Разработка автоматической системы регулирования температуры преобразователя электровоза двойного питания
Разработка автоматической системы регулирования температуры преобразователя электровоза двойного питания
Дипломная работа
Скачать
Цитата:
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 5
1.1. Способы охлаждения полупроводниковых приборов 5
1.2. Воздушное, естественное и принудительное охлаждение, испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем 7
1.2.1. Системы охлаждения лазерных диодов 12
1.2.2. Системы охлаждения силовых модулей 13
1.2.3. Испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем 14
1.2.4.Основные методы охлаждения 16
1.3 Основные понятия о законах вентиляции 18
1.4. Расчет параметров охладителей 23
1.4.1. Выбор охладителя 27
1.4.2. График тепловых характеристик 29
1.5. Российская база силовой электроники 31
1.5.1. Дискретные приборы 31
1.5.2. IGBT – модули 35
1.5.3. Охлаждающие устройства и силовые блоки 36
2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ 39
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ 46
4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 51
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 57
Приложение 1. 60
ВВЕДЕНИЕ
Экономическое благосостояние страны, ее динамичное развитие базирует-ся, прежде всего, на наукоемких технологиях, и первое место среди них зани-мают информационные технологии и полупроводниковая электроника. Именно эта отрасль промышленности является двигателем научно-технического про-гресса стран.
Последние достижения микроэлектроники представлены широким спек-тром электронных компонентов для разработок и опытного производства. К числу таких компонентов относятся преобразователи.
Рынок датчиковой аппаратуры в развитых странах на протяжении послед-них десятилетий имеет один из самых высоких показателей темпов роста в приборостроении. В среднем, производство микроэлектронных датчиков в США, Японии и Германии возрастает за год в 1,5-2 раза.
Необходимость поддержания высокой надежности и безаварийности сложных технических систем вынуждает разработчиков увеличивать число контролируемых параметров и, как следствие, применять множество разнооб-разных датчиков физических величин. Например, на летательных космических и авиационных аппаратах число датчиков составляет от 250 до 2000 в зависи-мости от типа объекта. Такое количество датчиков можно резко сократить, за-менив их на многофункциональные.
Актуальной становится задача создания многофункциональных датчиков, измеряющих одновременно несколько параметров. Применение многофунк-циональных датчиков позволит обеспечить эффективные по затратам измере-ния.
Снижение сроков разработки и ужесточение требований, предъявляемых к датчикам, требуют поиска новых конструктивных и схемных решений и эффек-тивных методов их проектирования.
1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕ-ОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
1.1. Способы охлаждения полупроводниковых приборов
Когда закончена проработка функциональных узлов, определен характер связей между функциональными блоками и процесс проектирования переходит к стадии поиска оптимального расположения компонентов на плате, не забудь-те позаботиться о тепловом режиме работы вашего прибора. Если разрабаты-ваемое устройство — серьезная вещь, состоящая из аналоговых и цифровых уз-лов, прецизионных измерительных схем и (или) силовых каскадов, то проблема тепловой стабилизации становится одной из важнейших — даже если это изде-лие и не будет работать в экстремальных условиях.
С колебаниями температуры могут меняться и дрейфовать пороги компа-раторов, коэффициенты усиления операционных усилителей и транзисторов, меняются номиналы резисторов и конденсаторов. В цифровой технике влияние температуры не столь выражено, но и там колебания температуры опасны. Ведь цифровой элемент — элемент пороговый, то есть также содержащий в себе своеобразный компаратор. Даже простейший логический элемент типа И-НЕ несет его в себе. Смещение порогов переключения и, как следствие, изменение скважности импульсов в периодических сигналах, появление «резаных» им-пульсов, сбои, дрейф частоты генераторов тактовых сигналов, опасность тепло-вого пробоя транзисторов — таковы основные проблемы цифровой схемы, свя-занные с выходом за пределы разрешенного температурного диапазона. Для уз-лов, занятых точными измерениями временных параметров сигналов, таких как длительность или период колебания импульсов, обычно наблюдается снижение точности измерений. В устройствах комбинированного типа, таких как аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, погрешности, вызванные теп-ловыми шумами, накладываясь друг на друга, в конце концов становятся одной из основных причин, ограничивающих их точность. Общая проблема — меха-нические напряжения в конструктивных элементах печатной платы, деформа-ция платы, отслаивание и разрыв проводников, микротрещины и ускоренное окисление металлических поверхностей. Но на¬ибольшую опасность рост тем-пературы компонентов и окружающей среды представляет в силовой электро-нике. Здесь следствием пренебрежения или неправильной оценки тепловых па-раметров схемы является полное разрушение источника питания (ИП) и нару-шение работы потребляющих блоков. Поэтому отвод лишнего тепла так важен при разработке питающей аппаратуры или выборе готового источника для РЭА.
Несмотря на столь опасные последствия, отношение к охлаждению аппа-ратуры вообще и ИП в особенности не всегда достаточно серьезное. Особенно часто грешат этим разработчики цифровых устройств. Не имея достаточных знаний в данной области, они полагают, что избегут многих неприятностей, ес-ли при выборе источника установят блок с заведомо большей выходной мощностью, чем это необходимо. Отчасти это действительно так, но лишь от-части. Дело в том, что КПД источника питания не является величиной постоян-ной, а связан с выходной мощностью зависимостью, представленной на рис. 1.1. Как видно из графика, максимальный коэффициент полезного действия ИП достигается на нагрузке, составляющей 65-75% максимальной. При большей или меньшей нагрузке величина бесполезных потерь в источнике питания увеличивается. Но беда не только в том, что аппаратура бесполезно потребляет энергию, что, конечно же, плохо, но также в том, что рассеиваемая мощность превращается в тепло, которое влияет на характеристики и надежность устройства. ИП, даже не будучи перегруженным, будет греться и при недостаточном отводе тепла может совсем выйти из строя. При этом следует помнить, что с ростом температуры на каждые 10 °С время безотказной работы РЭА сокращается в среднем в 2 раза.
Отведение от полупроводниковых приборов тепловой мощности, дости-гающей сотен ватт и даже нескольких киловатт, осуществляется системой ох-лаждения, в которую входят охладитель и охлаждающая среда. В качестве ох-лаждающей среды используется воздух, масло или вода. Основные физические константы, характеризующие теплотехнические свойства охлаждающих сред, приведены в таблице 1.1. Сравнительная теплопередача системы, в которой ис-пользуется в качестве охлаждающей среды воздух, масло, вода, характеризует-ся соотношением 1:10:100, т. е. наилучший отвод теплоты достигается при пе-редаче от металла охладителя к охлаждающей воде.
Передача теплоты (в газах, жидкостях и твердых телах) происходит от мо-лекулы к молекуле. При конвекции передача теплоты происходит в результате взаимодействия масс материальных частиц. Различают свободную и принуди-тельную конвекцию. В принудительной конвекции охлаждающая среда (воздух или жидкость) перемещается посредством вентилятора или насоса. При тепло-вом излучении теплота передается благодаря распространению электромагнит-ных волн в области инфракрасного спектра. Излучение является видом переда-чи теплоты, которая может осуществляться в том числе и в вакууме.
В зависимости от вида охлаждающей среды системы охлаждения принято разделять на воздушные, жидкостные и испарительные.
Способы охлаждения полупроводниковых приборов разнообразны и могут основываться на их прямом (непосредственном) взаимодействии с внешней ох-лаждающей средой или на применении промежуточного контура с теплоноси-телем. В зависимости от реализации движения охлаждающей среды относи-тельно охладителя различают естественное и принудительное охлаждение.
Разработанная АСРТ позволит снизить диапазон колебаний температуры обмоток тяговых электрических машин и преобразователей, что положительно скажется на ресурсе их работы.
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ
5.1. Заземление шкафов или ящиков с электрооборудованием необходимо поддерживать в исправном состоянии и проверять при каждом техническом об-служивании электровоза.
Особое внимание следует обращать на заземление кожухов электропе-чей и щитков измерительных приборов.
5.2. Слесарю запрещается:
-применять нестандартные реверсивные рукоятки контроллера машини-ста, ключи кнопочных выключателей и других блокирующих устройств, а так-же пользоваться заменяющими их приспособлениями;
-отключать любое блокирующее устройство, обеспечивающее безопас-ность обслуживающего персонала;
-подниматься на крышу электровоза под контактным проводом, находя-щимся под напряжением;
-открывать и закрывать вентили аппаратов электровозов ударами молот-ка или других предметов.
5.3. Перед подъемом токоприемника или передвижением электровоза слесарь обязан выйти из кузова локомотива и смотровой канавы.
5.4. При поднятом и находящемся под напряжением токоприемнике разре-шается:
- заменять перегоревшие лампы в кузове, кроме мест, защищенных блоки-рующими устройствами, под кузовом электровоза при обесточенных це-пях управления;
- протирать стекла кабины внутри и снаружи, лобовую часть кузова. При этом запрещается приближаться к токоведущим частям на расстояние менее 2 м и касаться их с помощью каких-либо предметов;
- заменять предохранители в цепях управления, предварительно их обесто-чив;
- менять прожекторные лампы, если их смена предусмотрена из кабины машиниста;
- проверять выходы штоков тормозных цилиндров только на смотровых канавах;
- проверять наощупь нагрев букс;
- обслуживать аппаратуру под напряжением 50 В, которая находится вне высоковольтной камеры;
- вскрывать кожух и настраивать регулятор давления;
- обтирать нижнюю часть кузова;
- осматривать механическое оборудование и производить его крепление, не подлезая под кузов;
- проверять давление в маслоприемнике компрессора;
- регулировать предохранительные клапаны воздушной системы.
Другие работы на электровозе при поднятом токоприемнике запрещают-ся.
5.5. При ТО-2 узлов и деталей непосредственно на электровозе необходи-мо пользоваться переносными светильниками на напряжение не выше 12В постоянного тока от аккумуляторной батареи либо светильниками с лампами на напряжение 50В постоянного тока от аккумуляторной батареи или другого источника питания.
Запрещается использование переносных светильников без предохрани-тельных сеток, с поврежденной вилкой и изоляцией проводов.
5.6. При измерении сопротивления изоляции электрических цепей ме-гомметром на напряжение 0,5 и 2,5 кВ выполнение каких-либо других работ на электрооборудовании и электрических цепях запрещается. Люди должны быть выведены в безопасную зону. После проверки сопротивления изоляции необходимо снять остаточный заряд.
5.7. Вышедшие из строя предохранители следует менять при обесточен-ных цепях. Плавкие вставки предохранителей должны быть калиброванны-ми.
Запрещается установка нетиповых предохранителей.
5.8. Осмотр вспомогательных машин и аппаратов электровоза следует производить только при опущенных токоприемниках на всех секциях элек-тровоза, выключенных крышевых разъединителях и шинном разъединителе, отключенном выключателе управления в кабине и отключенных ножах вы-ключателей тяговых двигателей.
5.9. По сигналу о предстоящем подключении к электровозу низковольтно-го кабеля или передвижении электровоза слесари должны прекратить работу, закрыть двери высоковольтной камеры, шкафов, сойти с крыши, выйти из кабины, кузова электровоза и смотровой канавы.
|
|
