Выпрямительная установка

Назначение. Выпрямительные установки ВУК-4000Т-02 или ВОППД-3,15к-1,4к-02 (в схеме электровоза на рис. 8.2 — 61, 62, вкладка) служат для выпрямления переменного тока в постоянный, с целью питания тяговых двигателей электровоза (табл. 4.2).

Устройство. Выпрямительная установка выполнена по мостовой схеме и обеспечивает питание двух параллельно соединенных тяго­вых двигателей в одной тележке. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух прямоугольных шкафов (рис. 4.3), в каждом из которых находятся диоды двух плеч моста.

Каждое плечо выпрямительной установки ВУК-4000Т-02 (рис. 4.4, а) состоит из 48 вентилей типа ВЛ-200-8 (не ниже восьмого класса), вклю

ченных в 12 параллельных ветвей по 4 последовательно соединен­ных вентиля в каждой цепи.

Все 4 плеча выпрямительной установки разделены на два блока, по два плеча в каждом. Например, для выпрямительной установки 61 два диодных плеча объединены в одном шкафу (блок 61-1), а два других диодных плеча находятся в другом шкафу (блок 61-2).

На боковой стенке шкафа выпрямительной установки укрепле­ны изолированно друг от друга 96 вентилей двух плеч (12 рядов по 8 вентилей в каждом ряду), на боковой стенке другого шкафа ана­логично расположены 96 вентилей двух других плеч. Радиаторы вентилей собраны на шпильках, которые для изоляции пропуще­ны через бакелитовые трубки. Все радиаторы вентилей изолирова­ны друг от друга текстолитовыми прокладками.

Вентили с шунтами расположены снаружи шкафа, а их радиа­торы находятся внутри шкафа с зазором 40*50 мм от радиаторов вентилей другого плеча на противоположной стенке шкафа.

Радиаторы вентилей выпрямительных установок обдуваются воз­духом сверху вниз со скоростью не менее 10 м/с от двух центробежных вентиляторов, расположенных на одном валу асинхронного двигателя МВЗ или МВ4, установленных сверху над блоками выпрямительных установок 61 и 62 соответственно.

Выпрямительная установка типа ВОППД-3,15к-1,4к-02, укомплек­тованная диодами с улучшенными параметрами типа ДЛ153-1250-24, конструктивно выполнена аналогично выпрямительной установке ВУК-4000Т-02, но имеет меньшее количество вентилей. Каждое плечо этой выпрямительной установки (рис. 4.4, б) состоит из 6 вен­тилей, включенных в три параллельные цепи по 2 последовательно соединенных вентиля в каждой.

Примечание. Для плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД при реостатном торможении используется выпрямительная установка возбуждения(ВУВ), собранная на тиристорах. Конструкция и работа в схе­ме этой выпрямительной установки в данном учебном пособии не рассмат­ривается.

Устройство выпрямительного элемента. Главной деталью крем­ниевого вентиля является выпря­мительный элемент, который представляет собой пластинку из чистого кремния толщиной 0,5 мм и диаметром 25 мм. Сверху в пла­стинку кремния вплавляют пя­тивалентный сплав (серебро, свинец), для образования элект­ронной проводимости кремния. Снизу в пластинку кремния вплав­ляют трехвалентное вещество (алюминий) для образования ды­рочной проводимости кремния. Тогда внутри пластинки кремния автоматически образуется запор­ный слой из нейтральных атомов (р-п переход).

Устройство вентиля штырьевой конструкции типа «ВЛ». Для защи­ты пластинки кремния от механи­ческих и термических повреждений к ней сверху и снизу припаивают вольфрамовые пластинки толщи­ной 2 мм. Эти три пластинки (воль­фрам-кремний-вольфрам) поме­щают внутрь медного (рис. 4.1, я) корпуса в виде стакана.

Нижнюю вольфрамовую пла­стинку припаивают к дну медно­го корпуса, а к верхней вольфра­мовой пластинке припаивают гибкий медный шунт, который выводят наружу и изолируют от корпуса стеклянным изолято­ром. Воздух из корпуса выкачи­вают и заполняют азотом

Для улучшения охлаждения медный корпус вентиля имеет снизу форму шпильки с резьбой и вкручивается в алюминиевый радиатор с ребрами специальным моментным ключом с определенным усили­ем. Для ключа корпус вентиля снизу имеет форму шестигранника.

Шунт вентиля с припаянным наконечником является минусовым выводом, а корпус вентиля и радиатор являются плюсовым выводом, для чего между корпусом вентиля и радиатором укреплена Г-образ-ная скоба из меди с отверстием для подключения кабеля.

Устройство вентиля таблеточной конструкции типа «ДЛ». В диодах таблеточной конструкции выпрямительный элемент (крем­ниевая пластинка) помещается в металлокерамический корпус между двумя медными основаниями, обладающими высокой тепло- и элект­ропроводностью. Выпрямительный элемент не припаивают к основа­нию, как в диодах штырьевой конструкции, а прижимают через воль­фрамовые пластины. Применение прижимных контактов для соединения выводов диода с выпрямительным элементом позволяет значительно снизить механические напряжения, возникающие при резких изменениях температуры. В результате этих мероприятий, а также благодаря двустороннему отводу тепла от выпрямительного элемента стойкость диода к токовым перегрузкам значительно возра­стает. Вентили таблеточной конструкции в отличие от вентилей шты­рьевой конструкции не ввинчивают в охладители, а зажимают кон­тактными поверхностями между двумя половинками Класс вентиля. Класс вентиля (1, 2...10, 11...35) показывает ве­личину допустимого обратного напряжения в сотнях вольт. Для лавинных вентилей величина допустимого обратного напряжения U_{o5 доп} составляет 80 % от максимального обратного напряжения Uобр макс которое определяется по точке загиба вольт-амперной характеристики для обратного тока. Особенности лавинных вентилей. При изготовлении лавинных вентилей используется чистый кремний без примесей. Поэтому при перенапряжениях (при большой величине U_o5p) весь обратный ток /_обр идет через запорный слой по всей его площади, т.е. лавиной. В результате чего при пробое лавинного вентиля за счет большой площади прохождения обратного тока /_обр (0 25 мм) плотность тока будет незначительной, и если своевременно сработает защита (отключится ГВ), то разрушения запорного слоя от перегрева не произойдет и вентиль после пробоя восстановится.

У обычных нелавинных вентилей типа ВК, ВКД при пробое весь обратный ток идет по очень малому сечению через примесь в за­порном слое, и здесь из-за большой плотности тока происходит местный перегрев запорного слоя (т.е. прожигание кремниевой пластинки), что приводит вентиль в негодность.

Примечание. Условное обозначение силового кремниевого вентиля со­держит достаточно полную информацию о его основных параметрах.

Обозначение ВЛ-200-10-0,52 расшифровывается следующим образом: «В» — вентиль; «Л» — лавинный; «200» — номинальный прямой ток в амперах; «10» — класс вентиля, т.е. Ј/_{обр доп} = 1000 В (10x100); «0,52» — падение напряжения в прямом направлении в вольтах при /_ном = 200 А.

Обозначение ДЛ153-1250-24 расшифровывается так: «Д» — диод; «Л» — лавинный; 1 — порядковый номер модификации конструкции; 5 — модифи­кация по диаметру корпуса; 3 — конструктивное исполнение корпуса; 1250 — предельный ток, А; 24 — класс.