19 Назначение выпрямителей и инверторов

Преобразователи в силовых цепях электровозов и электропоездов используют для следующих целей: выпрямления переменного тока (выпрямители), преобразования постоянного тока в переменный (инверторы), импульсного регулиро­вания напряжения (импульсные преобразователи), преобразования однофазного переменного тока в трехфазный и изме­нения частоты напряжения источника питания (преобразователи ПЧФ). Все эти преобразователи выполнены на полупроводниковых приборах (диодах и тиристорах). По типу применяемых полупроводниковых приборов преобразователи подразделяются на диодные, диодно-тиристорные и тиристорные, по системе охлаждения диодов и тиристоров с принудительным и естественным охлаждением.

Во время рекуперативного торможения на электровозах пере­менного тока так же, как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, превращая кинетическую энергию в электрическую. Тяговые двигатели — машины постоянного тока, они вырабатывают постоянный ток. Для того чтобы энергию направить в контактную сеть (т. е. осуще­ствить рекуперацию энергии), необходимо постоянный ток преоб­разовать в переменный и повысить напряжение до напряжения контактной сети.

Процесс преобразования постоянного тока в переменный с по­мощью статических преобразователей называют инвертированием. Его осуществляют специальным преобразователем — инвертором, укомплектованным кремниевыми полупроводниковыми упра­вляемыми вентилями (тиристорами). Отметим, что преобразователь — инвертор в тяговом режиме работает как выпрямитель, причем благодаря наличию в нем управляемых вентилей возможно плавное регулирование напряжения.

Инвертирование так же, как и выпрямление, осуществляют по различным схемам (по схеме с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора или мостовой схеме). На первых электровозах с рекуперацией BJI60^P установлены игнитроны, которые работают в схеме с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора.

На электровозах ВЛ80^Р установлены полупроводниковые преоб­разователи, выполненные по мостовой схеме.

Чтобы перейти от выпрямления к инвертированию, тяговые дви­гатели необходимо перевести в генераторный режим при независимом возбуждении. При этом одновременно изменяют полярность двига­телей так, чтобы направление генераторного тока соответствовало направлению проводимости вентилей (рис. 104).

С помощью управляющих электродов у тиристоров обеспечивается открытие соответству­ющих вентилей в отрицательный полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора. При этом ток будет протекать против э. д. с. во вторичной обмотке трансформатора, вследствие чего транс­форматор будет передавать в контактную сеть энергию, вырабаты­ваемую тяговыми двигателями.

Рис. 104. Принципиальная схема (а) и кривая напряжения (б) инвертора

20 Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однополупериодное выпрямление. Выпрямление переменного тока в постоянный производится с помощью статических преобразова­телей, собранных из вентилей, которые проводят электрический ток только в одном направлении.

Для преобразователей электровозов применяют полупроводниковые кремниевые вентили.

Простейшим является однополупериодное выпрямление (рис. 101, а). Первичная обмотка трансформатора питается от одно­фазной сети с напряжением и₁. Напряжение вторичной обмотки и₂ подается на нагрузку R через вентиль В.

Ток через вентиль может проходить только тогда, когда анод имеет положительный потенциал по отношению к катоду, т. е. в течение одного полупериода, соответствующего положительной полуволне синусоидального напряжения. В следующий полупериод при отрицательной полуволне напряжения анод вентиля будет иметь отрицательный потенциал по отношению к катоду и ток через вентиль не будет проходить. Таким образом, в однополупериодной схеме через нагрузку R протекает прерывистый ток / постоянного направления (рис. 101, б). Кривые рис. 101, б построены в предполо­жении, что нагрузка R имеет чисто омическое сопротивление.

В полупериоды, когда вентиль проводит ток, напряжение и_а__к на нем очень мало: оно равно падению напряжения в вентиле. В не­проводящий полупериод между анодом и катодом вентиля будет приложено полное напряжение вторичной обмотки трансформатора, которое в этом случае называют обратным. Максимальная величина обратного напряжения равна амплитудному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора: Uобр.т — V¯ 2U₂.

В схеме рис. 101 к нагрузке R подводится напряжение прерыви­стое, переменное по величине и постоянное только по направлению. Прерывистое напряжение вызывает прерывистый ток нагрузки, что неблагоприятно отражается на работе потребителя постоянного тока — тягового двигателя на электровозе. При однополупериодном выпрямлении из-за прерывистости возникают значительные пульсации выпрямленных напряжения и тока, т. е. качество выпря­мления неудовлетворительное.