причины кризиса в использовании

одноконтурного воздушного охлаждения СПУ на железнодорожном транспорте

1.4. Классификация систем охлаждения СПУ электрической тяги
и подвижного состава. ч э
1.5. Состояние вопроса и постановка задачи исследований гг.
2. УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ОХЛАДИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СПП .Из
2.1. Исследование контактного теплового сопротивления СПЛохладитель6
2.2. Разработка метода теплового расчета охладителей для воздушного охлаждения СПП.
2.3. Расчет аэродинамического сопротивления охладителей
2.4. Методика расчета переходного теплового сопротивления охладителей для воздушного охлаждения СПП. яг
2.5. Приближенная методика расчета переходного теплового сопротивления СПП. Зч
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ОХЛАДИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СПП.
3.1. Охладители с прямоугольными турбулизирующими перегородками. з е
3.2. Охладители типа ОМЮЗ и ОМЮ4. сг
3.3. Способ интенсификации теплообмена в охладителях для жидкостного охлаждения
3.4. Разработка и исследование технологичных алюминиевых охладителей СПП. т
3.5. Охладители для жидкостного охлаждения с диэлектрическими свойствами
3.5.1. Охладители с диэлектрическими покрытиямил
3.5.2. Испарительножидкостные охладители н
3.6. Результаты ускоренных и длительных коррозионных испытаний выпрямительного модуля ч
3.7. Разработка метода расчета тепловых и гидравлической характеристик охладителей для жидкостного охлаждения СПП .
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПАРИТЕЛЬНОВОЗДУШНЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ СПП И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИХ РАСЧЕТА . т
4.1. Совершенствование конструкций и исследование характеристик охладителей типа двухфазный термосифон.
4.2. Исследование внутренних процессов тепломассообмена в ДТС.
4.3. Пути совершенствования охладителей гг
4.4. Выбор материала корпуса и промежуточного теплоносителя . гг
4.5. Оптимизация заполнения двухфазных термосифонов промежуточным теплоносителем гг г
4.5.1. ДТС для принудительной конвекции охлаждающего воздуха гъг
4.5.2. ДТС для естественной конвекции охлаждающего воздуха . гч
4.6. Оптимизация конструкционного зазора между стенками конденсатора. гп
4.7. Конструкция технологичного алюминиевого ДТС и его типичные тепловые характеристики. г
4.8. Обобщение экспериментальных тепловых характеристик модернизированного алюминиевого охладителя ДТСАЭ2 г
4.8.1. Описание конструкции охладителя ДТСАЭ2.
4.8.2. Испытания охладителя в установившемся тепловом режиме при различных температурах охлаждающего воздуха и его скоростях г л
4.8.3. Определение переходных тепловых сопротивления контактная поверхность охладителя охлаждающий воздух
4.8.4. Обобщение экспериментальных данных по тепловым характеристикам охладителей ДТСАЭ2 гл
4.9. Метод теплового расчета ДТС и методика расчета его аэродинамического сопротивления гт
4 Методика расчета переходных тепловых сопротивлений теплового импеданса ДТС2 з г
4 Тепловые трубы для охлаждения СППге г
. Плоская алюминиевая ТТ и результаты ее испытаний . г
. Технологические основы ТТ. Зо
4 Методики теплового и аэродинамического расчета ТТ зсц
5. МЕТОДЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ БЛОКОВ СПУ И ИССЛЕДОВАНИЕ
ИХ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК. г ч
5.1. Тиристорные силовые полупроводниковые блоки СПУ электропоезда. ъ
5.2. Выпрямительные агрегаты тяговых подстанций метрополитена
5.3. Выпрямительный агрегат для тяговых подстанций электрифицированных железных дорог. ъгг
5.4. СПУ для тяговых вагонов метрополитенов ъ
5.4.1. Полупроводниковый блок для реверсивного преобразователя электропривода вагона метрополитена на
основе алюминиевого ДТС.
5.4.2. Тепловые режимы силового электрооборудования опытного трехвагонного поезда с асинхронным приводом з з
5.5. Полупроводниковый блок для тиристорного преобразователя скоростного транспорта на магнитном подвесе. зч.з
5.6. Нагрузочные характеристики силовых полупроводниковых блоков СПУ электровоза различной компоновки. з гг
5.6.1. Экспериментальные нагрузочные характеристики блоков . з.гг
5.6.2. Обобщение нагрузочных характеристик силовых полупроводниковых блоков СПУ згз
6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СПУ зо
6.1. Области применения систем охлаждения СПУ электрической
тяги и подвижного состава
6.2. Сопоставление техникоэкономических показателей ДТС и лучших серийных цельнометаллических охладителей
6.3. Техникоэкономические показатели силовых полупроводниковых блоков с воздушной и испарительновоздушной системами охлаждения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Для американских железных дорог АМТИАК фирма АБЕА поставила электровозы серии АЕМ 7 с выпрямителями мощностью кВт, имеющими блочную компоновку и двухстороннее принудительное масляное охлаждение СПП таблеточной конструкции . ВУ с полупроводниковым преобразователем тока возбуждения выполнены в виде единого агрегата, который вместе с масляным холодильником и вентилятором имеет объем равный 7 м3 и массу кг. Фирма Сибаура электрик, изготавливающая ВУ для тяговых подстанций электрифицированных железных дорог окончательно отказалась от одноконтурного воздушного охлаждения и перешла к двухконтурному принудительному и естественному масляному охлаждению выпрямителей путем их погружения в масло. Элементной базой этих ВУ являются сверхмощные таблеточные СПП фирмы Тосиба . На локомотивах серии 0 Государственных железных дорог ФРГ установлены СПУ с двухконтурным принудительным масляным охлаждением СПП на основе масляноохлаждаемых шин . Однако, недостатком такого метода охлаждения является то, что резисторы, конденсаторы, дроссели СПУ охлаждаются посредством одноконтурного воздушного метода охлаждения, а следовательно проблемы осаждения пыли, возникновения пробоев и корро
зии деталей не решаются. Более рациональным техническим решением является погружение всех элементов СПУ в бак с принудительной прокачкой масла и охлаждением масла воздухом во втором контуре. Такой метод охлаждения преобразователя использован на локомотивах с электрической передачей, обслуживающих промышленные предприятия ФРГ, мощность СПУ равна 0 кВт ном 5 В . Обеспечивая полную защиту от загрязнений, стоящую весьма остро для промышленного транспорта, данный метод охлаждения СПУ при этом увеличивает массу и габаритные размеры установки в целом. Iном 0 А для электропоездов с двухконтурным испарительновоздушным погружным охлаждением эксплуатируются с года . Общее число сверхмощных СПИ таблеточной конструкции в одном выпрямителе составляло шт. Эти приборы, сжатые с медными дисками в блоки, установлены в герметичном баке и погружены во фреон 3. Сверху бака установлен оребренный конденсатор. СПУ со своим вентилятором монтировались на подвесной панели, а охлаждающий воздух для обдува конденсатора засасывался через отверстия с кузове поезда. Аналогично выпрямителю выполнен тиристорный прерыватель , его наружный корпус бак выполнен из алюминиевого сплава. Выпрямители с такими же методами охлаждения получили широкое распространение на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог Японии с г. СПИ таблеточной конструкции на предельный ток равный А. В одном шкафу ВУ установлены три бака со своими конденсаторами, в каждом из которых смонтированы СПП. На стенках шкафа имеются жалюзи для беспрепятственного движения воздуха. Фирма СЕМАЛИ с года эксплуатирует вагоны метро г. Лион с полупроводниковыми прерывателями фирмы Альстом Атлантику имеющими двухконтурное погружное испарительновоздушное охлаждение . Опыт эксплуатации вагонов показал, что за счет перехода от ранее применившегося одноконтурного воздушного принудительного охлаждения к испарительновоздушному достигается снижение массы СПУ на , а объема на . Японская фирма Хансин дэнки тэцубо изготавливает СПУ типа Я5А и Я5А с двухконтурным погружным испарительновоздушным охлаждением для электровозов железной дороги Синкансэн, а также для вагонов . Фирма Альстом Атлантик уже более лет занимается разработкой двухконтурного испарительновоздушного погружного метода охлаждения СПУ подвижного состава железных дорог Франции . Она изготовила СПУ, находящиеся в эксплуатации с года и действующие в настоящее время на мотрисах 2 и 2 , мотрисах метрополитенов г. Лиона и г. Парижа, на электровозе 3 с асинхронной электропередачей мощностью кВт с применением СПП таблеточной конструкции с диаметром кремния равным мм. Сравнительные опыты показали, что при равной температуре перехода СПП типа А5У охлаждение его погружением в бак с фреоном 3 обеспечивает в 2 раза больший теплоотвод, чем при одноконтурном принудительном воздушном охлаждении на основе металлических радиаторов.