Діодні силові випрямляючі установки ЕРС
Завантажити конспект в форматі “docx” ви можете в кінці опису
Силові випрямляючі установки електрорухомого складу зібрані за мостовою схемою (рис. 6.6, а). Плечі установки VD1-VD4 складаються з гілок діодів, включених з послідовно-паралельною схемою (рис. 6.6, б). Для збільшення значення зворотної напруги діоди або тиристори включають у послідовні ланцюги. Діоди та тиристори в плечі випрямної установки підбирають по однаковому середньому значенню прямого спадання напруги при прямому струмі.
Електроди керування тиристорів підключають до блока регулювання. Струм через навантаження проходить протягом усього періоду: через плечі VD1-VD4 у випадку верхньої половини синусоїди напруги вторинної обмотки трансформатора, а потім через плечі VD2-VD4 у випадку нижньої половини синусоїди напруги вторинної обмотки трансформатора. Живлення тягових електродвигунів проводиться пульсуючим струмом, що негативно впливає на його роботу. В конструкції двигуна передбачено технічні особливості, які зменшують вплив пульсацій випрямленого струму, тому такі електродвигуни отримали назву тягових електродвигунів пульсуючого струму.
Рис. 6.6 Випрямляч, зібраний за мостовою схемою – а), плече випрямної установки – б), часова діаграма – в)
Трифазні випрямлячі використовуються як джерела постійної напруги живлення середньої та великої потужності в локомотивних депо. Вони живлять пристрої зарядки акумуляторних батарей, їх використовують як пристрої введення локомотива в депо та в інших цілях. Особливість їх роботи визначається тим, що робочим діодом (відкритий стан) є той, у якого в цей момент є більший потенціал на аноді. Це забезпечує тривалість відкритого стану діода протягом 60 градусів, внаслідок чого значно зменшуються пульсації випрямленої напруги. Переважно використовуються дві схеми трифазних випрямлячів: трифазна з нульовим виводом (рис. 6.7 ,а) і трифазна мостова (рис. 6.7, б).
Трифазний випрямляч з нульовим виводом (рис. 6.7, а) складається з трифазного трансформатора, фази вторинної обмотки якого з’єднані зіркою, та трьох діодів, увімкнених в кожну фазу. В період часу ti – t2 найбільший додатний потенціал фази «а» прикладений до анода діода VD1, тому він знаходиться у відкритому стані.
Струм проходить через діод VD1 до моменту часу t2, коли у відкритий стан переходить VD2, оскільки в цей момент часу до його анода прикладений найбільший додатний потенціал фази «Ь». Через VD2 струм проходить в проміжок часу від t2 до t3. Негативним фактором використання такої схеми є те, що підмагнічування сердечника трансформатора постійним струмом понижує ККД випрямляча.
Трифазний мостовий випрямляч (рис. 6.7, б) містить дві групи діодів: анодну — VD1 ,VD3,VD5 і катодну — VD2,VD4,VD6. Робота випрямляча, тобто порядок роботи діодів, визначається як верхніми половинами синусоїд (анодна група), так і нижніми (катодна група). Тривалість роботи кожного діода становить 60 градусів. В інтервалі часу t1-t2 струм проходить по шляху: обмотка фази «а», VD1, Rd, VD4, обмотка фази «Ь». В інтервалі часу t2-t3 шлях проходження струму такий: обмотка фази a, VD1, Rd, VD4, обмотка фази с.
Рис. 6.7 Схема трифазного випрямляча з нульовим виводом і його часові діаграми — а) та схема трифазного мостового випрямляча – б)
Таким чином, через навантаження струм проходить завжди в одному напрямку, а можливість використання нижніх половин синусоїд забезпечує в схемі випрямляча коефіцієнт пульсацій Кп- 0,057, що забезпечує широке використання такої схеми. На електровозах ВЛ40, ВЛ60, ВЛ80, використовують регулювання напруги на вторинній обмотці тягового трансформатора шляхом переключення основної та секційованої обмоток із зустрічного на згідне, це обумовило конструкцію та схему включення випрямної установки.
Виводи вторинної обмотки тягового трансформатора підключені через головний контролер ГК (рис. 6.8). та перехідні реактори ПР до випрямних установок 61, 62. Випрямлений струм згладжений реакторами СР живить тягові електродвигуни М1…М4. Машиніст за допомогою контролера машиніста КМ керує головним контролером, який переключає вводи вторинної обмотки. Передбачено 33 ступеня переключення позицій.
Також вас може зацікавити:
Випрямно-інверторні перетворювачі (docx)
В перший напівперіод струм діє: від виводу а1 тягового трансформатора Тр, відкриті діоди плеча VD3 (ВУ 61), живить якорі та обмотки збудження тягових електродвигунів М1 та М2, згладжується реактором СР, відкриті діоди плеча VD2 (ВУ 61), перехідний реактор ПР, головний контролер ГК, секціонована (регулююча) обмотка тягового трансформатора Тр. Електродвигуни М3 та М4 живляться по ланцюгу: секціонована обмотка тягового трансформатора Тр, головний контролер ГК, відкриті діоди плеча VD5 (ВУ 62), якорі та обмотки збудження двигунів М3 та М4, згладжуючий реактор СР, відкриті діоди плеча VD8 (ВУ 62), вивід а2 основної обмотки тягового трансформатора Тр.
Рис. 6.8 Спрощена схема силових кіл електровозів ВЛ60, ВЛ80, ВЛ40
У другий напівперіод (нижня половина синусоїди) тягові електродвигуни М3 та М4 живляться по такому ланцюгу: секціонована обмотка тягового трансформатора Тр, головний контролер ГК, перехідний реактор ПР, відкриті діоди плеча VD7 (ВУ 62), електродвигуни М3 та М4, реактор СР, відкриті діоди плеча VD6 (ВУ 62), перехідний реактор ПР, ГК, Тр. Тягові електродвигуни М1 та М2 одержують живлення в такий спосіб: вивід а2 основної обмотки Тр, відкриті діоди плеча VD1 (ВУ 61), електродвигуни М1 та М2, реактор СР, відкриті діоди плеча VD4 (ВУ 62), вивід а1 основної обмотки Тр, контакти ГК, секціонована обмотка Тр.
Таким чином, в різні напівперіоди синусоїди пари тягових електродвигунів, що розташовані на одному візку, живляться від різних напівобмоток трансформатора, що дає можливість рівномірно розподілити навантаження на двигунах і уникнути їх перевантаження. Контролює роботу силових кіл блок реле диференційних (БРД), який включається в точках живлення тягових електродвигунів з рівними потенціалами. При нормальному режимі роботи струми в обох ланцюгах живлення електродвигунів однакові, отже і величини напруг в точках включення БРД однакові.
При пробої плеча однієї з випрямних установок вторинна обмотка трансформатора замикається накоротко, струм в обмотці різко зростає, а величина напруги в одній з точок включення БРД спадає до нуля. БРД спрацьовує і відключає електровоз від контактної мережі. Випрямні установки електровозів ВЛ80 та ВЛ40 відрізняються по конструкції завдяки використанню в них різних типів діодів. Як приклад розглянемо конструкцію випрямної установки ВУК-4000т-02 електровоза ВЛ80. Установка розрахована на номінальний випрямлений струм — 3200 А, номінальну випрямлену напругу — 1350 В. Маса двох шаф випрямної установки становить — 450 кг.
Рис. 6.9 Шафа випрямної установки ВУК-4000т-02: 1 – верхній ізолятор; 2 – радіатори; 3 – рим-болт; 4 – шини; 5 – діод; 6 – гнучкий шунт верхнього виводу; 7 – ізоляційна прокладка; 8 – нижній ізолятор; 9 – металевий каркас; 10 – торцева ізоляційна панель; 11 – металева шайба; 12 – ізоляційна шпилька; 13 – ізоляційна планка
Також вас може зацікавити:
2006. Устройство и работа электровоза ВЛ80с А.Ю.Николаев, Н.В.Сесявин
Одна випрямна установка являє собою випрямний міст, що забезпечує живлення двох паралельно з’єднаних двигунів. Конструктивно випрямна установка виконана у виді двох шаф прямокутної форми і може працювати тільки з примусовим повітряним охолодженням (рис. 6.9). По обидва боки кожної шафи розміщені діоди (5), зібрані в блоки, що закріплені гайками на електроізоляційних панелях (10) за допомогою шпильок (12). Між горизонтальними блоками розташовані текстолітові електроізоляційні планки (13).
Охолоджувачі діодів ізольовані один від одного ізоляційними прокладками (7), що набираються на шпильки разом з діодами. Бокові частини шаф закрити кришками з гумовими або повстяними прокладками. Вентиляція установки примусова від верхніх мотор-вентиляторів електровоза. У кожному блоці розміщено по шість діодів з охолоджувачами (3). Установка укомплектована діодами ВЛ200-8 не нижче 8-го класу. Для зручності заміни діодів в експлуатації вони за значенням прямого спадання напруги розбиті на дві підгрупи.
Кожна з груп має наступне маркірування: підгрупа І (0,52; 0,53; 0,54 В) — чорний колір; підгрупа II (0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В) — білий колір. Одна випрямна установка містить 192 діоди. Шафа містить 96 діодів — це два плеча діодного моста, по одному з кожної сторони. Плече моста містить 4 послідовно і 12 паралельно з’єднаних діодів. В електропоїздів ЭР9 регулювання напруги здійснюється також на стороні вторинної обмотки трансформатора. Випрямна установка виконана з додатковими плечима, що дають змогу уникнути замикання виводів вторинної обмотки.
Цей процес регулювання називають вентильним або діодним регулюванням. Зміну величини напруги на випрямній установці здійснюють послідовним підключенням секцій вторинної обмотки нижчого тягового трансформатора. На першій позиції вала головного контролера (ГК) замкнуті контактори (1, 11, 12). На (рис. 6.10, а) дана схема живлення тягових двигунів однієї секції (7, 8) обмотки трансформатора через додатковий резистор Р2, що обмежує пусковий струм. Ця позиція використовується в якості маневрової. Вона необхідна для руху з невеликою швидкістю і малим прискоренням при рушанні з місця.
Рис. 6.10 Регулювання напруги на тягових двигунах електропоїздів ЭР9 на першій – а), другій – б), третій – в) та четвертій – г ) позиціях головного контролера та діаграми напруг – є)
На другій позиції ГК замикається контактор (9), що виводить пусковий реостат (рис. 6.10, б). Суцільними стрілками показано шлях струму при е.р.с. вторинної обмотки, спрямованої від виводу 8 до виводу 7, і пунктирними — шлях струму при зворотній полярності. На другій позиції струм протікає через контактори (1,9, 11). На третій позиції замкнуті контактори (1, 2, 11) (рис. 6.10, в). Напруга на двигунах підвищується.
В перший напівперіод до випрямної установки прикладена напруга двох секцій тягової обмотки трансформатора, струм спрямовано від виводу 6 до виводу 8, а у другий напівперіод на двигуни подається напруга тільки однієї секції обмотки трансформатора, струм спрямовано від виводу 8 до виводу 7. Діоди переходу ВП1 розірвано контактором (12). Ця позиція відрізняється підвищеною пульсацією (рис. 6.10, б), тому що в перший напівперіод напруга на двигунах дорівнює напрузі двох секцій обмотки трансформатора, а в другий напівперіод — напрузі однієї секції.
Підвищену пульсацію через нерівність підведеної напруги в різні напівперіоди мають всі наступні непарні позиції до п’ятнадцятої включно. Ці позиції використають тільки як перехідні в процесі пуску. На четвертій позиції включається контактор 12 (рис. 6.10, г), і в обидва напівперіоди двигуни одержують живлення від двох секцій вторинної обмотки трансформатора 6 і 8. Контактори 1, 11 знеструмлені, тому що ланцюг струму проходить тільки по вентилях переходу ВП1 і ВПЗ. Наявність діодів переходу ВП1…ВП4 перешкоджає утворенню струму короткого замикання при одночасному включенні контакторів.
На п’ятій позиції після розмикання контакторів 1, 11 замикається контактор (3). Знову створюється режим випрямлення з підвищеною пульсацією. Живлення електродвигунів у перший напівперіод здійснюється напругою від трьох секцій 5, 8 тягової обмотки трансформатора через діоди переходу ВП4, у другий напівперіод — від двох секцій 6, 8 через діоди переходу ВП1.
Подальший процес підвищення напруги на тягових двигунах до шістнадцятої позиції аналогічний описаному вище: на непарних позиціях розімкнутий один з контакторів 11 або 12, і здійснюється несиметричний режим випрямлення з підвищеною пульсацією, а на парних позиціях контактори 11, 12 замкнуті, і здійснюється двонапівперіодне випрямлення з нормальною пульсацією струму. На 16-й позиції випрямний міст виявляється включеним на повну напругу всіх восьми секцій обмотки нижчої напруги трансформатора. В сімнадцятій та вісімнадцятій позиціях включаються контактори ослаблення збудження двигунів, яке досягає 53,5 %.
На дев’ятнадцятій, останній робочій позиції головного контролера, поле двигунів додатково послабляється до 32 %. Ця позиція дозволяє реалізувати найвищу швидкість руху електропоїзда. Двадцята позиція є холостою. Вона забезпечує рівномірне обертання головного контролера при переході на 1-у позицію після «скидання» рукоятки контролера машиніста. Випрямна установка УВП-3 електропоїздів ЭР9М (рис. 6.11) укомплектована 84 діодами ВЛ-200 і розташована в пилонепроникній камері під рамою моторного вагона.
Камера має дві знімні (із внутрішньої і зовнішньої сторони) кришки (1). У камері розташовані шість блоків, що складаються з 12 діодів, і два блоки, що складаються з 6 діодів (для розщеплених частин пліч), розташованих у горизонтальних рядах. Діоди (вентилі) укручені в алюмінієві охолоджувачі. Охолоджувачі один від одного ізольован
Рис. 6.11 Випрямна установка УВП-3 електропоїздів ЭР9П, ЭР9М: 1 – кришка; 2 – каркас; 3 – блок охолоджувачів; 4 -діод ВЛ-200
гетинаксовими прокладками. Гнучкі виводи вентилів і вушка пластин струмовідводу знаходяться зовні і легко доступні для огляду і ремонту. Клеми для приєднання силових проводів розташовані на чотирьох гетинаксових панелях по краях установки. Блоки з вентилями підвішені в камері на направляючих пальцях і укріплені чотирма болтами. Блоки усередині камери утворюють канал для холодного повітря. Охолодження установки проводиться від вентилятора, вентиляційне колесо якого насаджене на вал ротора автоматичного розщеплювана фаз.
На електропоїзді ЭР9Е застосована випрямна установка УВП-5А (рис. 6.12) Конструктивно установка являє собою підвагонну камеру з однобічним обслуговуванням. Усередині камери на чотирьох групових охолоджувачах розміщені таблеткові лавинні діоди. Для кращого доступу до елементів схеми передбачене шарнірне кріплення групових охолоджувачів, яке відкидається на кут 90°. Загальна кількість діодів в установці — 60 шт. Електрична схема установки являє собою однофазний випрямний міст із розщепленнями двох пліч для забезпечення плавного безструмового переходу з однієї позиції на іншу.
Також вас може зацікавити:
1978. Электропоезд ЭР9м руководство по эксплуатации
Плечі випрямного моста складаються з трьох однакових ліній, у кожній з який по чотири послідовно з’єднаних вентиля. На двох групових охолоджувачах з чотирьох розташовано по 18 діодів, на двох інших — по 12. Контактне натискання усередині діода і мінімальний тепловий опір системи діод — охолоджувач забезпечується зовнішнім механічним притискним пристроєм (рис. 6.18), що створює зусилля близько 9800 Н . Як таблеткові вентилі у випрямній установці застосовані діоди ВЛ7-320 10-13-го класів.
Прямий струм — 320 А. Зворотна напруга — 1300 В. Захисні кожухи випрямної установки для підвищення ефективності охолодження мають направляючі патрубки для захоплення зустрічного потоку повітря і напрямку його на ребра групових охолоджувачів.
Рис. 6.12 Випрямна установка УВП-5А електропоїздів ЭР9Е, ЭР9Т. А), притискний пристрій діода ВЛ-7-320 -б), електрична схема – в): 1 – шпилька; 2 – діод ВЛ7-320; 3 – траверса; 4 – втулка; 5 – ізоляційна шайба; 6 – струмоведуча шина; 7 – комплект тарілчастих пружин; 8 – електроізоляційний диск
На електровозах ЧС4Т, як і на електровозах ЧС4, використані дві тягові випрямні установки — по одній на три тягових двигуни. У кожному плечі випрямних мостів є 16 гілок. Що складаються із чотирьох послідовно включених вентилів типу D200. Таким чином, усього в кожній випрямній установці типу DITYRUS-beta використано 256 діодів (рис. 6.14). Застосування компенсуючих трансформаторів Т1-Т16 дозволяє покращити розподіл струму навантажень між діодами.
У випрямних установках типу DITYRUS-beta змінний струм підводиться до діодів через первинні обмотки компенсуючих трансформаторів. Вторинні обмотки цих трансформаторів з’єднані послідовно, створюючи короткозамкнений виток. Це дає можливість вирівняти струми у всіх гілках плеча. Завдяки застосуванню компенсуючих трансформаторів можлива заміна діодів без підбора по групах і забезпечується експлуатація випрямних установок при старінні діодів.
Рис. 6.13 Компенсуючий трансформатор
Кожен трансформатор являє собою замкнутий сердечник з магнітного матеріалу із двома обмотками (рис. 6.13). Первинна обмотка складається із чотирьох витків мідної шини перетином 30×2 мм, довжиною близько 850 мм. Вторинною обмоткою служить мідна шина перетином 4×10 мм, що проходить через вікно сердечника. Обмотки разом із сердечником залиті епоксидною смолою. Компенсуючий трансформатор КТ200 розраховано на тривалий струм — 280 А. Він має вагу 2,3 кг та габаритні розміри — 85x90x80 мм.
Діоди в комплекті з радіаторами, апаратами захисту та сигналізації змонтовані в загальній металевій шафі. У кожній із двох установлених на електровозі шаф знаходиться по одній тяговій випрямній установці і одній випрямній установці допоміжних машин. Габаритні розміри шафи 1927x1590x670 мм, маса — 1 250 кг. У горизонтальних рядах кожного плеча тягової випрямної установки змонтовано по 16 діодів. А у вертикальних рядах — по 4.
Рис. 6.14 Плече випрямної установки DITYRUS-beta електровоза ЧС4Т
Також вас може зацікавити:
Електрорухомий склад (електровози, електропоїзди) Електронний підручник (docx)
