Схемы преобразователей с импульсным управлением тяговыми двигателями э.п.с. постоянного тока

Общие сведения. В процессе импульсного управления тяговыми двигателями непрерывный входной сигнал (напряжение постоянного тока) преобразуется в дискретный - в импульсы; чередование импульсов и пауз происходит с закономерностью, определяемой действием системы управления. При импульсном выходном напряжении преобразователя его среднее значение

Здесь Ці - напряжение на входе преобразователя, - продолжительность (ширина) импульса, Т - период частоты повторяемости импульсов т = К + с == 1/Д,,

где - продолжительность паузы; Д, - частота импульсов.

Коэффициент заполнения я = (_и/г = а„.

В случае одного и того же напряжения 11а на входе преобразователя в зависимости от продолжительности импульсов і_и и частоты переключений Д,, обратной периоду повторяемости импульсов, будет среднее напряжение на нагрузке С/_и (рис. 139,6 и в).

При импульсном управлении в тяговом режиме тиристорный преобразователь (рис. 139,а) состоит нз прерывателя, фильтра 1-фСф на его входе, сглаживающего реактора /,_р на выходе и обратного диода 1ЛОо. Реактор ?_р слу жит для накопления энергии во время подачи импульса с целью поддержания тока в двигателе М в прежнем направлении во время паузы (через диод 1ЛОо). Фильтр, состоящий из реактора и конденсатора Сф, снижает пульсацию тока в контактной сети, устраняет мешающее влияние пульсирующего тока на линии связи, ограничивает перенапряжения.

Наиболее широко на э.п.с. с импульсным управлением тяговыми двигателями применяют замкнутые системы автоматического регулирования. В этом случае блок СУ обеспечивает вместе с датчиком тока ДТ необходимую закономерность изменения коэффициента заполнения тиристорного прерывателя для поддержания заданного значения регулируемой величины.

Широтно-импульсная система управления. В этом случае формирование среднего напряжения 1/„ осуществляется изменением ширины импульса (_и (см.

Рнс. 139. Схемы преобразователей с импульсным управлением тяговыми двигателями рис. 139,6) при одинаковом периоде Т\ при этом увеличение ширины импульса от /_И1 до <_И! соответствует увеличению выходного напряжения от 0_И1 до С/_Н2. В частотно-импульсной системе (см рис. 139,в) такой же результат получается при уменьшении периода от Т> до Т₂ и, следовательно, при повышении частоты )_и с сохранением одинаковой ширины импульса 1_и. Для обеих систем управления при прямоугольной форме импульсов 11_н = 0 Д; и, следовательно, изменяя коэффициент заполнения X, можно изменять среднее напряжение, приложенное к тяговым двигателям. При малом значении X и недостаточной индуктивности ?_р ток в цепи двигателя в период паузы <_п может спадать до нуля и даже быть прерывистым. Поэтому индуктивность /.р выбирают обычно из условия обеспечения непрерывного тока в двигателе при принятом коэффициенте заполнения. Во время импульса, принимая подводимое к преобразователю напряжение постоянного тока неизменным, имеем ?/_и = иа-

При широтно-импульсном управлении сначала от блока СУ (см. рис. 139,а) открывается вспомогательный тиристор 1/32, вследствие чего коммутирующий конденсатор С_к заряжается через двигатель М до напряжения и_л (см. штриховую стрелку), равного напряжению источника питания. После окончания процесса заряда, когда зарядный ток конденсатора, проходящий через тиристор УБ2, становится меньше тока, необходимого для удержания его в открытом состоянии, тиристор УБ2 закрывается. Затем блок СУ открывает главный тиристор УБ1, и на двигатель М подается импульс питающего напряжения, при этом через тиристор УБІ начинает протекать ток В это же время коммутирующий конденсатор через диод Уй2 соединяется с катушкой индуктивности И, вследствие чего образуется резонансный контур, по которому происходит перезаряд конденсатора С_к до напряжения и_л. По окончании перезаряда конденсатор приобретает обратную полярность (см. сплошную стрелку).

Через определенный промежуток времени /_и (см. рис. 139,а), после которого следует отключить двигатель от источника питания, снова открывают вспо могательный тиристор УБ2 (см. рис. 139,в). Напряжение конденсатора прикладывается к главному тиристору УЗ1 в обратном направлении,вследствие чего тиристор закрывается. Во время этого процесса коммутирующий конденсатор С_к перезаряжается через диод К?>2 и катушку индуктивности Ь1, образуя резонансный контур, вследствие чего напряжение 11а на конденсаторе снова меняет свою полярность. Спустя определенный промежуток времени <_п, соответствующий паузе между импульсами, опять открывают главный тиристор, и на двигатель вновь подается импульс напряжения.

Главный и вспомогательный тиристоры при таком регулировании переключаются блоком СУ, вырабатывающим импульсы тока, которые поочередно подаются на управляющие выводы тиристоров УБ1 и УБ2.

Тиристорный прерыватель может быть также выполнен без цепи перезаряда С_к и УБ2. В этом случае перезаряд конденсатора осуществляется через цепь двигателя М.

Частотно-импульсное регулирование напряжения. Оно осуществляется обычно тиристорным прерывателем (рис. 139,г), который выполняется без вспомогательного тиристора. Главный тиристор УБ1 в этом прерывателе закрывается колебательным контуром ?_КС_К, который обеспечивает естественное уменьшение до нуля импульса тока, проходящего через тиристор УБ1. Катушка индуктивности Ь подключена последовательно с тиристором УБ1, а коммутирующий конденсатор С_к включен параллельно этой цепи.

При больших токах в цепях тяговых двигателей, превышающих предельный ток наиболее мощного выпускаемого промышленностью тиристора, вместо параллельного включения нескольких тиристоров применяют двухфазные (например, на электропоездах ЭР12 и др.) и многофазные импульсные преобразователи (на электровозе ВЛ14 и др.). Такие преобразователи имеют общий входной фильтр Сф?ф (рис. 139,6); система управления обеспечивает фиксированный сдвиг по времени моментов открытия и закрытия очередных главных тиристоров. Сдвиг принимается равным T/N^ (здесь М_ф -

число фаз многофазного импульсного преобразователя). В таких преобразователях устраняется затруднение в уравнивании токов в параллельных цепях главных и коммутирующих тиристоров и повышается частота пульсаций, что позволяет уменьшить размеры и массу входного фильтра, а при N^ = 2 - повысить также использование коммутирующего конденсатора.

При предельном токе /_пр основного тиристора и наибольшем токе, приходящемся на многофазный преобразователь,

1 = /д пуск^тю число фаз должно быть ^Ф пуск^д/^пр К„ (здесь т_д - чис ло двигателей, питаемых от преобразователя во время их пуска; к_я > 1 - коэффициент надежности).

В мостовой схеме рис. 139,(3 моменты отпирания и закрытия главных тиристоров двух фаз УБ! и УБ2 сдвинуты по времени на полупериод Т/2 Конденсатор С_к предварительно заряжается через открытые коммутирующие тиристоры УБ_К1 и К5_к3 или УЗ_К2 и УЗ_К4

В процессе работы, если открыт главный тиристор УД/, для его закрытия через необходимый интервал времени после начала протекания тока открываются коммутирующие тиристоры УД_К1 и УД_К<3, при этом конденсатор С_к перезаряжается и приобретает обратную полярность. Аналогично через '/2 периода после протекания тока в течение /„ закрывается главный тиристор второй фазы УД2 с помощью коммутирующих четных тиристоров УД_К2 и УД_К4. Регулирование напряжения достигается изменением моментов открытия указанных главных тиристоров в каждый полупериод.

Если УУф > 2, то каждая фаза имеет свой коммутирующий конденсатор С_к. Число коммутирующих /.„/, /._к2 и сглаживающих реакторов /.„/, Ь_и2, накопляющих энергию во время импульса и отдающих ее во время паузы, а также обратных диодов УИ₀1, У?>₀2 соответствует числу фаз УУф.