Главная | Карта сайта

Преобразовательные установки для режима электрического торможения

На электровозах переменного тока может быть применено как: рекуперативное, так и реостатное электрическое торможение.

Рекуперативное торможение. При рекуперации на электровозах переменного тока, как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована и как инвертор. Инвертирование, как и выпрямление, осуществляют по различным схемам (см. рис. 62).

Объясним принцип инвертирования на примере мостовой схемы (рис. 66, а). Для осуществления рекуперации тяговые двигатели переводят в генераторный режим, обеспечивая их независимое возбуждение. Одновременно изменяют полярность обмоток якорей для того, чтобы направление генерируемого тока соответствовало прямой проводимости тиристоров. Сделать это нетрудно: необходимо установить соответствующее направление тока в обмотках возбуждения ОБ.

Напряжение от тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подводится к инвертору, плечи которого соединены по схеме моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка тягового трансформатора.

Чтобы передать электрическую энергию в контактную сеть, необходимо прежде всего обеспечить прохождение тока двигателя, работающего в режиме генератора, через вторичную обмотку Н2-К2. Ток в ней должен быть направлен встречно по отношению к напряжению в этой обмотке. Предположим, что в первый полупериод напряжение во вторичной обмотке действует слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить справа налево. Для этого необходимо открыть тиристоры УБ2 и 1/54, а в следующий полупериод — тиристоры У51 и УБЗ и т. д. Так как частота тока в контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз менять направление тока в обмотке Н2-К2. Кроме того, необходимо, чтобы напряжение, наводимое в первичной обмотке трансформатора, было бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом ток из первичной обмотки трансформатора пойдет в контактную сеть.

Укажем на одну очень важную особенность инвертирования. Как уже было сказано, тиристор закрыть при прохождении через него тока нельзя. Поэтому, если, допустим, были открыты тиристоры УБ1 и УБЗ, а затем в начале следующего полупериода откроются тиристоры УБ2 и УБ4, то образуются две короткозамкнутые цепи: через вентили УБ1, УБ4 и через УБ2, УБЗ.

Произойдет так называемое опрокидывание инвертора. Не вдаваясь в физическую суть процесса, отметим лишь, что во избежание короткого замыкания необходимо подать импульс, открывающий тиристоры УБ2, УБ4 до момента, в который изменяющееся синусоидально напряжение во вторичной обмотке достигнет нулевого значения (рис. 66, б). Угол отсчитываемый от момента открытия этих тиристоров до момента, в который напряжение становится равным нулю, называют углом опережения открытия вентилей. В следующий полупериод должны быть открыты с тем же углом опережения тиристоры.

Преобразователи, установленные на электровозе ВЛ80Р (см. рис. 65, а), являются управляемыми выпрямителями в тяговом режиме работы электро-
воза и инверторами в режиме рекуперативного торможения. Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) выполнен на тиристорах Т2-320 14-го и 15-го классов. Каждое из восьми плеч ВИП содержит семь параллельных ветвей с тремя последовательно соединенными тиристорами (исключение составляют 5-е и 6-е плечи, имеющие по два последовательно соединенных тиристора). Таким образом, ВИП содержит 154 силовых управляемых вентиля.

ВИП рассчитан на номинальные выпрямленные ток 1760 А и напряжение 1250 В. Каждый выпрямительно-инверторный преобразователь соединен с двумя тяговыми двигателями, т. е. на электровозе ВЛ80Р установлено четыре ВИП, общее число тиристоров в них равно 616. Коэффициент полезного действия ВИП 98%. В режиме рекуперативного торможения сохраняется тот же принцип четырехзонного плавного регулирования напряжения инвертора и соответственно тока и тормозного усилия, что и в режиме выпрямления.

В режиме рекуперации тормозное усилие регулируется при высоких скоростях плавным изменением тока возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, а при средних и малых — плавным изменением э. д. с. трансформатора, что осуществляется с помощью ВИП.

Изменение тока возбуждения на высоких скоростях движения электровоза осуществляется с помощью управляемой вентильной установки возбуждения (ВУВ). Она унифицирована для электровозов ВЛ80Т, ВЛ80С и ВЛ80Р. Обмотки возбуждения всех двигателей электровоза при этом соединены последовательно.

Эксплуатация электровозов ВЛ80Р показала, что среднее количество электрической энергии, возвращаемой в контактную сеть, составляет 10—14% от расходуемой в тяговом режиме на Дальневосточной дороге и 7—10% на других дорогах.

Реостатное торможение на электровозах переменного тока может быть осуществлено по тем же схемам, что и на электровозах постоянного тока.

На электровозах серий ВЛ80Г и ВЛ80С для реостатного торможения применяют схему с независимым возбуждением тяговых двигателей (рис. 67). Обмотки якорей всех тяговых двигателей отключают от обмоток возбуждения и включают на отдельные тормозные резисторы Я. Обмотки возбуждения всех тяговых двигателей электровоза соединяют последовательно и подключают к выпрямительной установке ВУВ, состоящей из двух блоков ВУВ1 и ВУВ2.

Последовательное соединение восьми обмоток возбуждения обеспечивает равенство потоков возбуждения всех тяговых двигателей, что способствует равномерному распределению нагрузок между двигателями при торможении. Выпрямленное напряжение плавно регулируется, что обеспечивается изменением момента открытия тиристоров ВУВ с помощью системы автоматики, позволяющей регулировать ток возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме. В зоне низких скоростей для более полного использования возможностей реостатного торможения уменьшают сопротивления тормозных резисторов, включая контактор.

Схема выпрямления ВУВ — двух-полупериодная с нулевым выводом (см. рис. 62, а). Такая структура выпрямителя выбрана по следующим причинам. Напряжение питания обмоток возбуждения существенно ниже напряжения, необходимого для питания тяговых двигателей, и неполное использование части вторичной обмотки трансформатора мало увеличивает общий расход меди на электровозе. В связи с небольшим напряжением каждое плечо ВУВ содержит только два последовательно соединенных тиристора: к расчетному числу (в данном случае единице) прибавляют еще один вентиль для повышения надежности. Следовательно, при мостовой схеме потребовалось бы в 2 раза больше полупроводниковых приборов и вспомогательного оборудования, обеспечивающего равномерную нагрузку параллельных ветвей каждого плеча.

Блок ВУВ (см. рис. 67) представляет собой одно плечо, имеющее шесть параллельных ветвей, в каждую из которых входят два последовательно соединенных тиристора ТЛ-200. Выпрямительная установка возбуждения получает питание от вторичной обмотки трансформатора с номинальным напряжением 175 В, выпрямленный ток длительного режима составляет 850 А.