На тепловозах с электрической передачей мощности переменно-постоянного тока (ТЭ109, 2ТЭ116, 2ТЭ121, ТЭП70 и ТЭМ7) применены более совершенные системы регулирования напряжения тяго-
Рис. 9.10. Структурная схема системы регулирования возбуждения тягового синхронного генератора:
П - преобразователь напряжения; МУ-- магнитный усилитель (ФУ - фаэосдвигающее устройство); БГІ, БГ2 блокинг-генераторы; УВВ - управляемый выпрямитель; ОВГ-обмотка возбуждения генератора; СВ - синхронный возбудитель; С Г-синхронный генератор; ВУ - выпрямительная установка; СУ - селективный узел; ТПТ - трансформатор постоянного тока; ТПН - трансформатор постоянного напряжения; БТ ■■ блок тахометричее-кий; ИД - индуктивный датчик; ОРД - объединенный регулятор дизеля; БУВ - блок управления возбуждением; ГОС. гибкая обратная связьвого синхронного генератора. Взамен магнитного усилителя и возбудителя постоянного тока используется возбудитель переменного тока СВ и тиристорный управляемый выпрямитель УВВ, что дало возможность увеличить точность и устойчивость регулирования, упростить компоновку электрических машин на тепловозе, повысить надежность и удешевить систему возбуждения. Чтобы лучше понять систему возбуждения тягового синхронного генератора СГ, начнем с изучения ее схемы (рис. 9.10).
Система возбуждения С Г включает в себя: БУВ - блок управления возбуждения (тиристорами); УВВ - управляемый выпрямитель возбуждения (тиристорный мост), нагрузкой которого является обмотка возбуждения тягового синхронного генератора ОВГ; СВ - синхронный возбудитель и СУ - селективный узел, в котором формируется управляющий импульс ;\ в зависимости от тока и напряжения генератора СГ, частоты вращения вала дизеля п и сигнала от индуктивного датчика ИД. Блок управления в свою очередь состоит из П - статического преобразователя; МУ - магнитного усилителя с внутренней обратной связью, выполняющего роль- фазосдвигающего устройства; БГ1, БГ2-двух блокинг-генераторов, вырабатывающих управляющие импульсы для тиристоров. Чтобы синхронный генератор имел требуемую внешнюю характеристику, должно автоматически изменяться по определенному закону его возбуждение.
В рассматриваемой системе для регулирования тока возбуждения генератора 1,,вг используются кремниевые тиристоры типа ТК-150-6 и кремниевые силовые вентили ВК-200-6. Все вентили 6-го класса, т. е. рассчитаны на напряжение 600 В. Работа управляемого тиристорного выпрямителя УВВ определяется надежностью силовой цепи тиристоров и цепи управления.
Работа силовой цепи тиристора будет надежна при правильном выборе типа и класса самого тиристора с необходимыми запасами по току и напряжению, а надежность по цепи управления обеспечивается подачей на управляющий электрод тиристора импульса определенной формы, длительности и амплитуды. Для получения импульса с такими параметрами применяют специальные схемы управления тиристорами. В схеме возбуждения выбран импульсно-фазовый способ управления тиристорами, который надежно обеспечивает управление ими, широкий диапазон регулирования, четкость момента открытия тиристора.
Основные элементы схемы управления возбуждением (тиристорами) БУВ для тепловозов с передачей перемеино-тюс-тоянного тока: П, МУ и два блокинг-гене-ратора БГ1 и БГ2. Преобразователь П преобразует напряжение возбудителя исй с искаженной синусоидальной формой в напряжение прямоугольной формы и„ (рис. 9.11).
Магнитный усилитель предназначен для изменения момента подачи управляющего сигнала на тиристор. Необходимый диапазон изменения фазы (сдвига во времени) управляющих импульсов определяется конкретной системой регулирования. При питании МУ синусоидальным напряжением максимальный диапазон регулирования составляет примерно 120° эл., а напряжением прямоугольной формы (от П) - 175° эл.
Передний фронт напряжения £/„у, определяющий момент подачи управляющего импульса (угол регулирования а)*, может изменяться в зависимости от управляющего сигнала - тока 1у
* Промежуток времени от момента подачи положительного напряжения (11„) на анод тиристора до момента подачи (отпирающего) управляющего импульса на его электрод управления (ЭУ) называют углом регулирования.
Рис. 9.12. Принципиальные схемы: а блока управления возбуждением БУВ; 6 - управляемого выпрямителя УВВ: Б/І, БГ2 блокинг-генераторы; МУ - магнитный усилитель (ФУ фазосдвигающее устройство); Т1.Т2- тиристоры; Сг/. Ст2~ стабилитроны; С - конденсатор; Тр1, Тр2-~ трансформаторы; ОВГ обмотка возбуждения генератора; Ті, Т'2 - транзисторы; ДЗ, Д4-- диодыв обмотке управления ОУ магнитного усилителя, который вырабатывается в СУ. Угол регулирования а изменяется пропорционально току 1у, т. е. можно написать, что а = 1у. Таким образом, изменением тока в обмотке управления можно регулировать подачу управляющих импульсов, т. е. управлять открытием тиристора.
Управляющие импульсы определенной формы, длительности и амплитуды вырабатываются блокинг-генераторами БГІ и БГ2. Каждый блокипг-генератор формирует импульс в один из полупериодов питающего напряжения. Можно предположить, что в положительный полупериод БГ1 посылает импульс в электрод управления ЗУ тиристора 77, а в отрицательный БГ2 - импульс в ЭУ тиристора Т2.
Каждый БГ состоит из транзистора, трансформатора и диодов (рис. 9.12). Сигналом для пуска БГ служит импульс тока, протекающий через конденсатор С в момент скачка напряжения на выходе МУ. Стабилитроны Сг1 и Ст2 служат для предотвращения ложного пуска БГ от напряжения (Учч холостого хода МУ и напряжения заряженного конденсатора.
Управляющие импульсы ип, формируемые БГ, имеют прямоугольную форму (см. рис. 9.11). Длительность импульса определяется временем насыщения трансформатора. Ток 1овг в обмотке возбуждения синхронного генератора регулируется управляемым выпрямителем возбуждения УВВ (тиристорным усилителем). В два плеча моста включены тиристоры ТІ и Т2. а в другие два плеча -диоды (рис. 9.12, б и 9.13). Выпрямитель питается от синхронного возбудителя СВ. Пока на тиристор ТІ не будет подан импульс от БГІ, тиристор ТІ закрыт и напряжение на выходе вьшрямителя U„аі (на обмотке ОВГ) будет равно нулю (см. рис. 9.11). В момент времени, определяемый углом а, на тиристор 77 подается управляющий импульс U,y и он открывается. На обмотке ОВГ появляется напряжение СлМ11, и, следовательно, по ней потечет ток 1„„г. Таким образом, на обмотку возбуждения синхронного генератора подается пульсирующее напряжение с/0,„. Среднее его значение, а следовательно, и средний ток 1„„, зависят от момента подачи управляющих импульсов, т. е. от угла а. Изменяя этот угол при помощи БУВ от минимального значения до 180°, будем регулировать ток возбуждения генератора от наибольшего значения до нуля. Чем больше а, тем меньше среднее напряжение на выходе УВВ, и ток, протекающий по обмотке возбуждения генератора. Так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, то ток, проходящий по ней, сглаживается.
Для зашиты тиристоров и диодов от коммутационных перенапряжений, возникающих при переключении тиристоров, параллельно им включены цепочки R1 - C1- R4=C4 (см. рис. 9.13).
Для стабилизации напряжения возбудителя СВ используется узел коррекции, содержащий трансформатор ТК и выпрямитель ВК. Ток вторичной обмотки ТК пропорционален току СВ, после выпрямления он подпитывает обмотку возбуждения возбудителя, обеспечивая постоянство напряжения СВ независимо от его нагрузки.
Селективный узел СУ в системе регулирования напряжения тягового генератора переменного тока, разработанный для тепловозов с передачей переменно-постоянного тока (рис. 9.14), по сравнению с СУ, рассмотренным ранее для тепловозов с передачей постоянного тока, имеет преимущества: наличие отдельных каналов управления по току, напряжению и мощности. Селективная внешняя характеристика U, (/,■) приближается в большей
Рис. 9.13. Схема системы возбуждения тягового синхронного генератора
степени к гиперболе, что уменьшает диапазон изменения выходного сигнала.
В СУ поступают сигналы обратной связи по току и напряжению генератора от трансформаторов постоянного тока 7/777 и ТПТ2н трансформатора напряжения 777//. Эти сигналы сравниваются с сигналами уставки, вырабатываемыми блоком задания БЗВ и индуктивным датчиком ИД.
Разность сигналов в виде управляющего сигнала 1у поступает в обмотку управления МУ блока возбуждения БУВ, в котором формируются импульсы, отпирающие тиристоры и регулирующие момент их подачи, в результате чего устанавливается требуемый ток в обмотке возбуждения С Г. Принцип действия и устройствотрансформаторов ТПТ и ТПН аналогичны устанавливаемым на тепловозах типа ТЭК), так как напряжение и ток измеряются на выходе выпрямительной установки ВУ. а не на зажимах генератора СГ. В качестве блока задания БЗВ используется та-хометрическое устройство. Напряжение на выходе блока пропорционально частоте возбудителя и, следовательно, частоте вращения вала дизеля. Катушка ИД получает питание от БЗВ, так как напряжение возбудителя имеет значительные колебания, а напряжение БЗВ стабилизировано. При изменении положения сердечника ИД, связанного с серво-
Рис. 9.14. Схема селективного потен циометринеского узла СУ: ПОС - панель обратной связи: ПЗ панель задания; БЗВ ■ - блок задания возбуждения (остальные обозначения см. на рис. 9.10)
приводом объединенного регулятора дизеля, ток датчика изменяется. Собственно селективный узел состоит из потенциометров обратной связи ПОС, потенциометров задания ПЗ и потенциометра индуктивного датчика 1?ИЛ. На ПОС подаются токи от ТПТ и ТПН, вследствие чего на потенциометрах образуются падения напряжения. Сигналы по току генератора - иап, по напряжению - ив1„ по сумме тока и напряжения
Рис. 9.15. Внешняя характеристика тягового синхронного генератора
£/(-,„. На потенциометры задания ПЗ токи поступают от БЗВ, в результате чего образуются падения напряжения ит; еЛ<, и сЛ-,, - сигналы задания (уставки).
Точки отрицательных потенциалов потенциометров соединены через обмотку управления МУ блока БУВ. Токи положительной полярности соединены так, что сигналы обратной связи и задания канала регулирования действуют встречно. Канал регулирования -это пара сигналов (обратной связи и задания), в цепь которых включены обмотка управления МУ и разделительные диоды (Д1, Д2 или ДЗ), обеспечивающий требуемую очередность работы каналов.
Под действием разности сигналов ПОС и ПЗ по каналу течет ток, который через блок БУК изменяет возбуждение генератора так, что регулируется один из участков внешней характеристики генератора (рис. 9.15). В области больших токов диоды Д2 и ДЗ (см. рис. 9.14) будут заперты, так как сигналы обратной связи меньше, чем задания, работает только канал 1 - поддерживается ток по прямой АВ. В точке В происходит открытие канала 11 и закрытие канала 1, при этом мощность изменяется по ломаной линии ВМ\ММ2С, а не по прямой БГ (см. рис. 3.8, а). В точке С открывается канал 1//, а канал 11 закрывается, напряжение регулируется по прямой СД. Потенциометр 1?„л включен в канал 1/; напряжение на 1?„, суммируется с II ст, следовательно, сигнал задания по мощности может меняться. При работе датчика ИД характеристика располагается выше селективной, а на участке В'С близка к гиперболе, так как мощность генератора равна мощности дизеля. На позициях контроллера с 1-й по 4-ю датчик ИД не работает.
Изменение характеристики по позициям контроллера машиниста происходит вследствие изменения напряжения БЗВ (изменяется частота вращения вала дизеля) и задания по мощности объединенного регулятора дизеля. При срабатывании защиты от боксова-ния, пробое одного из вентилей силовой выпрямительной установки и др. изменяются значения сопротивления резисторов ПЗ. Это приводит к снижению мощности тягового генератора. Стибилитрон в цепи задания канала 11 предназначен для уменьшения мощности генератора на низших позициях контроллера машиниста. При повреждении одного из тяговых электродвигателей мощность генератора снижается примерно на 17 % за счет закорачивания потенциометра 1?ил контактом отключателя электродвигателя ОМ.
Для обеспечения устойчивой работы системы регулирования напряжения СГ применена гибкая обратная отрицательная связь выхода УВВ с входом БУВ. Она состоит из потенциометра 1?„, резистора 1?ст, конденсаторов Сф и С„ и обмотки управления МУ блока БУВ (см. рис. 9.13).
Выходное напряжение управляемого выпрямителя возбуждения, на которое подключен 1сп, является пульсирующим (напряжение (Л,вг на Рис- 9.11). Помимо постоянной составляющей, оно содержит переменную высокочастотную составляющую, которая сглаживается конденсатором фильтра Сф (см. рис. 9.13). Колебания, возникающие при неустойчивой работе системы, создают низкочастотную составляющую, которая передается через конденсатор С(Т и 1?,, в стабилизирующую обмотку управления МУ. Демпфирующее ее действие устраняет колебания на выходе УВВ.
Аварийное возбуждение. Если произошло повреждение тиристоров ТІ, Т2 или БУВ в основной схеме возбуждения, то переключатель Л/7 переводят в аварийный режим. Этим закорачивают тиристоры ТІ и Т2 и вводят в цепь возбуждения возбудителя резистор 1?„„.
При аварийном режиме выпрямитель становится неуправляемым; во все плечи моста включены диоды Д1 -Д4, т. е. ток возбуждения генератора остается постоянным. Возбуждение тягового генератора машинист регулирует вручную. Внешняя характеристика для аварийного режима (штриховая линия) приведена на рис. 9.15.
⇐ | Системы регулирования напряжения тяговых генераторов постоянного тока | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Управление тяговыми электродвигателями | ⇒