Тиристорные и тиристорно-диодные выпрямительно-инверторные преобразователи, используемые в цепях якорей тяговых двигателей пульсирующего тока, работают в режиме тяги как выпрямители, а при рекуперативном торможе-нйи - как зависимые инверторы, Зависимые инверторы работают параллельно с электростанциями на общую сеть переменного тока, уровень напряжения и частота их обусловлены параметрами генераторов электростанций. Известно несколько схем этих преобразователей, но все они имеют много общего в принципе действия, схемных и конструктивных решениях. Схемы этих преобразователей - однофазные двухполупериодные мостовые - могут быть симметричным« и несимметричными В первом случае тиристоры применены ВО всех четырех плечах моста, во втором их используют лишь в двух плечах, в остальных двух плечах ставят диоды.

Симметричная схема (рис. 136,а) позволяет создать бесконтактную силовую цепь, в которой нет переключателей ступеней, контакторов и переходных реакторов, и осуществить плавное регулирование напряжения как в тяговом, так и в тормозном режимах. Вследствие этого тяговые характеристики Р(и) занимают всю область скоростей вплоть до характеристики полного возбуждения. Машинист может выбрать любую из бесчисленного их множества и длительно продолжать езду при выбранной характеристике. Это позволяет, с одной стороны, при пуске реализовать большие токи тяговых двигателей и, следовательно, повысить на 8-10% среднюю силу тяги, не превышая ограничения по сцеплению колес с рельсами. Пусковая диаграмма получается плавной, с наибольшим приближением к линии ограничения по сцеплению.

Бесконтактная, безынерционная электронная система управления преобразователем дает возможность быстро изменять режимы движения. Например, на электровозе ВЛвСР переключение до наибольшего напряжения, переход на выбег и повторный выход на последнюю ступень напряжения занимают не более 1-2 с. Переходы из режима тяги в режим электрического торможения и обратно занимают около 9 с.

Чтобы повысить коэффициент мощности и уменьшить отрицательное влияние на линии связи, в тиристорных выпрямительно-инверторных преобразователях обычно предусматривают четырехзонное регулирование выпрямленного напряжения как в режиме тяги, так и в режиме электрического торможения.

Регулирование напряжения в тяговом режиме начинается с зоны /. Каждый полупериод напряжения питающей сети при частоте 50 Гц длится 0,01 с и равен 180°. Импульсы управления от БИТ1 и БИТ2, отпирающие тиристоры УБ1- К58, имеют ширину, или протяженность во времени, 13-18° и амплитуду тока около 1 А Чтобы в цепи тяговых двигателей М1 и М2 появился выпрямленный ток, необходимо определенное время держать открытыми тиристоры

Схема тиристорной выпрямительной установки для бесконтактного регулирования напряжения в силовой цепи (а) и диаграммы напряжений (б и в)

Рис. 136. Схема тиристорной выпрямительной установки для бесконтактного регулирования напряжения в силовой цепи (а) и диаграммы напряжений (б и в)

сразу двух плеч. Для этого в один из полупериодов питающего напряжения импульсы управления подаются на тиристор VS4 в момент, определяемый углом “per (Рис' 136,6), а на тиристор 7S5- в моменты, определяемые углами а0 и арег.

В следующий полупериод питающего напряжения импульсы управления подаются на тиристоры 7S5 и 7S6. На тиристор 7S3 импульсы подаются в момент, определяемый углом а0 = 74-8°, что соответствует открытому состоянию тиристоров в течение всего полупериода напряжения. В процессе регулирования этот угол остается почти постоянным. На тиристор 7S6 импульсы управления подаются в момент, определяемый регулируемым машинистом углом Орег, который на каждой зоне может изменяться в пределах от 170 до 10-15°. Наименьшее выпрямленное напряжение соответствует наибольшему углу регулирования. Затем импульсы управления снова подаются на тиристоры 754, 755, а в следующий по-лупериод - на тиристоры 755, 756, и далее такое чередование продолжается с частотой сети (т. е. 50 Гц). Уменьшая постепенно угол арег (вращением главного штурвала контроллера машиниста), на тяговых двигателях М1 и М2 постепенно увеличивают выпрямленное напряжение от 0 до 1 /4 полного значения. При увеличении тока нагрузки выпрямленное напряжение несколько снижается, что определяется внешними характеристиками выпрямителя.

В зоне II регулирования выпрямленное напряжение плавно повышается от 1 /4 до 1 /2 полного значения в результате открытия на весь полупериод тиристоров 75.3, 754, 755, 756 и изменения фазы подачи импульсов на тиристоры 751 и УБ2.

Каждый полупериод в момент коммутации тока (переключения тока с одних тиристоров на другие) возникает кратковременное короткое замыкание вторичной обмотки тягового трансформатора на время, определяемое углом коммутации у. В этом интервале времени выпрямленное напряжение близко к нулю.

По окончании регулирования в зоне II и продолжении движения главного штурвала контроллера машиниста автоматически мгновенно переводится нагрузка с двух секций напряжением холостого хода по 307,5 В трансформатора на одну с напряжением 615 В при соответствующем переключении импульсов управления с тиристоров У31, У32, У35, 1Л55 на тиристоры УЭ4, У37, К58. После этого, регулируя момент открытия тиристоров УБЗ и У34, выпрямленное напряжение повышают от 1/2 до 3/4, а в зоне IV после полного открытия тиристоров ЕЗЗ и У34 и регулирования момента открытия тиристоров У31 и У32 выпрямленное напряжение увеличивается от 3/4 до полного значения.

Если необходимо снизить выпрямленное напряжение, штурвал контроллера машиниста вращают в обратную сторону; при этом углы регулирования постепенно увеличиваются и происходит обратное переключение с высших зон на низшие, причем порядок открытия тиристоров сохраняется в соответствии с принятым порядком (алгоритмом) подачи импульсов управления.

При тяговом режиме первичная обмотка А-X (см. рис 136,а) тягового трансформатора Т является приемником энергии, а вторичная аI-х! - ее источником для тяговых двигателей, в ней э. д. с. и ток по направлению совпадают - их сдвиг по фазе не превышает я/2. У приемников энергии э. д. с. и ток по направлению противоположны - их сдвиг по фазе составляет от я до я/2.

Э. д. с. двигателей зависит от частоты вращения их якорей: с возрастанием частоты увеличивается э. д. с., при этом уменьшается ток 1Л. Когда Еа = еа, ток 1Л = 0. Однако при Ел > ел ток 1й остается равным нулю, так как в обратном направлении тиристоры его не проводят; это определяет отсутствие обратимости статических преобразователей. Чтобы возник генераторный ток 1Л, совпадающий по направлению с Ел, необходимо переключить преобразователь в инверторный режим, т. е. обеспечить открывание тиристоров в отрицательный полупериод. Для этого нужно увеличить угол отпирания а настолько, чтобы он стал больше я/2, но меньше я (рис. 136,а) Кроме того, необходимо изменить направление э. д. с. Еа, для чего переключают концы обмоток возбуждения двигателей М1 и М2 и пересоединяют их на независимое возбуждение. При этом направление э. д. с. еа должно быть противоположно Еи и току 1й. В этом случае обмотка а1-х! становится приемником энергии.

Э. д. с. е,, ток г, обмотки А--X в инверторном режиме направлены согласно, и она становится источником энергии для контактной сети Напряжение, получаемое на обмотке А-X, при этом должно иметь ту же частоту (50 Гц), что и напряжение контактной сети. Это достигается путем синхронного с частотой се ти открывания вентилей. Чтобы происходила передача энергии от обмотки А-X в контактную сеть, э д с е, должна быть больше напряжения сети 1/с.

Если не изменить полярность тиристоров и тем самым допустить, чтобы э. д. с. Еа совпадала по направлению с э. д. с еа обмотки аI-х1, образуется суммарная э. д. с., в результате чего наступит режим короткого замыкания, называемый опрокидыванием инвертора. Всякое нарушение питания цепей электровоза переменным напряжением (выключение главного выключателя электровоза, тяговой подстанции, отрыв токоприемника от контактного провода и т. д.) приводит к прекращению коммутации в генераторном режиме и к замыканию тяговых двигателей на вторичную обмотку трансформатора и на тиристоры, открытые в соответствующий полупериод. Этот режим близок к короткому замыканию, поскольку э. д. с. вторичной обмотки трансформатора исчезает. При электрическом торможении выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) работает как зависимый инвертор, но чтобы ток от тяговых двигателей, работающих генераторами, протекал в контактную сеть, необходимо импульсы управления подавать на тиристоры с некоторым углом опережения р в каждый полупериод напряжения сети. Значение этого угла изменяется аппаратурой управления автоматически так, чтобы угол запаса инвертора 6 сохранялся примерно постоянным и равным 20°. Этим поддерживается высокий коэффициент мощности.

Э. д. с. инвертора, а следовательно, и тормозной ток изменяются плавно на всех четырех зонах регулирования вследствие подачи импульсов управления на тиристоры ВИП в соответствии с алгоритмом управления. При этом в зонах II-IV происходит рекуперативное торможение (см. рис. 136,в), а в зоне I-плавный переход в режим торможения про-тивовключением тяговых двигателей.

На каждой зоне в режиме торможения тормозной ток может меняться не только в результате изменения э. д. с. ВИП, но также и регулирования тока возбуждения. Последний машинист задает, перемещая тормозную рукоятку. Чем меньше угол открытия тиристоров выпрямительной установки возбуждения (ВУВ), тем больше выпрямленное напряжение на обмотках возбуждения и ток возбуждения. С увеличением тока возбуждения растет тормозная сила электровоза. Машинист может регулировать работу ВИП и ВУВ раздельно, так как органы управления ими различны. Для облегчения работы машиниста и повышения устойчивости электрического торможения на электровозе ВЛ80Р предусмотрено не только ручное, но и автоматическое регулирование ВИП и ВУВ с помощью специальной системы противокомпаундиро-вания (начиная с электровоза № 1514). Эта система в зависимости от тормозного тока и скорости его изменения постоянно автоматически регулирует углы открытия тиристоров ВИП и ВУВ таким образом, чтобы не происходило резких бросков тормозного тока. Это значительно упрощает для машиниста процесс ввода в рекуперацию, так как нет необходимости следить за быстро изменяющимися токами якоря и возбуждения, регулировать их во избежание возникновения опасных резких толчков тормозных сил. Система осуществляет плавный вход в рекуперацию независимо от скорости движения тормозной рукоятки машинис том, а также смягчает резкие колебания тормозных токов (например, из-за бросков и снижения напряжения сети).

Система противокомпаундирования обладает большим быстродействием, позволяющим предотвращать опрокидывания инвертора и срывы рекуперативного торможения. Принцип ее работы заключается в том, что при резком увеличении тормозного тока мгновенно изменяются углы открытия тиристоров ВИП и ВУВ, в результате чего уменьшается и поддерживается постоянным тормозной ток. При регулировании тормозных токов машинистом вручную ток возбуждения и ток якоря изменяются с некоторым запаздыванием, относительно перемещения тормозной рукоятки и главного штурвала, определяемым работой автоматической системы противокомпаундирования.

Выпрямительно-инверторные преобразователи с несимметричным'управлением на отечественном э.п.с. применения не нашли.

Тиристорные и диодно-тиристорные выпрямители, используемые в цепях вспомогательных машин, упрввпения и освещения | Электровозы и электропоезда | Схемы преобразователей частоты и числа фаз

Рекомендуемый контент: