Выпрямительная установка (ВУ). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для выпрямления переменного тока, вырабатываемого синхронным генератором, устанавливается выпрямительная установка (ВУ), выполненная на лавинных силовых кремниевых вентилях типа ВЛ-200-8 (восьмого класса, т. е. рассчитанных на напряжение 800 В, ток 200 А). Лавинные тиристоры не повреждаются при подаче на них больших напряжений и могут работать без дополнительных устройств зашиты и равномерного распределения напряжения между последовательно соединенными вентилями, которые необходимы для обычных тиристоров.
В преобразовательной технике стационарных установок и в тепловозостроении за рубежом наибольшее распространение получила трехфазная мостовая схема выпрямления, расчетная мощность которой только примерно на 5 % превышает активную и обеспечивает высокую частоту пульсации выпрямленного напряжения при малой их амплитуде.
Исследования показали, что пульсации выпрямленного тока тепловозных ВУ при трехфазной мостовой схеме выпрямления не превышают 4-5%, что практически не влияет на качество коммутации электродвигателей. Поэтому на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70 и др. применена Схема глухого параллельного соединения выпрямительных мостов (без уравнительного реактора). Параллельное соединение выбрано потому, что требует в 2 раза меньшего числа вентилей, чем последовательное при одинаковом значении и частоте пульсаций выпрямленного напряжения.
Параметры выпрямительной установки типа УВКЛ-5 следующие.
|
Номинальное выпрямленное напряжение, В |
700 |
|
Кратковременное допустимое напряжение, В |
850 |
|
Номинальный выпрямленный ток, А |
5700 |
|
Ток нагрузки в течение 2 мин с ин- |
|
|
тервалами между ними 30 мин, А |
8700 |
|
Частота питания, Гц |
30 -- 133 |
|
Расчетный к.п.д., % |
99,3 |
|
Схема соединения |
два параллельно соеди- |
|
ненных трехфазных мое |
|
|
Тип вентилей |
та ВЛ-200-8 |
|
Общее число вентилей, шт. |
240 |
|
Охлаждение |
воздушное независимое |
|
Масса, кг |
650 |
173
Рис. 8.8. Принципиальная схема выпрямительной установки: СГ- синхронный тяговый генератор; ICI, IC2, 1СЗ- зажимы первой звезды статарной обмотки; 2С1, 2С2, 2СЗ- зажимы второй звезды
Плечо моста состоит из десяти параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых включено по два вентиля последовательно: следовательно, фаза имеет 40 вентилей. На рис. 8.8 показана схема одной фазы, а остальные обозначены условно прямоугольниками.
В шкафу выпрямительной установки размером 1165 X1250 X Х700 мм размешены вентили. Конструкция шкафа обеспечивает доступ с двух сторон. На каждой стороне шкафа установлен один трехфазный мост. Вентили с охладителями-радиаторами собраны в отдельные блоки по 8 шт. На каждой стороне шкафа расположены 15 блоков. Все блоки съемные, что обеспечивает доступ для очистки воздушного канала и смены охладителей.
Вентили охлаждаются вентилятором с электроприводом, расположенным на ВУ. Защита выпрямителей от внутренних коротких замыканий на этих тепловозах производится при помощи реле РМ2, подключаемого между нулевыми точками звезд генератора. Принцип действия защиты заключается в том, что при возникновении внутренних коротких замыканий появляется постоянная составляющая в напряжении, на которую и реагирует реле. Дверцы шкафа имеют конечные выключатели, которые снимают напряжение с ВУ при их открытии.
Регулятор напряжения типа БРН-ЗВ (РН). Регулятор поддерживает постоянным напряжение вспомогательного генератора, частота вращения якоря и нагрузка которого изменяются в широких пределах. Принцип работы тепловозных регуляторов напряжения основан на изменении тока возбуждения вспомогательных генераторов. Точность поддержания напряжения рассматриваемого регулятора 75 ±1 В. Регулятор состоит из измерительного и регулирующего органов.
Измерительный орган (рис. 8.9, а) выполнен по мостовой схеме, в которой стабилизированное напряжение на стабилитроне СТЗ сравнивается с напряжением между выводом генератора Я2 и движком потенциометра R2, изменяющимся с изменением напряжения вспомогательного генератора ВГ. Измерительный орган включает транзисторы 77 - ТЗ, стабилитроны СТЗ - СТ5, потенциометр R2, резисторы Rl', Rl - R5, диоды Д1, Д7 и конденсатор С7. Стабилитрон СТЗ используется как чувствительный элемент, pea-
тирующий на изменение напряжения ВГ. Стабилитроны СТ4 и СТ5 являются термокомпенсаторами.
Регулирующий орган включает два тиристора Т4 и Т5, диоды Д8 - Д13, Діб, стабилитроны СТ14, СТ15, СТ17, конденсаторы С2- С4, резисторы Р6- Р9 и дроссели Др1 и Др'2. Обмотка возбуждения Ш1 - Ш2 (ОВ) служит нагрузкой для регулирующего органа. Регулирующий орган представляет собой мультивибратор (рис. 8.9, б), собранный на тиристорах Т4 и Т5. Элементом управления служит резистор Р6 на 1200 Ом, обеспечивающий открытие тиристора Т4. Такие схемы позволяют изменять полярность напряжения на силовых электродах тиристора и используются в цепях постоянного тока для запирания тиристора.
После включения рубильника подается отпирающий (положительный) импульс на управляющий электрод тиристора Т4 через обмотку возбуждения ОВ и резистор Я6, и тиристор открывается. По обмотке возбуждения вспомогательного генератора потечет значительный ток (через анод - катод Т4); одновременно конденсатор С2 заряжается через резистор 1?7. Для закрытия тиристора Т4 необходимо подать отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора Т5. По мере накапливания заряда и увеличения напряжения на конденсаторе С2 пробивается стабилитрон Ст15, подается отпирающий импульс на управляющий электрод Т5, и он открывается.
Рис. 8.9. Бесконтактный регулятор напряжения БРН-ЗВ: а - схема регулятора; б- схема мультивибратора; е- диаграмма напряжения; t время работы мультивибратора; h- время работы и покоя мультивибратора; 1з-времяоткрытого состояния 74
При отпирании тиристора Т5 конденсатор С2 разряжается через Т5 и еще открытый Т4. При этом на тиристор Т4 мгновенно подается напряжение обратной полярности, которое и закрывает его. После закрытия тиристора Т4 происходит перезаряд конденсатора С2 через обмотку возбуждения ОВ и открытый тиристор. ТТ) (полярность указана з скобках). Тиристор Т4 открывается, а Т5 закрывается разрядным током конденсатора, и процесс повторяется с частотой, достигающей примерно 600 Гц (определяется значением 1?7 и С2).
Схема настраивается движком потенциометра 1?2 таким образом, что при напряжении вспомогательного генератора (У,,,, равном 75 В, падение напряжения на участке а - в становится равным «напряжению пробоя» стабилитрона СтЗ, вследствие чего его сопротивление резко падает и транзисторы 77 - ТЗ открываются, шунтируя переход «управляющий электрод - катод» тиристора Т4.
Ток управления падает до нуля, и Т4 закрывается, следовательно, ток возбуждения уменьшается. Напряжение ІІаг уменьшается до тех пор, пока падение напряжения на участке а - в не станет ниже напряжения пробоя стабилитрона СтЗ. Сопротивление СтЗ резко возрастает, и транзисторы Т1--ТЗ закрываются. При этом схема переходит в режим наибольшей отдачи, т. е. тиристор Т4 откроется, и по обмотке возбуждения потечет большой ток. Напряжение иш увеличится, и процесс повторится. В регуляторе возникает колебательный процесс, частота которого зависит от параметров цепи возбуждения вспомогательного генератора (около 60 Гц).
Напряжение генератора регулируется изменением среднего значения тока возбуждения, которое зависит от времени включенного состояния тиристора Т4 в течение периода колебательного процесса. Форма напряжения на обмотке ОВ показана на рис. 8.9, в. Диоды Д8, Д9, ДІЗ, Діб предназначены для защиты переходов управляющий электрод -■ катод тиристоров Т4 и Т5 от обратных напряжений, возникающих при перезаряде конденсатора С2. 1(иод Д8 также защищает эмиттер-коллекторный переход транзистора ТЗ и переход база - коллектор Т2. Диод Д7 уменьшает токи утечки Т2. Диоды ДП, Д12 (отсекающие) предотвращают самопроизвольные автоколебания. Дроссели Др1 и Др2 защищают тиристоры от коммутационных импульсов. Цепочки 1?9- С4 и 1?#- СЗ повышают помехоустойчивость регуляторов.
На двух панелях, установленных на основании, смонтированы силовые элементы (Т4, С2, СІ, Д10-Д12, Д1 и Д2), а на печатной плате - элементы измерительного органа. Панели регулятора заключены в металлический кожух, имеющий отверстие для корректировки напряжения потенциометром
Регулятор подключается в электрическую схему тепловоза через штепсельный разъем.
Рис. 8.10. Схема бесконтактного регулятора напряжения РНТ-6: CT Г стартер генератор: ОН обмотка возбуждении (.'77'; Kl'll контактор регулятора напряжения; ДЗБ диод заряда батареи; СЛЛ резистор заряда багарси; TI--T4 тиристоры; БЛ - батарея аккумуляторная; ДІ ДЯ - диоды; C.I-C2- конденсаторы; (777 СТЯ - стабилитроны; Rl RIO--- резисторы
Тиристорный регулятор напряжения РНТ-6. На тепловозах 2ТЭ1 16 устанавливают регуляторы РНТ-6 для поддержания постоянного напряжения стартер-генератора 110 В при работе его в генераторном режиме. Регулятор состоит из измерительного и регулирующего устройства (рис. 8.10).
Измерительное устройство включает в себя стабилитрон СТЗ, подключенный к делителю напряжения R9 и RIO, питающемуся от стартер-генератора. В измерительном устройстве происходит сравнение регулируемого напряжения с эталонным стабилитроном СТЗ. Регулирующее устройство состоит из мультивибратора на тиристорах ТЗ и Т4 и тиристорного усилителя 77 и Т2. Тиристор Т2 включен в цепь управляющего электрода силового тиристора Tl.
Регулятор работает следующим образом. После пуска дизеля и включения контактора регулятора напряжения КРН обмотка возбуждения стартер-генератора OB включается в цепь тиристора Tl. Выходное напряжение делителя управляет работой мультивибратора, который имеет два режима: автоколебательный и заторможенный. Автоколебательный режим наступает при напряжении стартер-генератора, превышающем 110 В. При этом напряжение делителя, приложенное к диоду ЦЗ, больше опорного напряжения стабилитрона СТЗ и он пробивается. Вследствие этого появляется ток в цепи электрода управления тиристора ТЗ и он отпирается. Через силовые электроды тиристора происходит заряд конденсатора С2. При увеличении напряжения на С2 до значения, вызывающего пробой стабилитрона СТ2, в цепи электрода управления тиристора Т4 появится ток и Т4 откроется. Произойдет разряд конденсатора С2, напряжение обратной полярности прикладывается к ТЗ и закрывает его, т. е. мы имеет автоколебательный режим работы. Этому режиму соответствует закрытое состояние тиристоров 77 и Т2.
Когда напряжение стартер-генератора станет меньше 110 В, напряжение на выходе делителя станет ниже опорного напряжения СТЗ, мультивибратор затормаживается в положении: тиристор Т4 открыт, а ТЗ закрыт. Срыв автоколебательного процесса мультивибратора приводит к появлению тока в цепи СТ1, а следовательно, к включению тиристора Т2. При включении Т2 ток поступает на электрод управления 77 и он открывается. Ток в обмотке ОВ растет, и напряжение стартер-генератора повышается, а при повышении его 110 В тиристор 77 закрывается. Частота включения 77 определяется параметрами контура регулирования. Конденсатор 67 предназначен для закрытия тиристоров 77 и Т2. Диод Д1 уменьшает пульсации тока в обмотке возбуждения ОВ, через него замыкается э. д. с. самоиндукции при закрытии тиристора 77.
Комплексное противобоксовочное устройство. Для улучшения противобоксовочных свойств тепловозов научно-исследовательские институты транспорта и промышленности совместно с ПО «Ворошиловградтепловоз» разработали комплекс устройств, обеспечивающих повышение использования сцепного веса и эффективное обнаружение и прекращение боксования колесных пар. Исследования показали, что чем круче тяговая характеристика электродвигателя Ткт.г(\'), тем меньше вероятность развития боксования. Крутизна тяговой характеристики двигателя боксующей колесной пары зависит от схемы соединения тяговых электродвигателей и характера изменения подводимого к ним напряжения.
При параллельном соединении двигателей и прочих равных условиях крутизна тяговой характеристики будет больше, чем при последова!гльно-параллельном. Но для условий тепловозной тяги, когда внешняя характеристика тягового генератора резко изменяется на двух ее участках (при ограничении пускового тока аб и обеспечении полной мощности бе. см. рис. 1.3), уменьшение тока генератора сопровождается увеличением его напряжения. Боксование колесных пар на этих участках характеристики генератора вызывает также увеличение напряжения генератора, так как ток боксующих электродвигателей, а следовательно, и генератора уменьшается. Увеличение напряжения генератора приводит к менее интенсивному уменьшению силы тяги электродвигателей боксующих колесных пар и к некоторому повышению ее у небоксующих, что способствует развитию боксования. С ростом числа боксующих колесных пар ток генератора уменьшается, а напряжение повышается, и если не принять мер, то боксование может лавинообразно распространиться на все колесные пары.
О 1000 2000 3000 WO 5000 ТпА
Рис 8.1 1. Динамические жесткие характеристики генератора
Влияние внешней характеристики генератора на развитие бок-сования колесных пар наиболее интенсивно сказывается на участке аб, т. е. при трогании и разгоне тепловоза, вследствие большого роста напряжения при незначительном уменьшении тока. После выхода на гиперболическую часть характеристики бв влияние ее на развитие боксования уменьшается, но и на этом участке характеристики при боксовании колес напряжение генератора также может сильно возрасти. Если напряжение генератора при боксовании остается неизменным, то сила тяги электродвигателей боксующих колесных пар в зависимости от скорости будет уменьшаться более интенсивно, чем при гиперболической характеристике, а сила тяги небоксующих двигателей будет оставаться постоянной. При такой характеристике боксование одной или группы колесных пар не будет вызывать боксование других. Следовательно, при отсутствии боксования (рис. 8.11) генератор должен работать по обычной внешней характеристике (гиперболической - штриховая линия), а при возникновении боксования - при постоянном напряжении. Такие характеристики назвали динамическими жесткими характеристиками генератора по напряжению.
Динамические жесткие характеристики на тепловозах типа 2ТЭ10Л получены регулированием возбуждения генератора с использованием сигнала, пропорционального току тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар. Для измерения токов в цепи каждого электродвигателя включены трансформаторы постоянного тока ТПТ1-4 (см. рис. 1.8), сигналы от которых поступают к диодным мостам В1 - ВЗ, В6, включенным последовательно (узел выделения максимального тока УВМ), вследствие чего на выходе образуется сигнал, пропорциональный наибольшему из токов тяговых двигателей. Этот сигнал подается в селективный узел, в который поступает также сигнал от трансформатора постоянного напряжения 777/7. В селективном узле формируется ток г\, протекающий по обмотке управления ОУ амплистата возбуждения АВ.
Уменьшение сопротивления движению при отсутствии боксования вызывает одновременное уменьшение токов всех электродвигателей, и, следовательно, напряжение генератора увеличивается по обычной гиперболической характеристике. При боксовании колесной пары ток электродвигателя, связанного с ней, уменьшается, но так как ток электродвигателей небоксующих колесных пар не снижается, то на выходе УВМ сигнал не уменьшается. Следовательно, напряжение генератора не увеличивается (см. рис. 8.11), т. е. генератор работает по жесткой характеристике. Эта характеристика сохраняется при одновременном боксовании до пяти колесных пар. Комплексное противобоксовочное устройство состоит из органов обнаружения и прекращения боксования колесных пар. Орган обнаружения боксования состоит из блока реле боксования РБ1-3, блока сравнения БДС, резисторов СРБ1-3 (см. рис. 1.8). Орган прекращения боксования включает в себя систему формирования жестких динамических характеристик, системы снижения мощности тягового генератора и уравнительных соединений, систему ограничения частоты вращения тяговых двигателей при боксовании всех (шести) колесных пар. Работа этих систем отражена при описании схемы электрических соединений тепловоза 4ТЭ10С.
⇐ | Панели и блоки выпрямителей | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Неисправности и ремонт | ⇒