Вип 4000м ухл2 руководство по эксплуатации - Большая энциклопедия инструкций и руководств

УСТРОЙСТВО ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВА

Конспект лекций

По электровозу ЭС5К.

IV часть.

Кандалакша 2016 г.

Семионов А.А

СТАТИЧЕСКИЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Особенности работы
тяговых преобразователей на локомотивах.

Работа
локомотивных тяговых преобразователей характеризуется наличием значительных
перенапряжений, воздействующих на элементы преобразователя, при колебаниях
напряжения источника питания, срабатывании защиты, боксовании локомотива и т.д.
Силовая электроника связана с преобразованием большого количества энергии,
поэтому основное внимание уделяется получению наибольшего КПД преобразователей.
Однако для разных целей были разработаны различные типы преобразователей. Все
они обладают одним общим признаком – управляют потоком энергии посредством
включения и выключения полупроводниковых электронных элементов, введенных в
основные электрические схемы, или благодаря циклической передаче тока от одного
такого элемента к другому (процесс, называемый коммутацией). Наиболее часто
преобразователи классифицируют в зависимости от вида коммутации. Обычно
различают преобразователи с естественной и принудительной коммутацией. В
преобразователях с естественной коммутацией циклическая коммутация диодов
происходит под действием переменного напряжения источника питания или сети.
Принудительная коммутация в преобразователях осуществляется с помощью
дополнительных коммутирующих контуров. По своему назначению преобразователи
подразделяются:

• на преобразователи
с естественной коммутацией, связывающие цепь переменного тока с цепью
постоянного тока или наоборот. Эти преобразователи обеспечивают передачу
энергии в обоих направлениях. В зависимости от направления потока энергии
различают выпрямительный и инверторный режимы их работы;

• преобразователи
с принудительной коммутацией, связывающие цепь постоянного тока с цепью
переменного тока. Эти преобразователи также обеспечивают передачу энергии в
обоих направлениях, но, как правило, они используются в инверторном режиме;

• преобразователи
с принудительной коммутацией, разделяющие две цепи постоянного тока, называемые
также прерывателями постоянного тока;

• преобразователи
с естественной или принудительной коммутацией, разделяющие две цепи переменного
тока одной и той же частоты, называемые также прерывателями переменного тока;

• преобразователи
с естественной или принудительной коммутацией, связывающие цепи переменного
тока разных частот, называемые обычно преобразователями частоты;

• специальные
преобразователи, представляющие собой комбинации преобразователей,
перечисленных выше (преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного
тока и т.п.). Неотъемлемой частью преобразовательных устройств являются
различные схемы управления, регулирования и защиты. Условия работы
преобразователей регламентируются ГОСТ 4.139 – 85 и 25953 – 83, по которым
устройства должны работать при температурах окружающей среды от -70 до +50°С, в
условиях сильного загрязнения воздуха пылью, парами масла и топлива, а также высокой
влажности воздуха. Поскольку локомотив может работать на подъездных путях
промышленных предприятий, то преобразователи должны устойчиво функционировать в
условиях агрессивных сред. Механические воздействия на оборудование подвижного
состава, достигающие 3g, могут значительно увеличиваться как по частоте, так и
по амплитуде, при неисправностях механической части локомотива или пути.

Выпрямители.

Выпрямителем
называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в
постоянный ток.

Выпрямители
классифицируются:

– по мощности;

– напряжению;

– числу фаз;

– схеме
выпрямления;

– способу
регулирования выходного напряжения.

По мощности
выпрямители делятся на маломощные до 1 кВт, средней мощности до 100 кВт,
мощные свыше 100 кВт, а по напряжению низкого до 250 В, среднего до 1000 В,
высокого свыше 1000 В.

По числу фаз
источника переменного напряжения выпрямители делятся на однофазные и
трехфазные.

По схеме
выпрямления различают выпрямители:

с одним вентилем
(однофазные однополупериодные);

со средней точкой
(однофазные двухполупериодные и трехфазные);

мостовые
(однофазные двухполупериодные и трехфазные).

По способу
регулирования выходного напряжения выпрямители делятся на управляемые и
неуправляемые. Управляемые выпрямители должны быть собраны на управляемых
вентилях, например, тиристорах.

Однополупериодная
схема выпрямления

Принцип
работы: в данной схеме
первичная обмотка трансформатора питается от однофазной цепи напряжением U₁,
а напряжение U₂подается
на нагрузку через вентиль В. Ток через вентиль может проходить только тогда,
когда анод имеет положительный потенциал по отношению к катоду, т.е. в течение
одного полупериода соответствующего положительной полуволне синусоидального
напряжения. Следующий полупериод при отрицательной полуволне напряжения, анод
вентиля будет иметь отрицательный потенциал по отношению к катоду при этом ток
по вентилю протекать не будет.

В результате
такого выпрямления через нагрузку протекает прерывистый ток постоянного
направления, который неблагоприятно отражается на потребителях постоянного
тока, так как при этом возникают значительные пульсации напряжения и тока, т.е.
качество выпрямления неудовлетворительное, поэтому на электровозах данную схему
не применяют.

Двухполупериодная
схема выпрямления с нулевой точкой

Принцип
работы: Вторичная обмотка трансформатора разделена
нулевым выводом на две равные части (две фазы). Крайние вывода Х1 и Х2
подключены к анодам вентилей, катоды подключены к положительным зажимам ТЭД, а
нулевой вывод к отрицательным зажимам. Таким образом ТЭД включен между 0 и
катодами вентилей.

В течение каждого
полупериода в работе участвует попеременно только одна половина вторичной
обмотки трансформатора и соответствующий вентиль. В один полупериод напряжение
вторичной обмотки трансформатора является отпирающим для вентиля В1 в это время
второй вентиль закрыт, во второй полупериод, наоборот, вентиль В2 открыт, а В1
закрыт.Напряжение, приложенное к ТЭД в течение каждого полупериода, изменяется
в соответствии с изменением напряжения действующей фазы вторичной обмотки
трансформатора, т.е. возрастает от 0 до МАХ и затем вновь уменьшается до 0.
таким образом к ТЭД приложено выпрямленное напряжение, но пульсирующее от 0 до
МАХ.

Преимущества:

1. ТЭД постоянно
находится под питанием;

2. катоды
противофазных вентилей соединены и имеют одинаковый потенциал поэтому не
требуется дополнительно изолировать их корпуса.

Недостатки:

1.
нерациональное использование вторичной
обмотки трансформатора, для нормальной работы ТЭД потребуется в схеме
увеличение типовой мощности трансформатора.

Двухполупериодная
мостовая схема выпрямления

Принцип
работы: в данной схеме
выпрямления тока происходит в оба полупериода. В первый полупериод, когда
напряжение во вторичной обмотке трансформатора наводится с права на лево в
работе схемы выпрямления, включаются вентиля В1 и В3 при этом вентиле В2 и В4
закрыты для прохождения электрического тока. В другой полупериод включаются
вентиля В2 и В4 при этом вентиле В1 и В3 закрыты.

Преимущества:

1.в данной схеме
выпрямления задействована вся вторичная обмотка трансформатора;

2.обратное
напряжение, приложенное на вентиль в два раза меньше чем в схеме выпрямления с
нулевым выводом, при одинаковом напряжении на ТЭД;

3.при применении в
схеме управляемых вентилей тиристоров появляется возможность плавного
регулирования напряжения на ТЭД, за счет определенного угла открытия
тиристоров.

Управляемые
выпрямители.

Управляемые
выпрямители однофазного напряжения. Построенные на управляемых
полупроводниковых приборах – тиристорах. Тиристор открывается, если:

1. замкнута цепь
нагрузки и анод (коллектор) имеет более высокий потенциал, чем катод (эмиттер);

2. на управляющий
электрод (базу) подан импульс напряжения положительной полярности необходимой
величины и длительности относительно катода (эмиттера). Открывание тиристоров в
однофазных и многофазных управляемых схемах выпрямления или преобразования
происходит в строго определенные моменты времени. Изменение фазы переднего
фронта управляющего импульса относительно переменного анодного напряжения можно
осуществить плавное регулирование выходного напряжения преобразователей. С
помощью управляемых тиристорных или тиристорно-диодных выпрямителей решаются
задачи плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения.

На
управляющие выводы тиристоров подаются отпирающие импульсы,

Рис.
Схема управляемого выпрямителя однофазного тока (а) и графики изменения
напряжений и токов (б). УВ – управляемый выпрямитель.

вырабатываемые
системой автоматического регулирования. С помощью этих импульсов можно
открывать тиристоры в заданные моменты времени и изменять общее время, в
течение которого каждый тиристор проводит ток. Промежуток времени между
моментом подачи положительного напряжения на анод тиристора VS1 или VS2 и
моментом подачи отпирающего импульса Iу на их управляющие электроды называется
углом управления α. С увеличением угла управления α уменьшается площадь,
ограниченная кривой выпрямленного напряжения, и уменьшается его среднее
значение Ucp. Наибольшее значение выпрямленное напряжение будет иметь при α = 0 (аналог неуправляемого выпрямителя), а при α =
180 эл. град, оно будет равно нулю. Тиристоры VS1 и VS2 проводят ток
поочередно: каждый во время той части периода, когда напряжение на его аноде
положительно. Например, если на аноде тиристора VS1 положительный потенциал и
на его управляющий электрод подать сигнал управления, то VS1 откроется. Возникнут
условия для протекания тока от источника напряжения через тиристор VS1,
нагрузку Rн диод VD2 ко второму выводу источника напряжения. Этот процесс будет
продолжаться до тех пор, пока не сменится полярность питающего напряжения.
После чего создаются условия для включения в работу тиристора VS2, который
откроется после подачи сигнала управления, и ток будет протекать через него,
нагрузку Rн, диод VD1 к источнику напряжения. Для получения симметричной формы
выпрямленного напряжения должно соблюдаться с достаточной точностью равенство
углов управления, а обоих плеч выпрямителя. Асимметрия углов управления, а
приводит к неравномерной загрузке тиристоров VS1, VS2, и диодов VD1, VD2,
увеличению пульсаций и появлению в выпрямленном напряжении трудно сглаживаемой низкочастотной
составляющей. Кроме того, уменьшается КПД выпрямителя и сужается диапазон
регулирования напряжения. Среднее значение выпрямленного напряжения без учета
потерь в коммутационный период зависит не только от α, но и от характера
нагрузки.

Инверторы.

Преобразователь с
тиристорами может работать в выпрямительном и инверторном режимах. Как уже
отмечалось, выпрямительным режимом называют такой режим, когда электрическая
мощность передается из цепи переменного тока в цепь постоянного тока. При
инверторном режиме, наоборот, мощность передается из цепи постоянного тока в
цепь переменного тока. На железных дорогах используются два вида инверторов:

1) автономные
инверторы для построения электрической передачи мощности локомотивов с приводов
переменного тока;

2) неавтономные
инверторы, или ведомые сетью, для преобразования энергии при рекуперативном
торможении электровоза.

Автономные
инверторы – это преобразователи постоянного тока в переменный однофазный или
многофазный ток, коммутация тока в которых осуществляется независимо от
процессов во внешних электрических цепях. Независимая коммутация обеспечивается
дополнительными коммутирующими устройствами внутри самого преобразователя. На
выходе такого преобразователя можно получать переменный ток теоретически любой
частоты и напряжения и плавно регулировать его от нуля до максимального
значения. Благодаря этому свойству автономные инверторы находят все более
широкое применение в регулируемых электроприводах с асинхронными
электродвигателями. Процессы переключения тока в автономных инверторах зависят
от способа принудительной коммутации тока, особенностей электрической схемы,
параметров источника питания и нагрузки. Полная коммутация с переключением тока
из одной ветви схемы в другую в автономных инверторах происходит за несколько
этапов, важнейшими из которых являются: — уменьшение прямого тока в одном из
тиристоров до нуля; — задержка подачи прямого напряжения на этот тиристор до
полного восстановления его запирающей способности; — нарастание прямого тока во
втором тиристоре. Эти события могут наступать одновременно или последовательно.
Создание средств для осуществления надежной коммутации обычно является одной из
наиболее трудных проблем при проектировании автономных инверторов.
Принципиально эти средства можно разделить на два класса. К первому классу
можно отнести обычные, не полностью управляемые тиристоры, дополненные
специальными узлами принудительной коммутации, например, в виде предварительно
заряженных конденсаторов и вспомогательных тиристоров. Второй класс составляют
запираемые тиристоры и силовые транзисторы, которые закрываются специальными
импульсами управления. Инверторы, ведомые сетью, используются для передачи
избыточной энергии потребителей в сеть переменного тока частотой 50 Гц, в
частности, при рекуперативном торможении электровозов. Ведомые инверторы
выполняются по тем же схемам, что и управляемые выпрямители. Управление режимом
работы инвертора должно быть таким, чтобы обеспечивалась коммутация тиристоров
под действием сети. Необходимым условием работы инвертора является подача на
его вход напряжения постоянного тока.

Рис.
Схема однофазного инвертора напряжения (а) и графики изменения напряжений и
токов (б).

Групповое
соединение полупроводниковых приборов.

Последовательное и
параллельное соединение полупроводниковых приборов, применяемое для увеличения
допустимых значений тока и напряжения в одной ветви мощного преобразователя,
называется групповым соединением. Групповое соединение иногда применяется также
для повышения надежности преобразователей, чтобы выход из строя отдельного
прибора не нарушал работы всей установки. Из-за технологического разброса
вольтамперной характеристики при параллельном соединении отдельные
полупроводниковые приборы перегружаются по току, а при последовательном – по напряжению.
При групповом соединении тиристоров условия работы еще более ухудшаются из-за
разброса временных характеристик. В динамических режимах приложения прямого
напряжения при последовательном соединении тиристор с меньшим временем
восстановления может оказаться под воздействием полного напряжения цепи и
самопроизвольно включаться. При параллельном соединении тиристор, имеющий
меньшее время включения, воспринимает весь ток главной цепи и может выйти из
строя по причине теплового пробоя. Для обеспечения надежной работы силовых
полупроводниковых приборов при их групповом соединении должны применяться меры
для равномерного распределения тока при параллельном и напряжения при
последовательных соединениях.

Последовательное
соединение диодов.

Если требуется получить
большие значения выпрямленного напряжения, применяют последовательное
соединение диодов. Построение преобразовательной установки с одиночными диодами
в этом случае не представляется возможным из-за недопустимо высокого обратного
напряжения, которое будет приложено к силовым полупроводниковым приборам.
Например, в выпрямительных установках электровозов ВЛ80 применяют диоды 7-го и
8-го классов, рассчитанные на номинальное напряжение 700…800 В. Однако
номинальное напряжение на выходе выпрямительной установки составляет
1450…1650 В, а обратное напряжение в переходных процессах может достигать
4000 В.Число последовательно соединенных диодов в каждой фазе выпрямительной
схемы с нулевым выводом или в каждом плече мостовой схемы выбирают так, чтобы
напряжение на одном диоде при нормальном рабочем режиме не превышало его
номинального повторяющегося обратного напряжения. Перенапряжения на отдельных
диодах, включенных последовательно, вызываются различными сопротивлениями
отдельных диодов и различием их вольтамперных характеристик. Во избежание
больших потерь энергии рекомендуется специально подбирать последовательно
включаемые диоды по их вольтамперным характеристикам: диоды должны иметь
одинаковый класс, близкие обратные ветви характеристики и одинаковые температурные
коэффициенты. Лавинные диоды, которые допускают большие значения обратных
токов, соединяют последовательно без шунтирующих резисторов. Если напряжение на
каком-либо диоде, достигает напряжения стабилизации, при котором происходит
лавинный пробой, то дальнейшего увеличения обратного напряжения на данном диоде
не происходит. Поэтому для лавинных диодов запас максимально допустимого
напряжения составляет 1,3…1,5 Uoбpmах вместо 2…3 Uобрmах для обычных
диодов.

Параллельное
соединение диодов.

Для получения
большого выпрямленного тока применяется параллельное соединение диодов. Число
параллельно включенных диодов выбирают так, чтобы ток, проходящий через каждый
диод, не превышал номинального тока. При параллельном соединении нескольких
диодов из-за различия прямых ветвей их вольтамперных характеристик
распределение тока между диодами оказывается неравномерным. Больший ток
протекает через диод, имеющий меньшее падение напряжения, т.е. более крутую
вольтамперную характеристику Такая неравномерность в распределении тока
нагрузки приводит к недопустимому нагреву диода и требует снижения мощности
преобразователя. Для сглаживания неравномерности в распределении токов по
отдельным параллельным ветвям специально подбирают диоды по их прямым
вольтамперным характеристикам. При этом стремятся, чтобы параллельно включенные
диоды имели близкие по величине падения напряжения (разность не более 0,02 В).
Но даже и в этом случае неравномерность в распределении токов составляет около
20%. На это значение приходится снижать общий ток Id выпрямительной установки.

Электровоз
переменного тока имеет в своем составе преобразователь, служащий вторичным
источником электропитания тяговых двигателей. Поэтому он сложнее и дороже
электровоза постоянного тока. Однако повышение напряжения контактной сети с 3,3
кВ на постоянном токе до 25 кВ на переменном токе позволяет втрое сохранить
расход меди на контактную сеть и вдвое уменьшить число тяговых подстанций.
Регулируемый выпрямитель позволяет в широких пределах изменять напряжение на
тяговых двигателях и, тем самым, согласовать силу тяги с профилем пути. Кроме
того, значительно повышается надежность преобразователя в инверторном режиме.

Пуск и регулирование скорости тяговых
двигателей осуществляется путем изменения напряжения, подводимого к якорю. При
этом практическое применение нашли следующие способы регулирования:

1. Контактное переключение выводов вторичной обмотки с большим числом ступеней.
Этот способ нашел применение на электровозах ВЛ60К, ВЛ80К, ВЛ80Г, ВЛ80С.
2. Бесконтактное переключение выводов вторичной обмотки с тиристорным
ступенчатым регулированием. Электровозы ВЛ80Р, ВЛ84, ВЛ85, ЭС5К.

Полупроводники
– кремний, германий, селен. На внешнем электронном слое имеют по 4-е валентных
электрона, которые образуют ковалентные связи с электронами соседних атомов, то
есть каждый валентный электрон вращается одновременно вокруг двух ядер атомов.
При этом вокруг ядра каждого атома вращается по 8 электронов: 4 своих и 4
соседних.

Внешний
электронный слой из 8-и электронов является
заполненным, а электроны, образующие ковалентные связи, прочно удерживаются
ядрами атомов – тока нет. Значит, при нормальных условиях полупроводники
являются изоляторами. Но под действием повышенной температуры, или при
воздействии внешнего электрического поля, напряжения, ковалентные связи
разрываются, образуются свободные электроны, которые являются носителями тока и
полупроводник становится проводником электрического тока.

Электронная
проводимость – это когда в полупроводник внедряют
атомы пятивалентной примеси – сурьма, фосфор, мышьяк. Четыре валентных
электрона атома примеси образуют ковалентные связи с атомами полупроводника, а
для пятого электрона пара отсутствует. Пятые электроны являются свободными, они
слабо притягиваются ядрами атомов. Если полупроводник с такой примесью включить
в электрическую цепь, то под действием электрического поля свободные электроны
начнут передвигаться и потечет электрический ток. Пластина с такой примесью
будет проводить ток в обоих направлениях. Основными носителями тока являются
свободные электроны, а пластина обладает электронной, или «n»
проводимостью и электрически нейтральна.

Дырочная
проводимость – когда в чистый полупроводник внедряют
атомы трехвалентной примеси – алюминий, бор, индий. Три валентных электрона
атома образуют ковалентные связи с атомами полупроводника, а для образования
4-й связи не хватает электрона у атома примеси. Незаполненная ковалентная связь
называется «дыркой». Если такую пластину поместить в электрическое поле, то под
его воздействием электроны из имеющихся ковалентных связей будут заполнять
«дырку», передвигаясь от «-» к «+» источника, а дырка будет приближаться к «-»
источника и заполнятся электронами, которые имеются в избытке на «-» источника.
Одновременно, со стороны «+» источника электроны будут вырываться из
ковалентных связей, образовывая новые «дырки». Такая пластина обладает дырочной
или «р» проводимостью, также электрически нейтральна и пропускает ток в обоих
направлениях.

Запирающий
слой. Если совместить две полупроводниковые
пластины с электронной и дырочной проводимостью, то под действием внутренних
сил диффузии электроны с «n»
слоя переходят в «р» слой, а «дырки» наоборот, при этом на границе перехода, в
«р» слое, образуется избыток электронов, то есть отрицательный заряд, а на
границе «n» слоя – недостаток
электронов и положительный заряд. За счет разности зарядов на границе «р-n»
перехода образуется напряжение, приблизительно равное 1 Вольт – это запирающий
слой.

Прямое
напряжение. Если в пластинах с «р-n»
переходом «+» источника соединить с «р» слоем или анодом, а «-» источника с «n»
слоем или катодом, то при этом напряжение источника направлено против напряжения
запирающего слоя. Запирающий слой под действием напряжения источника
уничтожается и через «р-n» переход потечет
прямой ток для которого сопротивление перехода очень мало. При снятии прямого
напряжения, запирающий слой восстанавливается.

Обратное
напряжение. При соединении «+» источника с «n»
слоем или катодом, а «-» источника с «р» слоем или анодом, под действием
напряжения источника свободные электроны с «n»
слоя притягиваются к «+» источника, увеличивая положительный потенциал «n»
слоя, одновременно электроны увеличивают отрицательный потенциал «р» слоя.
Обратное напряжение совпадает с напряжением запирающего слоя и увеличивает его.

Вольтамперная
характеристика – это графическая зависимость тока,
проходящего через вентиль, от величины приложенного к нему напряжения. Так как
к вентилю прикладывается напряжение в прямом и в обратном направлениях,
соответственно, получают прямую и обратную ветвь вольт – амперной
характеристики (ВАХ).

По прямой ветви
ВАХ определяется, при номинальном прямом токе, группа и подгруппа вентиля,
которая зависит от сопротивления прямому току и учитывается, когда вентили
соединяются параллельно, чтобы распределит прямой ток равномерно по ветвям. При
рассмотрении обратной ветви ВАХ определяют класс вентиля. Для этого сначала
определяют напряжение загиба U_заг
– это максимальное обратное напряжение, которое выдерживает вентиль не
пробиваясь. По значению Uзаг определяется
допустимое напряжение Uдоп. Для обычных
вентилей U_доп
= 0,5 U_заг
– это максимальное значение напряжение электрической цепи, в которую может быть
установлен данный вентиль. Учитывается, когда вентили в схеме соединяются
последовательно.

Силовой
кремниевый вентиль

Электрический
вентиль — это полупроводниковый прибор, допускающий протекание электрического
тока только в одном (прямом) направлении. На электровозах силовые кремниевые
вентили используют для преобразования тока из переменного в постоянный
пульсирующий в выпрямительных установках.

Основой
полупроводникового вентиля является монокристалл кремния с одной стороны
которого вводятся атомы фосфора а с другой бора с различным числом электронов,
в следствии чего со стороны фосфора образуется отрицательная область n(-), а со
стороны бора положительная Р(+). При

взаимодействии
двух областей образуется Р-n переход который создает сопротивление R для
протекания тока через пластину монокристалла. При подключении обратного
напряжения заряженные частицы уходят к краям пластины увеличивая Р-n
переход в результате чего электрический ток через пластину не протекает. При
подключении прямого напряжения свободные заряженные частицы подходят к друг
другу максимально уменьшая Р-n
переход в пластине, при этом начинается обмен заряженных частиц т.е. через
пластину начинает протекать электрический ток.

Диод
– это полупроводниковый вентиль, пропускающий ток только в одном направлении.

Лавинный
диод – это диод который после пробоя и
уменьшения обратного напряжения восстанавливает свои свойства полупроводника,
т.е. не выходит из строя.

Тиристоры.

Тиристор
– силовой управляемый вентиль, по конструкции подобен силовому вентилю, но
отличается структурой «р-n» переходов.

Кремниевая пластина имеет четырехслойную
структуру П1, П2 и П3. При подаче обратного напряжения тиристор закрыт двумя
переходами П1 и П3. При подаче прямого напряжения тиристор закрыт переходом П2.
К слою П2 припаивается управляющий анод или электрод УЭ. При определенной
величине прямого напряжения происходит пробой закрытого перехода П2, при этом
ток увеличится и достигнет тока включения Iвк,
а запирающий слой П2 ликвидируется, соответственно, под действием уменьшения
сопротивления слоя П2, резко начнет расти прямой ток и тиристор откроется как
обычный вентиль.При уменьшении прямого напряжения, при определенной величине
прямого тока переход П2 закроется – это ток запирания Iзап.
Тиристор можно открыть без увеличения прямого напряжения, если подать кратковременно
импульс напряжения на УЭ, а при снятии напряжения с УЭ тиристор закроется, если
ток достигнет Iзап. Тиристоры
используются при регулировании напряжения на потребителях в прямом полупериоде.
В определенный момент на УЭ подается управляющий импульс прямого напряжения,
тиристор открывается и остальную часть полупериода работает как неуправляемый
вентиль. В конце полупериода, когда уменьшится прямое напряжение, уменьшится
прямой ток и тиристор закрывается.

Изменяя время открытия тиристора можно
плавно регулировать среднее значение напряжения за период, которое подается на
нагрузку или потребитель.

Схема
работы тиристора

Выпрямительная
установка возбуждения ВУВ-24-01

электровоза
ЭС5К (в схеме U3)

Блок выпрямительной установки возбуждения
предназначен для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках
возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении.

ВУВ-24:
В — выпрямительная;
У — установка;
В — возбуждения;
24 — модификация.
Номинальный продолжительный выпрямительный ток, А — 850
Ток выпрямительный 20-минутного режима, А                 — 1100
Номинальное напряжение питания, В                                — 2×270
Допустимое отклонение питающего напряжения, В        — 100-330
Номинальное напряжение питания цепей управления, В     — 50
Количество охлаждающего воздуха не менее, м3/мин          — 10
Масса, кг                                                                                    —
147

Конструкция и
принцип действия.

Выпрямительная
установка возбуждения представляет собой двухполупериодный управляемый
тиристорный выпрямитель, собранный по схеме с нулевой точкой. Каждое плечо
выпрямителя состоит из трех тиристоров, включенных параллельно. Для
выравнивания токов между параллельно включенными тиристорами установлены
индуктивные делители. Схемой предусмотрена защита тиристоров от перенапряжения
и помех. Импульсы управления на управляющие переходы силовых тиристоров
поступают через усилитель-формирователь импульсов, представляющий собой два
однотипных блокинг-генератора. Питание усилителей-формирователей импульсов
осуществляется от цепей управления электровозом с номинальным напряжением 50 В
через общий LС-фильтр. На лицевой стороне размещены съемные блоки тиристоров 1
и 2. Справа и слева от блоков тиристоров находятся панели с предохранителями 3,
за ними на боковых панелях каркаса установлены индуктивные делители 4. Справа
на вертикальных стойках каркаса закреплена панель управления 5, с которой через
зажимы контактные 6 импульсы управления подаются на силовые тиристоры 7.
Охладители 8 силовых тиристоров расположены в воздуховоде и охлаждаются
нагнетаемым воздухом. Подсоединение ВУВ-24 к силовым цепям осуществляется
шинами 9; 10; 11. Напряжение питания цепей управления и сигналы управления
подаются через контактные зажимы 12.

Блок выпрямительной установки возбуждения
ВУВ-24
  1; 2 — съемные блоки тиристоров;
  3 — предохранители (FU);
  4 — индуктивные делители;
  5 — панель управления;
  6 — зажимы контактные;
  7 — тиристоры;
  8 — охладители силовых тиристоров;
  9; 10; 11 — шины;
  12 — зажимы контактные

Преобразователь
выпрямительно-инверторный ВИП-4000М-УХЛ2, ВИП-4000Р-0-У1, ВИУ-40ООМ-УХЛ2.

Выпрямительно-инверторный
преобразователь (ВИП) (в схемеU1,
U2)
предназначен для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в
постоянный и плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в
режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный, переменный,
частотой 50 Гц и плавного регулирования величины противо-ЭДС инвертора в режиме
рекуперативного торможения.

Рисунок.
Функциональная схема ВИП

Нагрузкой ВИП являются тяговые двигатели
и сглаживающий реактор.

Технические характеристики

Номинальное
входное напряжение, ШС, В 1570

Номинальная частота входного напряжения,
Гц 50

Номинальное входное напряжение, БП,
В 380

Номинальное входное напряжение, БД, В 50

Параметры импульсов управления на входе
СФИ (резистор 68±6,8 Ом):

амплитуда напряжения, В, не
менее 18

амплитуда тока, А, не
менее 0,2

—
длительность импульсов тока на уровне

0,5 амплитуды, мкс, не
менее 30

скорость нарастания тока, А/мкс, не
менее 0,1

Номинальное выходное напряжение,
В 1400

Номинальный выходной ток,
В 3150

Номинальная выходная активная мощность
ВИП, кВт 4000

Номинальное выходное напряжение, БП,
В(ср.значение) 24; 70 (24;100)

Номинальная входная мощность БП,
Вт 600

Параметры импульсов управления на выходах
блоков управления БС(ШС)*

амплитуда напряжения основного импульса,
В 10(12)

амплитуда напряжения форсажного импульса,
В 20(35)

длительность импульсов по основанию,
мкс 850

Параметры импульсов на резисторах 4,7 Ом в
цепях

управления силовых тиристоров:

амплитуда напряжения основного импульса,
В 7(6)

Коэффициент полезного действия в
номинальном

режиме, %, не менее 98,6

Охлаждение
воздушное, принудительное

Силовая часть ВИП содержит восемь плеч.
Каждое плечо состоит из четырех параллельно и двух последовательно соединенных
тиристоров. Плечи
укомплектованы тиристорами Т353-800.

Силовая схема ВИП позволяет реализовать
четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной
обмотки трансформатора. Величины внутризонного регулирования напряжения
показаны в таблице 1.

Зоны регулирования	Номер секции	Номера плеч
От 0 до 315 В	II	3, 4, 5, 6
От 315 до 630 В	I + II	1,2, 3,4, 5, 6
От 630 до 945 В	II + III	3,4, 5, 6, 7, 8
От 945 до 1260 В	III + II +1	1,2, 3,4, 7,8

На электровозе устанавливается два
преобразователя. Каждый ВИП подключен к двум ТЭД. ВИП
состоит из трех блоков: шкафа силового БС, блока
питания БП и блока диагностики БД. Конструктивно каждый ВИП выполнен в виде
прямоугольного шкафа из металлического каркаса с изоляционными панелями, на
которых размещены элементы силового блока, блока питания и блока диагностики.
Силовой
блок содержит 8 плеч. На лицевой стороне, где крепится заводской
щиток, расположены элементы плеч 1, 3, 5, 7, на обратной стороне — плеч 5, 6,
7, 8. Плечи укомплектованы тиристорами Т353-800. В каждом плече установлено по
два последовательно соединенных тиристора. Каждый силовой тиристор
устанавливается на изоляционной панели вместе со вспомогательным оборудованием
для улучшения его работы.

Блок силовой.

В
БС блоки тиристоров расположены по высоте по четыре, а по горизонтали — по
восемь штук. Панели силовых тиристоров образуют канал для прохода охлаждающего
воздуха. В верхней и нижней части БС с лицевой и обратной сторон расположены
делители тока, которые конструктивно собраны на изоляционных панелях и
закреплены к каркасу через изоляторы. По торцам БС закреплены четыре блока
управления (БУ). В верхней части каркаса имеются клеммные блоки для подключения
блока питания и системы управления электровоза, разъем для подключения блока
диагностики. Шины переменного тока расположены по углам с обратной стороны,
шины постоянного тока — в нижней части с лицевой и обратной сторон. В верхней
части каркаса расположены болты заземления. Для погрузки и транспортирования БС
имеет грузовые скобы.На ЭС5К с поосным регулированием тяги в силовом блоке
установлены 2 силовых канала. К каждому каналу подключается один ТЭД.

Система формирования импульсов (СФИ)
служит для включения тиристоров силовой схемы ВИП. СФИ состоит из четырех
блоков управления (БУ) и блока питания (БП). Блоки управления формируют
импульсы управления тиристоров. Один БУ служит для включения тиристоров двух
плеч БС.

БП обеспечивает питанием блоки
управления СФИ. БП питается от обмотки собственных нужд тягового трансформатора
электровоза.

БП представляет собой транзисторный
стабилизатор напряжения с параллельным регулирующим элементом, стабилизатор
позволяет с заданной точностью поддерживать постоянное напряжение на выходе при
изменении входного напряжения от 250 до 470 В.

Остовом блока питания является сварной
каркас из профильной стали. К нему крепятся: панель, на которой размещены
входной и выходной клеммники и тумблер; панель резисторов; панель автоматики;
панель транзисторов и трансформатор. В нижней части каркаса расположен болт
заземления.

БД
служит для контроля наличия пробитых тиристоров в плечах БС(ШС), пробитых
транзисторов в БП и СФИ и подачи запускающих импульсов для БУ при
диагностировании работы СФИ.

Блок диагностики конструктивно
представляет собой металлический корпус, закрытый крышкой. Размещение составных
частей и узлов БД выполнено на крышке с учетом удобства монтажа и обслуживания
при эксплуатации. На крышке с внутренней стороны крепятся: две платы фиксации
отказов (ПФО), плата индексации (ПИ), плата генератора импульсов (ПГИ), панель
резисторов. На лицевой стороне крышки крепятся: розетка для подключения
осциллографа, тумблер сетевой, тумблер генератора импульсов и кнопка контроля.
На корпусе сверху крепится разъем для подключения БД к БС через жгут.

БД позволяет также контролировать алгоритм
работы плеч ВИП при работе его на холостом ходу либо под нагрузкой. Охлаждение
обеспечивается системой вентиляции электровоза. Направление воздуха —
вертикальное. БС рассчитан на прохождение через него 330 м /мин охлаждающего
воздуха, при этом потери напора в БС должны быть не более 800Па (80 кгс/м”).
Средняя скорость воздуха в межреберном канале любого охладителя – не менее 12
м/с.

Рассмотрим работу схемы преобразователя на
примере преобразователя ВИП–4000М УХЛ2 в двигательном режиме.

На первой ступени регулирования работают V3, V4, V5, V6, которые образуют
однофазный мост, выпрямляющий напряжение 2й секции. Управляющие импульсы на V5
и V6 в течение рабочего полупериода подаются дважды:

в начале полупериода с углом α_min и с рабочим углом регулирования α.
В результате V5 и V6 на первой ступени регулирования ведут себя как диоды, а
выпрямительный мост – как однофазный мост с неполным числом тиристоров (это
необходимо для повышения коэффициента мощности и снижения пульсаций
выпрямленного напряжения). диаграммы выпрямленного напряжения выглядят
следующим образом:

Изменяя α от π до 0 можно повысить напряжение от 0 до 25% Udном. После того как
первая ступень введена полностью, α=0, переходят на вторую ступень. Пусть в
положительный интервал (полярность указана без скобок) работают V3 и V6. если в
какой-либо момент подать УИ на V1, он откроется, а V3 закроется встречно
направлению первой секции.
Точно также в отрицательный полупериод подача УИ на V2 приводит к его
отпиранию, запиранию V4 и повышению выпрямленного напряжения.

После того как вторая степень введена полностью, осуществляют переход с 1 2
секции на эквивалентную ей 3ю. Например, после того, как в положительный
полупериод отработали V1 и V6, в следующий полупериод импульсы подаются вновь
на V6 и на V7, затем на V5 и V8, и переход завершен.
На 3й ступени регулирования вновь водится вторая секция путем подачи УИ
поочередно на V3 и V4. И напряжение плавно увеличивается до 75% Udном.
На 4й ступени вводится первая секция путем подачи УИ на V1 и V2, и напряжение
повышается до номинального. На полном выпрямленном напряжении работают V1, V8,
V2, V7.
Понижение напряжения производится в обратной последовательности.

Рассмотрим процесс инвертирования на
примере мостовой схемы.

Напряжение тяговых двигателей, работающих
в генераторном режиме, подается на шины « + » и «—» (см. рис). Постоянный ток
от этих шин пропускают через обмотку трансформатора Н2-К2 поочередно то
в одном направлении (сплошные стрелки), то в другом (штриховые). В первичной
обмотке Н1-К1 трансформатора трансформируется переменное напряжение,
которое зависит от напряжения двигателя и коэффициента трансформации.
Направление тока в обмотке Н2-К2 изменяют, поочередно открывая то одни,
то другие управляемые вентили. В один полупериод открывают вентили 7 и 3, и
ток в обмотке протекает слева направо. В следующий полупериод открывают вентили
2 и 4, ток протекает справа налево. Затем опять открывают вентили 1 и 3
и т.д.

Чем чаще меняют направление тока, тем
больше частота переменного тока. Чем выше напряжение постоянного тока,
создаваемое двигателем (генератором), и чем больше коэффициент трансформации,
тем выше напряжение, получаемое на обмотке Н1-К1.

Шкаф
питания ШП-21.

Шкаф питания ШП-21 предназначен для
питания цепей управления, освещения, сигнализации, радиостанции, подзаряда
аккумуляторной батареи и для питания электроплитки. Предусмотрено
быстродействующее автоматическое переключение цепей нагрузки с выпрямителя на
аккумуляторную батарею и обратно.

Технические данные:

Номинальное
входное напряжение переменного тока, В 380

Диапазон изменения входного напряжения, В от 280 до
470

Номинальная частота питающего напряжения,
Гц 50

Максимальная потребляемая мощность, кВт,
не более 13

Номинальное напряжение постоянного тока

«Выход I^й и «Выход 2^м,
В 50

Напряжение подзаряда аккумуляторной
батареи «Выход 3»

в диапазоне рабочих температур

от минус 50 °С до плюс 60 °С, В от 60 до
80

Номинальное напряжение переменного тока, В

«Выход
4» 75

«Выход 5» 100

Отклонение напряжения на «Выход
1» и «Выход 2» в диапазоне

рабочих токов и температуре от минус 50 °С
до плюс 60 °С, В ±2,5

Диапазон рабочих токов, А

«Выход 1» от 14,5 до 65

«Выход 2» от 1,5 до 40

«Выход 3» от 0 до 31

«Выход 4» и «Выход 5» от 0 до
10

Масса, кг 350

Шкаф питания ШП-21, в соответствии с
рисунком, состоит из основания, на котором размещены трансформатор Т1,
дроссель L1, и металлического
каркаса, с размещенными на нем остальными панелями и элементами схемы. Спереди,
в верхней части, на петлях, закреплена лицевая панель 1. Ниже лицевой панели, в
углублении, установлена панель 3. Обе панели, при необходимости, могут
откидываться на 90 ⁰ и 60 ⁰ соответственно.

Внутри, за лицевой панелью, расположены регулятор
напряжения 2 и панель с резисторами 3, которые легкосъемные и электрически
соединены с помощью разъемных соединений.

На лицевой панели 1 расположены
измерительные приборы: вольтметр PV
на 0-150 В и амперметр РА со шкалой 75-0-75 А. Для подсветки шкал приборов
установлены лампы ELI
и EL2. На этой же панели
расположены тумблеры SL..S4
и предохранитель F3. На отдельной
панели установлены регулируемые резисторы: R8,
R9,
RI4
и вилка диагностического разъема Х4, доступ к которым осуществляется через
прямоугольное окно в металлической панели, закрываемой планкой и затем
пломбируемой. Здесь же, с внутренней стороны, закреплен резистор R13.

На панели 4 размещены рубильники SA1…SA3
и предохранители F1 и F2.
Для контроля предохранителей на передней части предусмотрены специальные клеммы
(выводы).

Регулятор напряжения 2 собран на
изоляционной панели, на которой расположены плата с элементами, импульсные
трансформаторы Т1 и Т2, дроссели L1
и L2. На уголках-охладителях
установлены стабилитроны Vll,
V21,
V23,
тиристор V22, диоды V7,
V8,
V20.
На шпильках закреплены резисторы R23,
R34,
R35,
R36,
а также вилка разъема Х5. Кроме того, на лепестках установлены стабилитрон VI7,
резистор R33 и на панели
установлен регулируемый резистор R32
За регулятором напряжения и панелью резисторов, на раме, размещены
трансформатор Т2, дроссель L2,
шунт RS, терморезистивный
элемент R15 и панель
защиты от перенапряжений, на которой установлены резисторы R1
и R2, а также два
конденсатора С1 и С2.

С задней стороны шкафа питания, на уровне
панели с элементами 4, расположена панель преобразователей с тиристорами VI, V2,
V7,
V8
и диодами V3…V5.
Для охлаждения этих диодов и тиристоров применены охладители. На этой же панели
установлены элементы защиты цепей управления тиристоров V9
и V10, резисторы R3,
R4,
R10…R12,
конденсаторы СЗ…С5.

На раме каркаса шкафа питания закреплен
контактор КМ. Для внешних соединений шкафа питания установлены зажимы
контактные XI, Х2, ХЗ и диагностический разъем Х4. Нижняя часть шкафа питания,
с лицевой стороны закрывается съемным листом.

На схеме электрической принципиальной, в
соответствии с рисунком 29 питающее напряжение подается на зажим контактный XI
и с него на выводы 1 и 2 трансформатора Т1.

Напряжение вторичной обмотки
трансформатора Т1 с выводов 4, 6 и 7 подается на выводы 5, 6 и 7 зажима
контактного ХЗ.

Напряжение питания с вторичной обмотки
трансформатора подается на тиристорно-диодный преобразователь, состоящий из
тиристоров VI, V2 и диодов V3…V5.
Для защиты этих выпрямителей от перенапряжения к выводам 3, 7 трансформатора
Т1 подключена защитная панель, на которой размещены резисторы Rl,
R2
и конденсаторы Cl, С2.

Неуправляемый выпрямитель с диодами V3…V5
выполнен по схеме двух- полупериодного выпрямителя с нулевой точкой.

Управляемый выпрямитель преобразователя
выполнен на тиристорах VI, V2
с использованием плеч неуправляемого выпрямителя V4,
V3.
Принцип действия преобразователя основан на наложении регулируемого по фазе
напряжения на нерегулируемое. В начале каждого полупериода питающего
напряжения, до подачи управляющих импульсов, тиристоры VI и V2
заперты и контур тока составляют диоды V3
и V5 или V4
и V5, и резисторы R5…R7.
При подаче управляющих импульсов с определенной фазой регулирования тиристор VI
или V2 откроется,
разделительный диод V5
закроется обратным напряжением, а контур тока составят диоды V4
или V3.

На «Выход 1» подается напряжение
непосредственно с панели преобразователя, а на «Выход 2» — через
дроссель L1, который снижает
пульсации тока в нагрузке.

Для заряда и подзаряда аккумуляторной
батареи предусмотрена цепь, состоящая из реактора L2
и тиристорного ключа V7.
Для контроля за значением тока заряда и формированием сигнала,
пропорционального его значению, в цепи заряда используется трансформатор Т2,
вторичная обмотка которого работает на выделение этого сигнала с помощью
резистора R9.

Сигнал обратной связи по напряжению на
аккумуляторной батарее формируется на резисторах R13…R15.
Уставка ограничения напряжения на аккумуляторной батарее устанавливается с
помощью резистора R14
и изменяется автоматически во всем диапазоне рабочих температур за счет
терморезистивных свойств катушки R15.
С отключением питающего напряжения отпирается тиристорный ключ V8
и цепи нагрузок выхода «Выход I», и «Выход 2» подключаются
к аккумуляторной батарее.

Защита аккумуляторной батареи от токов
коротких замыканий осуществляется быстродействующими плавкими предохранителями
FI
и F2. Силовой трансформатор
Т1 и выпрямители VI…’V5
защищены от токов коротких замыканий предохранителем F16,
установленным вне шкафа. Рубильником SA1,
в положений АВАРИЙНО, возможно подключение цепей нагрузки данной секции к
шкафу питания другой секции. Рубильник SA2
позволяет переключать цепи нагрузки данной секции шкафа к источнику депо в положении
ИСТОЧНИК ДЕПО. Для подключения аккумуляторной батареи к источнику депо или к
данному шкафу питания предназначен рубильник SA3.

Для формирования импульсов управления
тиристорами в схему управления шкафа входят следующие функциональные узлы:

—
регулятор напряжения (PH);

—
тиристорный импульсный регулятор
напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи;

—
узел управления обратным тиристорным
ключом.

PH предназначен для формирования, усиления
и выдачи импульсов на открытие тиристоров VI и V2
управляемого выпрямителя.

Принцип действия PH заключается в автоматическом
изменении фазы импульсов управления в зависимости от значений напряжений на
входе и выходе устройства. Регулирование осуществляется путем изменения времени
разряда конденсаторов СЗ и С4 во времязадающих RC—
цепочках. Разряд каждого из конденсаторов СЗ и С4 осуществляется по двум
цепям, одна из которых неуправляемая, другая — управляемая сигналом обратной
связи по напряжению, снимаемым с регулируемого резистора R8.

На выходе неуправляемой времязадающей RC-цепочки
включен двухкаскадный транзисторный ключ. Он открывается в момент окончания
разряда конденсатора и выдает управляющий сигнал на соответствующий тиристор
VI или V2. Параметры
неуправляемых разрядных цепей этих конденсаторов выбраны таким образом, чтобы
при отключенной управляемой цепи разряда конденсаторов уровень выходного
напряжения составлял около 40 В. При подключенной управляемой цепи разряда
конденсаторов время их разряда уменьшается и соответственно изменяется фаза
импульсов управления тиристорами VI и V2,
обеспечивая увеличение выпрямленного напряжения до 50 В.

Заряд конденсаторов СЗ и С4 осуществляется
в нерабочие для тиристоров VI и V2
полупериоды питающего напряжения от выводов 4-6 трансформатора Т1 через диоды V7
и V8 до амплитудного
значения напряжения на этой обмотке. В рабочие полупериоды питающего напряжения
конденсатор СЗ разряжается через резисторы R9…R11
и базоэмиттерный переход транзистора V6
до уровня опорного напряжения на стабилитроне VII. Одновременно происходит
разряд этих конденсаторов через транзисторы VI3 и VI4, управляемые сигналом
обратной связи, снимаемого с резистора R8.
В зависимости от величины сигнала обратной связи изменяется степень открытия
транзисторов VI3 и VI4, что в конечном итоге изменит общее сопротивление
разрядной цепи, а следовательно, и постоянную времени разряда конденсаторов СЗ
и С4. В периоды протекания тока разряда конденсаторов СЗ и С4 транзисторы V5
и V6 открыты, a
V3
и V4 — закрыты. При снижении
напряжения на конденсаторах СЗ и С4 до уровня опорного напряжения на
стабилитроне VII, происходит открытие соответствующего транзистора V3
или V4, а затем — выдача
импульсов управления от импульсных трансформаторов Т1 и Т2 на соответствующие
силовые тиристоры VI и V2.

При снижении напряжения на выходе шкафа
питания пропорционально снижается напряжение обратной связи и, в случае
снижения напряжения ниже опорного напряжения на стабилитроне VI2, транзистор
VI3 закрывается, а транзистор V14
открывается, что приводит к уменьшению общего разрядного сопротивления и
снижению времени разряда конденсаторов СЗ и С4.

Уменьшение фазы открытия силовых
тиристоров VI и V2 приводит к увеличению
напряжения на выходе шкафа питания.

При увеличении напряжения на выходе шкафа
питания происходит обратный процесс. Таким образом, происходит стабилизация
выходного напряжения.

При этом точность стабилизации зависит от
стабильности опорного напряжения стабилитрона V12
и коэффициента усиления каскада транзисторов VI3 и VI4.

В состав импульсного регулятора напряжения
и тока заряда аккумуляторной батареи входят основной тиристорный ключ V7
и вспомогательный тиристор V22.

Принцип действия этого регулятора основан
на регулировании скважности открытого состояния тиристора V7,
управление которым осуществляется в каждый полупериод питающего напряжения по
цепи: положительный выход преобразователя напряжения, провод 12, конденсатор
02, резистор R35, диод V28,
провод 47, управляющий переход тиристора V7,
аккумуляторная батарея, минус преобразователя напряжения. При запертом
тиристоре V22, тиристор V7
отпирается каждый полупериод питающего напряжения и пропускает импульсы тока
заряда аккумуляторной батареи с частотой 100 Гц.

Система автоматического ограничения тока
заряда и напряжения на аккумуляторной батарее построена на сравнении сигналов,
пропорциональных значению тока заряда и напряжению на аккумуляторной батарее,
со значением опорного напряжения стабилитрона V23.
При этом сигнал обратной связи по току снимается с регулируемого резистора R9,
выпрямляется диодным мостом V24…V27,
сглаживается фильтром из дросселя L2
(PH), конденсатора С14, и поступает через разделительный диод V31
на резистор R38. А сигнал
обратной связи по напряжению, снимаемый с делителя напряжения, состоящего из резисторов
R13…R15,
поступает по проводам 19 и 13 на конденсатор С13 через диод V30,
также на резистор R38,
включенный параллельно стабилитрону V23
через управляющий переход тиристора V22.
При достижении значения напряжения на резисторе R38
больше значения напряжения на опорном стабилитроне V23,
отпирается тиристор V22,
что, в свою очередь, приводит к запиранию тиристорного ключа V7
и пропуску серии импульсов тока заряда аккумуляторной батареи. Следующее
отпирание тиристорного ключа произойдет лишь тогда, когда контролируемый параметр
будет меньше величины уставки, что, в свою очередь, вызовет запирание тиристора
Управление обратным тиристорным ключом V8
осуществляется от узла, состоящего из элементов: дросселя LI
(PH), конденсатора СП, стабилитрона V21,
диода V20. Сглаживающий фильтр L1.C11
включен на разность напряжений аккумуляторной батареи и преобразователя
напряжения. В случае исчезновения питающего напряжения
разность этих напряжений становится больше напряжения на стабилитроне V2I
и тиристорный ключ V8
отпирается током от аккумуляторной батареи, и цепи управления получают питание
от аккумуляторной батареи сначала через тиристор V8
и, с замыканием силовых контактов КМ, минуя тиристор V8.

В связи с задержкой на срабатывание до
0,05 с контактора КМ и с целью исключения нежелательных бросков тока через
аккумуляторную батарею, на это время ступенчато завышается сигнал обратной
связи по выходному напряжению путем шунтирования резистора R8
контактом контактора КМ. С включением контактора КМ его
контакты размыкаются и уставка выходного напряжения возвращается к
первоначальной величине. Тиристорный ключ V8
к этому моменту времени будет заперт, так как его
анод-катод был зашунтирован силовым контактом контактора КМ и процесс заряда
(подзаряда) аккумуляторной батареи будет происходить только через прямой
тиристорный ключ V7.

Цепь, состоящая из предохранителя F3,
тумблера S1- ВКЛЮЧЕНИЕ ШП,
предназначена для подачи и снятия напряжения питания на шкаф питания.

Вспомогательный контакт контактора КМ,
подключенный к Х3:2 и Х3:3 шкафа, выключает цепь сигнализации о срабатывании
контактора КМ при подаче питающего напряжения.

С целью исключения нежелательных провалов
и всплесков регулируемого выходного напряжения в момент восстановления подачи
питающего напряжения на шкаф питания предусмотрена подача сигнала,
соответствующего сигналу обратной связи номинального режима (50+0,5) В. Этот
сигнал формируется от напряжения аккумуляторной батареи на параметрическом
стабилизаторе R33-R17
и по цепи R32-KM:4-KM:3-R26
подается в цепь базы транзистора VI3. Таким образом, в момент восстановления
питания от выпрямителя, угол отпирания тиристоров VI (V2)
соответствует необходимому значению для поддержания среднего значения выходного
напряжения (50±2,5) В и перерегулирование при этом минимально.

Вспомогательный размыкающий контакт
контактора КМ: 1-КМ:2, подключенный к Х3:2 и Х3:3 шкафа, выключает цепь
сигнализации заряда аккумуляторной батареи «ЗБ» на пульте машиниста,
а замыкающий контакт КМ:7-КМ:8 подключает катушку контактора питания обогрева
лобовых стекол электровоза.

Вольтметр PV,
с помощью тумблеров S3 и S4,
может подключаться к цепи выпрямителя в положении НАПРЯЖЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ и
аккумуляторной батарее в положении НАПРЯЖЕНИЕ БАТАРЕИ. А также к цепи
преобразователя шкафа другой секции в положении АВАРИЙНО рубильника SA2.
Для того, чтобы вольтметр PV
показывал напряжение преобразователя своего шкафа или другой секции,
необходимо, чтобы тумблер S4
был обязательно в положении НАПРЯЖЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ.

Источник

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) предназначен для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный, плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования противо-ЭДС инвертора в режиме рекуперативного торможения. Технические данные ВИП следующие:

Номинальный выпрямленный ток, А 3150 Номинальное выпрямленное напряжение, В 1400

КПД при токе 3150 А, % 98,5 Габаритные размеры, мм:

ширина 1900

глубина 860

высота 1250

Масса блока, кг 1400

Охлаждение воздушное,

принудительное

Количество охлаждающего воздуха, м3/мин, не менее «‘ 330

На электровозе устанавливают шесть преобразователей. Конструктивно ВИП выполнен из двух блоков: выпрямитель-но-инверторного с системой формирования импульсов и блока питания (БП).

Силовая часть ВИП имеет восемь плеч и выполнена по схеме, приведенной на рнс. 6.1. Каждое плечо ВИП состоит из четырех параллельных ветвей тиристоров Т353-800-28-80 УХЛ2. Плечи VI, У2, У7, У8 имеют три, а плечи УЗ, У4, У5, У6 — два последовательно соединенных тиристора. Для обеспечения равномерного распределения напряжения по последовательно соединенным тиристорам используют шунтирующие резисторы, а для снятия внутренних коммутационных перенапряжений — цепочки 1?С, подключенные параллельно тиристорам.

Заданное неравномерное распределение тока (±10%) по параллельным ветвям тиристоров достигается путем применения индуктивных делителей, а также подбором последовательно соединенных тиристоров по суммарному падению напряжения при двух значениях тока: предельном (/пр) и 0,5/пр.

Силовая схема ВИП предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения.

Очередность открытия плеч ВИП в выпрямленном (тяга) н инверторном (рекуперация) режимах определяется алгоритмом работы системы управления преобразователями электровозов (БУВИП), приведенным на рис. 6.2. БУВИП формирует и в соответствии с заданным алгоритмом распределяет по плечам всех шести ВИП изменяемые по фазе управляющие импульсы, запускающие систему формирования импульсов (СФИ ВИП). Последняя в свою очередь формирует и распределяет по тиристорам управляющие импульсы требуемых параметров с заданной фазой и в заданной алгоритмом последовательности.

Тяговый режим. В зоне I работает секция 11 вторичной обмотки трансформатора (см. рис. 6.1). Регулирование выпрямленного напряжения производится открытием тиристоров плеч УЗ, У5 в момент а0 (рис. 6.3), а плеч У4 и У6 — в момент, соответствующий регулируемому углу <хр. Здесь ао — наименьший допустимый угол открытия тиристоров в начале каждого полупернода напряжения, равный (9±1)° (фаза управляющего импульса). При искаженной форме напряжения в КС значение а0 корректируют системой управления ВИП (БУВИП) путем задержки выдачи сигнала до тех пор, пока анодное напряжение на тиристорах не достигнет значения, достаточного для уверенного открытия всех тиристоров плеча ВИП.

При включении ВИП в работу в полупериод, когда ЭДС тягового трансформатора направлена справа налево (см. рис. 6.1), тнрнсторы плеча УЗ открываются в момент ао, а плеча У6 — в момент ар. Длительность управляющего импульса, поданного в момент ао, не перекрывает разницы в фазах а0 и ар, и к моменту подачи ар на тиристоры плеча У6 тиристоры плеча УЗ закроются, контур для прохождения тока не образуется. Для того, чтобы избежать такого явления в следующий полупериод, когда ЭДС тягового трансформатора направлена слева направо, на тиристоры плеча У5 сигнал управления подается дважды: первый — в момент осо, второй — в момент ар.

Нормальная работа схемы в зоне I начинается с момента подачи управляющих импульсов в ар одновременно на тиристоры плеч У4 и У5, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке после завершения коммутации тока с плеча У6 на плечо У4, т. е. в момент ар+Ур, гДе Ур — время коммутации (см. рис. 6.3, а).

В последующий полупериод при подаче на тиристоры плеча УЗ управляющих импульсов в ап они открываются, после чего происходит коммутация тока с тиристоров плеча 1/5 на тиристоры плеча УЗ. Энергия, запасенная в цепи выпрямленного тока за время коммутации ур (до открытия плеча 1/6′), разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч У4, УЗ, сглаживающий реактор РС, тяговый двигатель М. При открытии тиристоров плеча У6 в ар происходит коммутация тока с тиристоров плеча У4 на тиристоры плеча У6, и далее ток нагрузки проводят тиристоры плеч УЗ и У6. ‘

В следующий полупериод в момент а0 открываются тиристоры плеча У5, закрываются тиристоры плеча УЗ и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры плеч У5, У6, сглаживающий реактор, тяговый двигатель. Таким образом происходит чередование использования тиристоров в качестве нулевых вентилей; одни полупериод-плечи УЗ, У4, второй — У5, У6, что позволяет

Рис. 6.4. Диаграмма напряжения при регулировании в зоне IV в режиме рекуперативного торможения не усиливать по току эти плечи преобразователя, работающие в зоне I регулирования. Регулирование фазы управляющих импульсов производится в диапазоне от аР max ДО «Р min=ao+T.

В зоне II выпрямленное напряжение увеличивается от (1/4)с/„до (1/2) (Л, а регулирование осуществляется за счет изменения фазы открытия тиристоров плеч VI, У2 в диапазоне от ар max до ар min=a0 + y0 +То- При этом плечи V5, У6 открываются в момент а0, а плечи V3, У4 — в момент апз, т. е. управляющий импульс задерживается на время коммутации в контуре плеч VI, V2, V5, V6.

В зоне III производится перевод нагрузки с секций 1, 11 трансформатора на равновеликую по напряжению секцию 1//. После этого изменением угла открытия ар плеч V3, У4 в диапазоне от

«ртах Д° аР min=aO + Yo + Yo ВЫПрЯМленное напряжение плавно увеличивается от (1/2) UH до (3/4) t/H.

Для сохранения направления тока в обмотке трансформатора при переводе нагрузки на секцию 1/1 должна быть изменена полярность плеч, для чего на плечи V5, V6 управляющие импульсы с момента перехода подаются в полупернод противоположной полярности. При этом плечи 1/7, V8 открываются импульсами в ао, а плечи 1/5, V6-в ao3 = ao + Yo-

В зоне IV, регулирования в работу вводятся тиристоры плеч VI и У2 изменением угла открытия ар в диапазоне от aPmax до ap min=a0 + Yo + Yo- Прн этом выпрямленное напряжение увеличивается от (3/4)£/„ до U„ (рис. 6.3, б). Тиристоры плеч V7, V8 открываются импульсами «о, а плеч УЗ, У4 — задержанными а0з-

Как видно из описания, аппаратура управления ВИП (БУВИП) предусматривает прн работе в зонах II, III, IV автоматическую задержку управляющих импульсов ар, подаваемых на тиристоры плеча в контуре с меньшим напряжением до окончания коммутации тока в контуре с большим напряжением.

Режим открытия плеч импульсами ур во время коммутации тока, при которой напряжение на обмотке трансформатора на все время коммутации в обоих контурах (Yo = Yo + Yo) резко снижается, опасен тем, что напряжение может оказаться недостаточным для уверенного открытия тиристоров. По этой причине управляющий нмпульс, поданный в этот момент, может прекратиться прежде, чем ток во всех тиристорах плеча достигнет тока удержания, и нагрузку возьмут не все тиристоры плеча, что может привести к недопустимой перегрузке отдельных тиристоров.

С целью исключения подобных режимов и исключения возможности подачи управляющего импульса ар до окончания коммутации тока как в контуре с малым (Yo)> так и в контуре с большим (у’о) напряжениями предусмотрено автоматическое ограничение фазы импульсов ар, т. е. она должна быть всегда больше угла a = a0 + Yo + Yo-

Прн уменьшении напряжения на тяговых двигателях последовательность работы преобразователей и аппаратуры управления обратная изложенной- .выше.

Режим рекуперативного торможения. При этом режиме в зоне высоких скоростей тормозное усилие регулируется плавным изменением тока возбуждения, а в зоне средних и малых скоростей — плавным изменением ЭДС инвертора.

В. зоне IV импульсы управления подаются на тиристоры плеч V2, V7 и VI, V8 с фазой, равной углу опережения зажигащия р (рис. 6.4). Значение последнего автоматически регулируется в зависимости от тока рекуперации так, чтобы угол запаса б поддерживался постоянным, равным 20-22°, т. е. чтобы соблюдалось равенство б = (3 — у = const.

Тормозное усилие и скорость движения в зоне IV регулируются плавным изменением тока возбуждения, который по мере снижения скорости для поддержания заданного тормозного усилия должен увеличиваться плавным движением тормозной рукоятки контроллера машиниста (КМЭ).

При достижении наибольшего тока возбуждения дальнейшее поддержание тормозного усилия осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч V3 и V4 с фазой ар, меняющейся от ар^я — р до ар min. При этом полярность этих управляющих импульсов меняется по сравнению с режимом тяги на противоположную. Для дальнейшего снижения скорости осуществляется переход на зону III (работают плечи У4, V7 и V3, V8).

После снятия управляющих импульсов с тиристоров плеч VI, V2 и при открытии тиристоров плеч V3 и V4 происходит перевод тока рекуперации на мост, подключенный к секциям 11, 1/1 трансформатора, и тиристоры плеч начинают работать с углом ар = р.

Дальнейшее регулирование ЭДС осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч V5 и V6 с фазой, изменяющейся от ар<:л -р до

При достижении на тиристорах плеч V5, V6 фазы управляющих импульсов ap = ap тшддя перехода на зону II на плечи VI, V2 и V5, V6 подаются импульсы с фазой ар=р. Подача на тиристоры плеч V3, V4 выходными усилителями 3, 4 управляющих импульсов с фазой, меняющейся от ар<я -р до ар = ар min, приводит к дальнейшему снижению скорости.

При переходе на зону I управляющие импульсы снимаются с тиристоров плеч VI, V2, а на тиристоры плеч V5, V6 подаются импульсы, регулируемые по фазе.

Фаза управляющих импульсов плеч V3-V6 при вращении штурвала КМЭ в зоне I по направлению к нулю изменяется от а = я- р до ар min. При уменьшении фазы ар до я/2 рекуперация прекращается, а прн дальнейшем уменьшении угла ар начинается режим торможения противовключением. Прн этом тяговый двигатель развивает тяговый момент, соответствующий направлению движения Назад, и электровоз начинает потреблять энергию из сети.

На электровозе в режиме рекуперации при автоматическом регулировании тормозного усилия предусматривают трех-зонное регулирование напряжения на выходе ВИП, работающих в инверторном режиме.

Источник

Описание и основные характеристики

Преобразователь оснащен системой диагностирования, контролирующей работу узлов преобразователя.

Преобразователь сертифицирован в системе СС ФЖТ.

Технические характеристики

Номинальное входное однофазное напряжение, В	1570
Номинальный длительный выходной ток, А	1900
Номинальный пусковой выходной ток, А	3150
Номинальное выходное напряжение, В	1400
Номинальная выходная мощность, кВт	4000
КПД, не менее, %	98,5
Расход воздуха, не менее, м 3 /мин	330
Габаритные размеры шкафа БС/БП, мм (длина х глубина х высота)	1900/370х750/350х1080/350
Масса, не более, кг	1120/40
Срок службы, лет	15

Технико-экономическая эффективность

Применение преобразователя позволяет обеспечивать:

экономию тормозных колодок — 12 тонн/год;
возврат электроэнергии в сеть и экономию до 15% от потребляемой электровозом электроэнергии, за счет рекуперации;
увеличение ресурса за счет бесконтактного регулирования;
увеличение силы тяги электровоза на 10 %.

Источник

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)

Ваш е-мэйл

Заполните, если хотите получить ответ

Оцените наш проект

Источник

УСТРОЙСТВО ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВА

Конспект лекций

По электровозу ЭС5К.

IV часть.

Кандалакша 2016 г.

Семионов А.А

СТАТИЧЕСКИЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Особенности работы
тяговых преобразователей на локомотивах.

Выпрямители.

Выпрямители
классифицируются:

– по мощности;

– напряжению;

– числу фаз;

– схеме
выпрямления;

– способу
регулирования выходного напряжения.

По числу фаз
источника переменного напряжения выпрямители делятся на однофазные и
трехфазные.

По схеме
выпрямления различают выпрямители:

с одним вентилем
(однофазные однополупериодные);

со средней точкой
(однофазные двухполупериодные и трехфазные);

мостовые
(однофазные двухполупериодные и трехфазные).

Однополупериодная
схема выпрямления

Двухполупериодная
схема выпрямления с нулевой точкой

Преимущества:

1. ТЭД постоянно
находится под питанием;

Недостатки:

Двухполупериодная
мостовая схема выпрямления

Преимущества:

1.в данной схеме
выпрямления задействована вся вторичная обмотка трансформатора;

Управляемые
выпрямители.

1. замкнута цепь
нагрузки и анод (коллектор) имеет более высокий потенциал, чем катод (эмиттер);

На
управляющие выводы тиристоров подаются отпирающие импульсы,

Инверторы.

Рис.
Схема однофазного инвертора напряжения (а) и графики изменения напряжений и
токов (б).

Групповое
соединение полупроводниковых приборов.

Последовательное
соединение диодов.

Параллельное
соединение диодов.

Силовой
кремниевый вентиль

Диод
– это полупроводниковый вентиль, пропускающий ток только в одном направлении.

Тиристоры.

Схема
работы тиристора

Выпрямительная
установка возбуждения ВУВ-24-01

электровоза
ЭС5К (в схеме U3)

Конструкция и
принцип действия.

Преобразователь
выпрямительно-инверторный ВИП-4000М-УХЛ2, ВИП-4000Р-0-У1, ВИУ-40ООМ-УХЛ2.

Рисунок.
Функциональная схема ВИП

Нагрузкой ВИП являются тяговые двигатели
и сглаживающий реактор.

Технические характеристики

Номинальное
входное напряжение, ШС, В 1570

Номинальная частота входного напряжения,
Гц 50

Номинальное входное напряжение, БП,
В 380

Номинальное входное напряжение, БД, В 50

Параметры импульсов управления на входе
СФИ (резистор 68±6,8 Ом):

амплитуда напряжения, В, не
менее 18

амплитуда тока, А, не
менее 0,2

—
длительность импульсов тока на уровне

0,5 амплитуды, мкс, не
менее 30

скорость нарастания тока, А/мкс, не
менее 0,1

Номинальное выходное напряжение,
В 1400

Номинальный выходной ток,
В 3150

Номинальная выходная активная мощность
ВИП, кВт 4000

Номинальное выходное напряжение, БП,
В(ср.значение) 24; 70 (24;100)

Номинальная входная мощность БП,
Вт 600

Параметры импульсов управления на выходах
блоков управления БС(ШС)*

амплитуда напряжения основного импульса,
В 10(12)

амплитуда напряжения форсажного импульса,
В 20(35)

длительность импульсов по основанию,
мкс 850

Параметры импульсов на резисторах 4,7 Ом в
цепях

управления силовых тиристоров:

амплитуда напряжения основного импульса,
В 7(6)

Коэффициент полезного действия в
номинальном

режиме, %, не менее 98,6

Охлаждение
воздушное, принудительное

Зоны регулирования	Номер секции	Номера плеч
От 0 до 315 В	II	3, 4, 5, 6
От 315 до 630 В	I + II	1,2, 3,4, 5, 6
От 630 до 945 В	II + III	3,4, 5, 6, 7, 8
От 945 до 1260 В	III + II +1	1,2, 3,4, 7,8

Блок силовой.

Рассмотрим процесс инвертирования на
примере мостовой схемы.

Шкаф
питания ШП-21.

Технические данные:

Номинальное
входное напряжение переменного тока, В 380

Диапазон изменения входного напряжения, В от 280 до
470

Номинальная частота питающего напряжения,
Гц 50

Максимальная потребляемая мощность, кВт,
не более 13

Номинальное напряжение постоянного тока

«Выход I^й и «Выход 2^м,
В 50

Напряжение подзаряда аккумуляторной
батареи «Выход 3»

в диапазоне рабочих температур

от минус 50 °С до плюс 60 °С, В от 60 до
80

Номинальное напряжение переменного тока, В

«Выход
4» 75

«Выход 5» 100

Отклонение напряжения на «Выход
1» и «Выход 2» в диапазоне

рабочих токов и температуре от минус 50 °С
до плюс 60 °С, В ±2,5

Диапазон рабочих токов, А

«Выход 1» от 14,5 до 65

«Выход 2» от 1,5 до 40

«Выход 3» от 0 до 31

«Выход 4» и «Выход 5» от 0 до
10

Масса, кг 350

—
регулятор напряжения (PH);

—
тиристорный импульсный регулятор
напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи;

—
узел управления обратным тиристорным
ключом.

Уменьшение фазы открытия силовых
тиристоров VI и V2 приводит к увеличению
напряжения на выходе шкафа питания.

Источник