для чего предназначена выпрямительная установка
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Рис. 59 Общий вид диода штыревой конструкции (а)
и его вольт-амперная характеристика (б)
Рис.60 Общий вид тиристора таблеточной конструкции
Таблеточные тиристоры и диоды зажимают контактными поверхностями, представляющими собой анодный и ка-
тодный электроды прибора, между двумя половинками охладителей, которые изолированы друг от друга.
Напряжение включения можно значительно снизить, если на управляющий электрод подать импульс тока. Очевидно, что тиристоры должны выдерживать в закрытом состоянии не только обратное напряжение, но и прямое. Переход тиристора в открытое состояние должен происходить только при наличии импульса тока в цепи управления.
Для тиристоров, как и для диодов, основными параметрами являются: предельный прямой ток, обратное повторяющееся напряжение, прямое падение напряжения, обратный ток утечки. Кроме того, существует ряд дополнительных параметров: прямое повторяющееся напряжение, ток управления, напряжение управления, время включения и выключения, а также ряд других параметров.
Обозначения тиристоров и диодов расшифровываются следующим образом. Например, в марке ДЛ123-320-20 буквы и цифры означают: Д — диод; Л — лавинный; 123 — группа цифр, характеризующих модификацию прибора, условный диаметр и конструктивное исполнение корпуса; 320 — предельный ток, А; 20 — класс вентиля. В марке Т253-1250-16 буква «Т» означает тиристор, а цифры расшифровываются так же, как в обозначении диода.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕЖИМА ТЯГИ
Неуправляемые выпрямители широко применяют на электровозах переменного тока для питания тяговых двигателей в режиме тяги. Они преобразуют переменный ток в постоянный (пульсирующий). Выпрямители могут быть соединены с обмоткой трансформатора различными способами и вследствие этого имеют различную структуру. Самое простое включение показано на рис. 61, где выпрямитель состоит из одного диода.
Рис. 61. Схема однополупериодного выпрямления (а)
и кривая выпрямленного напряжения (б)
Электродвижущая сила во вторичной обмотке трансформатора, как и в первичной, изменяется по синусоиде. Когда э. д. с, а следовательно, и напряжение U, приложенное к выпрямителю, во вторичной обмотке действуют слева направо (на рис. 61, а направление показано сплошной стрелкой), потенциал анода диода VD выше, чем катода, и через двигатель проходит ток. При изменении направления э. д. с. на противоположное выпрямитель не пропускает тока. Таким образом, по цепи нагрузки проходит не постоянный, а пульсирующий ток: он постоянен только по направлению (рис. 61, б). Рассмотренная схема однополупериодного выпрямления на электровозе не используется. Для того чтобы через выпрямитель проходил ток в оба полупериода, применяют схему двухполупериодного выпрямления либо с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, либо мостовую.
Рис.62. Схемы двухполупериодного выпрямления (а и б)
и кривая выпрмленного напряжения (в)
В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, выпрямитель и двигатель включают, как показано на рис. 62, а. Когда э. д. с, а следовательно, и напряжение в первый полупериод направлены слева направо (сплошная стрелка на рис. 62, а), проводит ток (открыт) диод VD2, а диод VD1 закрыт. К нему приложено напряжение, действующее в непроводящем направлении. При изменении направления э. д. с. трансформатора на противоположное ток проводит вентиль VD1. Таким образом, в течение обоих полупериодов через двигатель проходит ток, изменяющийся от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля.
Недостаток такой схемы выпрямления заключается в том, что в каждый полупериод работает только половина
обмотки трансформатора, а это приводит к плохому использованию, а значит, и большему расходу меди.
Выпрямительная установка, собранная по мостовой схеме, состоит из четырех плеч (рис. 62, б). Когда напряжение во вторичной обмотке трансформатора действует слева направо, ток проходит через диод VD1, нагрузку (двигатель), диод VD3 в обмотку трансформатора (сплошные стрелки). При изменении направления напряжения (штриховые стрелки) ток проходит через диод VD2, нагрузку, диод VD4 и возвращается в обмотку трансформатора. Следовательно, как и в предыдущей схеме, ток в каждый полупериод проодит через нагрузку в одном направлении (рис. 62, в).
В мостовой схеме вторичная обмотка тягового трансформатора работает полностью. На первый взгляд кажется, что число вентилей в этой схеме удваивается. Однако напряжение, приходящееся на каждый диод, уменьшается в 2 раза. Поскольку каждое плечо моста VD1—VD4 имеет несколько последовательно включенных вентилей и несколько параллельных ветвей, то общее число диодов, необходимое для выпрямителя, питающего тяговые двигатели и собранного по мостовой схеме (см. рис. 62, б), равно числу диодов в схеме рис. 62, а. Так, один выпрямитель электровоза ВЛ80т(с) имеет в каждом плече моста 12 параллельных ветвей (рис. 63), каждая из которых содержит четыре последовательно включенных лавинных вентиля.
Рис. 63. Схема плеча выпрямительной установки восьмиосного электровоза
Следовательно, в одном выпрямителе имеется 4-4-12= 192 вентиля. Выпрямитель рассчитан на номинальные выпрямленные ток 3200 А и напряжение 1350 В. Он питает два тяговых двигателя. Поэтому на восьмиосных электровозах установлено четыре таких выпрямителя; общее число вентилей в них равно 708. Коэффициент полезного действия выпрямителя 99%. Выпрямитель размещен в двух шкафах и работает только с принудительным охлаждением. Каждый выпрямитель снабжается довольно сложной защитой.
Управляемые выпрямители, собранные на тиристорах, позволили осуществить не только преобразование переменного тока в постоянный, но и плавное регулирование напряжения, подводимого к тяговым двигателям электровозов переменного тока, вместо ступенчатого.
Как же осуществляется плавное регулирование? В выпрямителе, собранном на тиристорах VS по схеме моста (рис. 64, а), можно изменять угол а их включения, т. е. подавать в соответствующие моменты управляющие импульсы тока Iу (см. рис. 60).
Рис. 64. Принципиальная схема плавного регулирования напряжения,
подводимого к тяговым двигателям (а), и кривые напряжения при глубоком регулировании
При этом можно регулировать среднее значение напряжения Ucp от нуля при а = 180° до максимального возможного при а = 0° (рис. 64, б). Последнее соответствует среднему выпрямленному напряжению в неуправляемых выпрямителях (см. рис. 62, в).
Как видно из рис. 64, при таком регулировании, называемом глубоким, возникают большие пульсации напряжения и выпрямленного тока. Это значительно осложняет работу тяговых двигателей. Для устранения таких пульсаций на электровозе ВЛ80р осуществляется более плавное регулирование напряжения. Здесь тяговый трансформатор имеет три секции вторичной обмотки с напряжениями Um/4, Um/4 и Um/2. Выпрямитель выполнен по моствой схеме (рис. 65, а), имеет восемь плеч.
Рис.65. Упрощенная силовая схема электровоза ВЛ80р (а)
и кривые напряжения при зонном регулировании
в пределах секции вторичной обмотки трансформатора (б)
Предусмотрено четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения, в каждой из которых осуществляется плавное регулирование в пределах четверти амплитуды полного напряжения. Переключение с одной секции на другую тиристоры позволяют осуществлять без тока и необходимость в контакторах с дугогашением отпадает.
Напряжения, возникающие в процессе его плавного изменения в пределах регулируемой секции, складываются с напряжением, индуцируемым в секциях, где уже был завершен этот процесс (рис. 65, б). Поэтому здесь только в первой секции вторичной обмотки (когда на двигатели подается небольшое напряжение) осуществляется глубокое регулирование.
Электровозы переменного тока — Устройство электровозов (Часть 4)
Опубликовано 16.06.2020 · Обновлено 13.11.2021
Кажется, все просто, электровоз ведь переменного тока, запустил их и поехал. Вроде бы так, но немного не так. Все вспомогательные машины питаются трехфазным током, а от обмотки собственных нужд тягового трасформатора поступает ток однофазный. Вот здесь и кроется этот секрет – ток однофазный, ведь контактный провод один и ток по нему соответственно протекает с одной фазой, а электродвигатели вспоммашин (профессиональный термин) питаются током трехфазным. Эта проблема решается просто: на электровозах устанавливается расщепитель фаз (фазорасщепитель).
Фазорасщепитель
Фазорасщепитель представляет из себя практически тот же асинхронный электродвигатель с трехфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором, но в нем имеется генераторная обмотка.
Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-300×203.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg» width=»1000″ height=»676″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg» alt=»Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с | Фазорасщепитель ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12577″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-300×203.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-768×519.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Фазорасщепитель ВЛ80с
При подключении фазорасщепитель работает на холостом ходу как однофазный асинхронный двигатель. Вращающееся магнитное поле, образованное двигательной обмоткой и ротором, пересекает витки генераторной обмотки, наводя тем самым в ней ЭДС, следовательно, создавая трехфазный ток, который питает двигатели вспоммашин. На более современных электровозах постоянно работающих и гудящих фазорасщепителей уже не устанавливается, схема пуска вспомогательных машин работает от пусковых конденсаторах.
Питание цепей управления
Ну вот запустили вентиляторы, они охлаждают все как надо, компрессор качает воздух в главные резервуары, но кое-что, небольшое, но очень важное мы не отметили. А именно – цепи управления и как они питаются, как постоянно заряжается постоянным током аккумуляторная батарея, расположенная под кузовом.
Как было сказано выше, цепи управления питаются постоянным током, напряжением 50 Вольт, а откуда постоянный ток берется? Есть несколько конструктивных решений.
Генератор управления электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-300×178.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg» width=»1000″ height=»592″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg» alt=»Генератор управления электровоза ВЛ80с | Генератор управления электровоза ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12584″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-300×178.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-768×455.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Генератор управления электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Генератор управления электровоза ВЛ60
Первое – генератор управления. Эти генераторы установлены на валах фазорасщепителей, такая схема применяется на пассажирских электровозах ВЛ60, уже достаточно устаревших.
На более поздних, находящихся еще в активной эксплуатации электровозах ВЛ80Т(С), для питания цепей управления стабилизированным напряжением применяется трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов (ТРПШ), соединенный с аккумуляторной батареей и обмоткой собственных нужд.
Состоит он из трех сердечников: средний сердечник – основной магнитопровод, а два крайних сердечника – магнитные шунты. Обмотки управления расположены на магнитных шунтах и питаются постоянным током, соединены они между собой последовательно. При подаче переменного тока на первичную обмотку создается переменный магнитный поток, равномерно распределяясь между основным магнитопроводом и магнитными шунтами. При этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение. Когда магнитные шунты полностью насыщаются, то напряжение на вторичной обмотке становится максимальным, из этого следует, что с увеличением тока управления, напряжение во вторичной обмотке возрастает.
После ТРПШ постоянный ток пройдет еще дроссель, для окончательного сглаживания пульсаций и уже после этого, в цепи управления. Еще один дроссель сглаживает пульсации тока в цепи зарядки аккумуляторной батареи, а ведь постоянным током питаются и сервомотор ЭКГ, и электродвигатель системы обогрева лобовых стекол кабины и калорифера, и электродвигатель вспомогательного компрессора («малыша»).
Повторюсь, про современные электровозы (мы их еще коснемся), на них устанавливаются шкафы питания, в которых применяются обыкновенные полупроводниковые выпрямители, дающие постоянный ток для цепей управления. Необходимо отметить, что при опущенном токоприемнике или при отсутствии питания цепей управления эту функцию полностью берет на себя аккумуляторная батарея, поэтому она должна постоянно заряжаться, что тщательно контролируется. Питание цепей управления от АКБ при опущенном токоприемнике или потере питания от контактной сети (нейтральная вставка, например) переключается электрическим контактором, именуемым «К».
Движение электровоза
Все машины и аппараты включаются дистанционно кнопочными выключателями, расположенными на пульте машиниста и помощника. Кнопочные выключатели блокируются специальными ключами (КУ), если все тумблеры выключены, то машинист проворачивает эти ключи, вынимает их из гнезда и кладет себе, например, в карман, делается это для того, что когда необходимо войти в высоковольтную камеру (ВВК) или перейти из кабины в кабину, выключатель должен быть заблокирован, чем исключается доступ кого-бы то ни было к кнопкам управления.
Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-300×191.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg» width=»1000″ height=»637″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg» alt=»Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12575″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-300×191.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-768×489.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с
Ну вот, все вспомогательные машины включены, включена автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН) или комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У), сразу отмечу, что АЛСН или КЛУБ-У включаются поворотом ключа на панели электропневматического клапана ЭПК150, блокировки которого находятся в цепи включения линейных контакторов, так что, не включив приборы безопасности никто никуда с места не сдвинется, просто не соберется схема тяги. Машинист ставит главную рукоятку контроллера в положение ФП (фиксация пуска) – линейные контакторы подключают ТЭД к силовой цепи, затем кратковременно переводит рукоятку в положение РП (ручной пуск) и возвращает ее в положение ФП – ЭКГ набирает первую позицию, и мы поехали, наконец-то!
Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева)
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-300×214.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg» width=»1000″ height=»713″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg» alt=»Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Движение24″class=»wp-image-12578″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-300×214.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-768×548.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Движение24″ /> Контроллер машиниста и реверсивный вал
Далее при увеличении скорости позиции контроллера могут набираться как в ручном, так и в автоматическом режиме (АП). Набрав нужное число позиций, машинист переводит рукоятку в положение ФВ (фиксация выключения) и затем сбрасывает позиции либо в ручном режиме, переводя рукоятку в положение РВ (ручное выключение), или АВ (автоматическое выключение), и так до нуля. Можно с ходовых позиций сразу поставить рукоятку в ноль, но тогда произойдет резкий толчок состава, поэтому это надо делать постепенно, кроме непредвиденных обстоятельств. Но ЭКГ все равно скрутит позиции до нуля.
Аппараты защиты
В пути следования работу как силовых, так и цепей управления нашего электровоза контролируют реле защиты:
заземления (РЗ) — от коротких замыканий (пробоя изоляции);
защиты от боксования колесных пар (РБ);
тепловые (ТРТ) — работающие в цепях вспомогательных машин;
дифференциальное — установленное в цепи выпрямительных установок.
Реле, работающие в силовых цепях при ненормальных режимах работы, сразу же дадут сигнал на главный выключатель, который немедленно отключит электровоз от силовой цепи, загорится сигнальная лампа на расшифровочном табло. Реле в цепях управления дадут сигнал на сигнальные лампы на пульте машиниста или на расшифровочное табло, ГВ не отключит электровоз от контактной сети.
Предотвращение боксования
Боксование — проскальзывание колесных пар локомотива при трогании с места. Грозит ползунами и порчей рельсов.
Противоразгрузочное устройство
При трогании с места на электровозах вступает в работу еще одно интересное устройство – противоразгрузочное (ПРУ). Это небольшой пневматический цилиндр с внутренней пружиной самовозврата, который, при поступлении в него воздуха, выдвигает своим штоком небольшой рычаг, с закрепленным на нем роликом, чем обеспечивается давление на верхнюю часть рамы тележки, как бы сильнее придавливая ее, предотвращая боксование первой колесной пары. ПРУ устанавливаются на рамах тележек только над передними колесно-моторными блоками (КМБ) и задними в секции.
Система подачи песка
Для защиты от боксования на всех электровозах установлена песочная система. Включающая в себя бункеры с песком, трубопроводы, форсунки, управляемые электромагнитными вентилями и песочные трубы с резиновыми наконечниками, направленными строго под круг катания колесной пары. Система работает от сжатого воздуха. Управляется она с пульта машиниста кнопками, педалью под ногой, на старых машинах устанавливался еще и пневматический вентиль под рукой машиниста.
Можно подавать песок под все колесные пары, можно только под переднюю, ведь, как известно, именно передняя колесная пара больше всего подвержена боксованию, особенно при трогании с места. Подача песка может осуществляться и в автоматическом режиме, работая совместно с реле защиты от боксования (РБ).
Система электрического (динамического) торможения
А если у нас впереди длинный, затяжной спуск, а у нас тяжелый грузовой поезд и постоянные торможения автотормозами на этом спуске грозит истощением тормозной магистрали, или состав пассажирский и необходимо обеспечить максимальный комфорт для пассажиров? Конечно, на электровозах (всех систем тока) устанавливается система электрического торможения. Работает она просто, помните в самом начале статьи я упомянул о генераторах? Так вот, тяговый электродвигатель превращается в генератор путем отключения тока от обмотки якоря и все.
Не будем долго рассуждать о электродвижущей силе (ЭДС), просто в генераторном режиме, эта самая ЭДС будет наводится в обмотках якоря, но направлена она против направления его вращения (ее еще называют противо-ЭДС), тем самым очень сильно мешая его свободному вращению в магнитном поле обмотки возбуждения, препятствуя движения состава. Сила эта очень большая, можно держать тяжелый грузовой состав с определенной скоростью на спуске, не истощая тормозную магистраль, а в пассажирском поезде обеспечивать комфортные условия для пассажиров (без возможных рывков и оттяжек) при торможении и отпуске с применением автотормозов. Вот так и тормозит электровоз всеми своими ТЭД. Как это достигается?
Управление электрическим торможением
Машинист приводит реостат в работу рукояткой на контроллере, при этом, тормозные переключатели отключают ток от якоря. Эти переключатели кулачковые и имеют два контактора, также они участвуют и в реверсировании ТЭД, вал приводится в движение электропневматическим приводом. Таким образом все ТЭД переведены в генераторный режим. Но это не все. Для того чтобы возникла противо-ЭДС к якорю ТЭД необходимо подключить нагрузку. Этой нагрузкой являются балластные резисторы, в режиме реостатного торможения они очень сильно нагреваются и их надо хорошо охлаждать, тут вступает в работу устройство переключения воздуха (УПВ). Это заслонки, расположенные в каналах охлаждения воздухом ТЭД и выпрямительных установок. Так вот, эти заслонки с помощью пневматического привода переводятся в верхнее положение и уже весь поток воздуха будет направлен на балластные сопротивления.
Еще подключается и выпрямительная установка возбуждения, которая питает обмотки возбуждения ТЭД в режиме реостатного торможения. Тормозная сила (величина магнитного потока обмотки возбуждения) регулируется задатчиком тормозной силы и реостатной рукояткой контроллера в режиме торможения. Все выше описанные операции происходят при постановке этой рукоятки в положение П (подготовка) и ПТ (предварительное торможение).
Ни в коем случае при следовании в режиме электрического торможения не должны наполняться тормозные цилиндры электровоза, чтобы не вышли тормозные колодки. Это не допускается соответствующими блокировками в цепи сбора реостата. Но возможно применение совместно автоматических тормозов состава. На пульте и расшифровочном табло при сборке схемы реостата загораются соответствующие сигнальные лампы. Если схема разбирается по какой-то причине (например, мокрые рельсы) то в кабине зазвучит еще и звуковой сигнал.
На пульте машиниста расположен прибор указатель скорости, по нему машинист и задает необходимую скорость, которую необходимо держать. При прекращении реостатного торможения вся схема и устройства возвращаются в прежний режим тяги.
Рекуперативный режим торможения
Но существует еще один режим электрического торможения – рекуперативный (рекуперация).
Это когда вся электроэнергия, вырабатываемая ТЭД в генераторном режиме, возвращается в контактную сеть. Для электровозов постоянного тока это было проще простого, ток вырабатывается постоянный, он и возвращается в контактную сеть постоянного тока. А вот переменники так не могли, как вернуть постоянный ток в контактную сеть с током переменным. Но с появлением таких полупроводников — тиристоров (управляемых диодов или вентилей) рекуперация стала возможна и на переменниках. Дело в том, что тиристоры могут не только выпрямлять переменный ток, но плавно регулировать напряжение и преобразовывать постоянный ток в переменный – инвертировать. Тиристоры устанавливаются в выпрямительно-инверторные преобразователи, которые позволили произвести существенный прорыв в электровозах переменного тока.
Устройство современных электровозов
В общем, подведу небольшой итог, то, что мы здесь рассмотрели уже устарело, но электровозы переменного тока с этой схемой еще активно работают и будут работать еще долгое время на наших железных дорогах (ВЛ60; ВЛ80Т,С). Но на данный момент времени их производство уже остановлено. Все современные электровозы переменного тока (ЭП1; ЭП1М; ЭП1П; 2ЭС5К; 3ЭС5К) выпускаются с тиристорным регулированием напряжения на ТЭД и рекуперативным торможением.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-300×196.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-1024×668.jpg» width=»1024″ height=»668″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-1024×668.jpg» alt=»электровоз эп1м | электровоз эп1м | Движение24″class=»wp-image-3430″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-300×196.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-768×501.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878.jpg 1300w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»электровоз эп1м | Движение24″ /> Электровоз ЭП1М
Нужно отметить, что идея эта не нова и у этих машин были более ранние предшественники – ВЛ80Р; ВЛ85 и пассажирский ВЛ65. На них устанавливаются выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП).
Как работает современный электровоз?
На этих электровозах тяговый трансформатор естественно остался на своем месте, устанавливаются ТЭД также постоянного тока, в принципе все устройства остались, но только кроме громоздкого ЭКГ 8Ж, выпрямительных установок, установок переключения воздуха, исчезли и фазорасщепители, их функцию теперь выполняют пусковые конденсаторы, питание цепей управления, зарядка АБ осуществляется постоянным током, напряжением 50 вольт, который выдает полупроводниковый преобразователь, расположенный в шкафу питания.
Линейные контакторы, подключающие ТЭД к силовой цепи заменены на небольшие быстродействующие выключатели (БВ), имеющие включающую и удерживающие катушки. Но теперь место выпрямительных установок и ЭКГ заняли выпрямительно-инверторные преобразователи, как правило по два на секцию, в которых установлены тиристоры.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-300×225.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-1024×768.jpg» width=»1024″ height=»768″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-1024×768.jpg» alt=»Выпрямительно-инверторные преобразователи | Выпрямительно-инверторные преобразователи | Движение24″id=»2224″ data-full-url=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947.jpg» data-link=»https://dvizhenie24.ru/railway/vypryamitelno-invertornye-preobrazovateli-vip/attachment/1947/» data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-300×225.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-768×576.jpg 768w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Выпрямительно-инверторные преобразователи | Движение24″ /> Выпрямительно-инверторные преобразователи
Вкратце, что такое тиристор?
Тиристор – это полупроводниковый прибор, имеющий четырехслойную структуру p-n-p-n с тремя p-n переходами. Подавая на анод положительные, а на катод отрицательные потенциалы через тиристор будет протекать небольшой ток, если напряжение анод-катод увеличить до напряжения пробоя перехода (напряжение включения), то тиристор открывается, и ток, проходящий через него резко возрастет. Напряжение на тиристоре уменьшается и далее тиристор работает как диод. Тиристор можно открыть и при меньшем напряжении включения, для этого на электрод подается ток управления от вспомогательного источника питания. Ток управления плюс ток анода и если эта сумма превышает ток включения, то тиристор открывается.
Чем больше ток управления, тем при меньшем напряжении включения открывается тиристор. Таким образом можно помимо выпрямления тока еще и менять величину напряжения. Также тиристор может постоянный ток преобразовывать в переменный – инвертировать.
Регулировка напряжения тяговых электродвигателей
Регулировка напряжения ТЭД также производится на стороне низшего напряжения тягового трансформатора. Выпрямительно-инверторные преобразователи подключены к вторичной обмотке трансформатора. Часть вторичной обмотки отделена для собственных нужд и отопления пассажирских поездов, напряжением 3000 вольт (только на пассажирских электровозах). Управление ВИП осуществляется через блок управления ВИП (БУВИП). Имеется четыре зоны регулирования напряжения. Теперь машинисту достаточно плавно переводить штурвал контроллера из одной зоны в следующую, вплоть до четвертой, увеличивая угол открытия тиристоров и также обратно. Таким образом производится плавное регулирование напряжения.
Для охлаждения ВИП и ТЭД на электровозах устанавливается три мотор-вентилятора с асинхронными электродвигателями переменного тока, напряжением 380 вольт, питание вспомогательных машин осуществляется также от обмотки собственных нужд. Четвертый вентилятор включается при рекуперативном торможении, охлаждая блок балластных резисторов. В режиме рекуперативного торможения для питания обмоток возбуждения ТЭД подключается выпрямительная установка возбуждения (ВУВ).
Контроллер машиниста
Контроллер машиниста представляет из себя главный вал, управляемый небольшим штурвалом, имеющим положения:
» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» width=»600″ height=»450″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» alt=»кабина электровоза эп1 | кабина электровоза эп1 | Движение24″class=»wp-image-574″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg 600w» data-sizes=»(max-width: 600px) 100vw, 600px» /title=»кабина электровоза эп1 | Движение24″ /> Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева)
Рядом установлен реверсивный вал, имеющий положения:
На нем установлен задатчик скорости с рукояткой. Этим задатчиком устанавливается необходимая скорость следования (электровоз поддерживает ее автоматически в соответствии с профилем пути), на пульте управления установлен скоростемер или на экране МСУД (микропроцессорная система управления), также при рекуперативном торможении.
В обычном тяговом режиме машинист регулирует напряжения перемещая штурвал контроллера в одну из четырех зон. Для перехода в режим рекуперации штурвал устанавливается на ноль, реверсивная рукоятка ставится в положение «Р» (рекуперация), далее задатчиком скорости устанавливается необходимая скорость, затем машинист переводит штурвал в конец первой зоны, таким образом регулируется тормозная сила.
На электровозах ЭП1М и «Ермаках» контроллер представляет из себя небольшую рукоятку, при переводе ее вперед собирается схема тяги (также четыре зоны), при переводе назад собирается схема рекуперации. Реверсивная рукоятка совсем небольшая, переносная и размещена рядом с главной. Все положения контроллера подсвечиваются. На электровозах ЭП1 всех модификаций и 2ЭС5К «Ермак», установлена микропроцессорная система управления (МСУД), режим рекуперации может включатся и нажатием кнопки «рекуперация» на пульте, при этом срабатывает речевой информатор. Таким же образом происходит и возврат в режим тяги.
Вся необходимая информация высвечивается на экране МСУД (ток и напряжение на ТЭД). На пульте установлены и аналоговые приборы – манометры давления воздуха в главных резервуарах, уравнительном резервуаре, тормозной магистрали и тормозных цилиндрах. Также установлен киловольтметр напряжения в контактной сети.
На пассажирских электровозах (ЭП1; 1М; 1П) установлена система автоматического ведения поезда УСАВП. На пульте расположены сигнальные лампочки работы электропневматического торможения (ЭПТ) и сигнальные светодиоды работы всех систем. Вот так, очень коротко, я постарался описать устройство и работу электровозов переменного тока. Но есть еще электровозы двойного питания (оба рода тока), активно внедряется асинхронный привод.