3.2. Режим выпрямления

Регулирование начинается с первой зоны, на которой выпрямительное напряжение , подведенное к тяговым двигателям, определяется напряжением об­мотки I трансформатора (рис. 3.1, 3.2, а). Полярность выпрямленного напряжения показана на рис. 3.1 без скобок. Пуск электрово­за на первой зоне регулирования начинается с мак­симального значения угла регулирования , при котором выпрямленное напряжение минимально. Посредством подачи управляющих импульсов на тиристоры (тиристорные пле­чи) в пределах от до можно изме­нять выпрямленное напряжение от минимального зна­чения до  – номинально-выпрямленного напряжения преобразователя 1400 В.

На второй зоне регулирования выпрямлен­ное напряжение формируется под воздействием на­пряжения обмотки I трансформатора и напряжения секции II, подключаемой к тяговому двигателю на интервале _р min –  (рис. 3.2, б). При минимальной фазе импульсов управления _р min, подаваемых на плечи и на второй зоне регулирования, вып­рямленное напряжение увеличивается до .

Рис. 3.2. Диаграммы выпрямленного напряжения

На третьей зоне регулирования обмотки I и II заменяются обмоткой III с равным напряжением. Изменение напряжения происходит за счет регулирования продолжительности совместной работы III и I секции обмотки трансформатора (рис. 3.2, в). При изменении , подаваемого на плечи тиристоров и , от до , выпрямленное напряжение достигает .

На четвертой зоне регулирования к напряжению обмоток I и III добавляется напряжение обмотки II. Увеличение происходит за счет напряжения секции II посредством изменения угла регулирования тиристорных плеч и от до (рис. 3.2, г). При минимальном угле регулирования выпрямленное напряжение достигает номиналь­ного напряжения .

На первой зоне регулирования напряжение секции I вторич­ной обмотки трансформатора через тиристоры (тиристорные плечи) поступает в цепь нагрузки. Работе преобразователя соответствуют мгновенные схемы замещения ВИП, приве­денные на рис. 3.3 [4]. Интервалам времени на рис. 3.2 соответствуют схемы замещения преобразователя, обозначенные теми же цифрами на рис. 3.3. На рис. 3.2, а показана форма выпрямленного на­пряжения для двух полупериодов напряжения вторичной обмотки трансфор­матора, условно изображенного сплошной стрелкой при положительной ( > 0) и штриховой линией для отрицательной ( < 0) по­лярности напряжения.

Все временные интервалы работы преобразователя можно условно разделить на три вида.

Во время активного периода работы преобразователя (интервалы 4–5 и 8–1 на рис. 3.3) тяговый двигатель подключен через тиристорные плечи ( > 0) и ( < 0) к секции I вторичной обмотки трансформатора. В цепи нагрузки протекает ток , в обмотке сглаживающего реактора СР происходит запасание магнитной энергии.

Во время нулевых интервалов и образуется контур протекания тока нагрузки за счет энергии, запасенной в СР во время активного интервала. На этом этапе работы преобразователя вторичная обмотка трансформатора отключена от двигателя закрытыми тиристорами преобразователя.

На интервалах коммутации , (при положительном) и , (при отрицательном) напряжении трансформатора происходит изменение конфигурации схемы преобразователя за счет открытия одних и закрытия других тиристоров (процесс коммутации). Вторичная обмотка трансформатора оказывается закороченной двумя коммутируемыми вентилями, поэтому выпрямленное напря­жение u_d на этих интервах равно нулю. В цепи контура коммутации протекает ток короткого замыкания или ток коммутации i_k, совпа­дающий с проводящим направлением вступающего в работу тиристора и направленный в противоположном направлении для запи­раемого вентиля. После уменьшения прямого анодного тока до нуля один тиристор закрывается, при этом ток другого тиристора достигает значения тока нагрузки , процесс коммутации заканчивается. Описанным процессам соответствуют углы коммутации (интервалы и ) и (интервалы и ) на рис. 3.2, а.

Рис. 3.3. Схемы замещения преобразователя на первой зоне регулирования

Таким образом, формирование напряжения на нагрузке происходит на активных интервалах. Все остальные являются вспомогательными и служат для перехода от одной активной схемы преобразователя к другой.

Рассмотрим работу преобразователя на отдельных временных интервалах, показанных на диаграмме выпрямленного напряжения (рис. 3.2, а) и схеме замещения рис. 3.3.

В момент времени после открытия тиристорного плеча образуется актив­ный контур протекания тока нагрузки через тиристоры плеч (интервал ) (рис. 3.3). К двигателю прикладывается полуволна напряжения секции I вторичной обмотки трансформатора, показанная сплошной стрелкой.

В момент (после смены полярности напряжения тягового трансформатора) на тиристор подается импульс управления , после чего начинается коммутация тока с тиристоров плеча на тиристоры плеча (интервал ). Такая коммутация продолжительностью , происходящая в начале каждого полупериода после подачи управляющего им­пульса , называется сетевой. После ее окончания на интервале образуется нулевой контур протекания тока нагрузки через тиристорные плечи .

В момент времени на тиристор поступает импульс управления , что приводит к образованию другого контура коммутации тока с ти­ристора на (интервал ) продолжительностью . Такая коммутация, происходящая после подачи на тирис­торы импульса управления с фазой , называется фазной. Она заканчивается в момент образованием другого активно­го контура тока через тиристоры и (интервал ). При отрицательной полярности напряжения вторичной обмотки (пока­зано штриховой линией) к цепи нагрузки через вентили прикладывается напряжение положительной полярности, направление тока нагрузки по­казано на рис. 3.3 стрелкой.

Аналогично происходит сетевая коммутация при положитель­ном направлении напряжения вторичной обмотки (интервал ). При подаче импульса на тиристоры плеча ВИП на­чинается коммутация тока с третьего тиристорного плеча на пя­тое (угол ). После этого образуется нулевой контур (интер­вал ) протекания тока двигателя через тиристорные плечи , минуя вторичную обмотку трансформатора.

Отличие фазной коммутации (интервал ) при поло­жительном напряжении вторичной обмотки зак­лючается в том, что импульсы угла регулирования пода­ются одновременно на оба тиристорных плеча . Это объясняется тем, что при работе электровоза с большим уг­лом регулирования сокращается продолжительность ак­тивного интервала , что может оказаться недостаточ­ным для накопления магнитной энергии в индуктивности нагрузки и поддержания тока в цепи преобразователя на последующих интервалах и . Поэтому к моменту времени ток тиристора может умень­шиться до нуля, что вызовет его закрытие. В момент времени , кроме импульса управления , подаваемого на вступающий в работу тиристор , подается импульс на тиристорное плечо  для его гарантированного открытия. Через открытые вентили , на интервале при положительном напряжении образуется активный контур тока и происходит накопление энергии в индуктивности нагрузки. Ее должно быть достаточно для поддержания тока в цепи нагрузки на последующих интервале сетевой коммутации (интервал ) и нулевом интервале . В случае уменьшения до нуля тока тиристоров на интервале они перейдут в непроводящее состояние. При закрывшемся тиристоре невозможно включить тиристор на последующем интервале фазной коммутации , поэтому на послекоммутационном интервале напряжение .