Регулирование напряжения на тяговых электродвигателях в режиме тяги

Для удобства рассмотрения принципов регулирования на рисунке 6 приведена упрощённая силовая схема электровоза, где цифрами 1-8 обозначены плечи ВИП, цифрами 1-3 секции обмоток трансформатора. При этом секция I соответствует секциям а1-1, а2-3 обмоток тягового трансформатора Т1, секция II - секциям 1-2. 3-4, секция III - секциям 2-х1, 4-х2.

Тиристоры ВИП открываются с помощью управляющих импульсов, вырабаты­ваемых шкафом А55.

Алгоритм управления тиристорами приведён в таблице 1.

На первой зоне регулирования тяговые электродвигатели питаются от выпря­мительных мостов, образуемых плечами 3-6, подключенными на выводы секции II обмотки трансформатора.

Т

В последующий полупериод при угле открытия a0 тиристоров плеча 5 закры­ваются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры плеч 6, 5, сглаживающий реактор. Таким образом, происходит чередова­ние нулевых вентилей для различных полупериодов напряжения сети, что позволяет не усиливать по току плечи ВИП, работающие в первой зоне регулирования.

Чем большую часть проводящего полупериода проходит ток через тиристоры, тем больше среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых электродвигателях.

Для реализации изложенных режимов работы ВИП в первой зоне необходимо на тиристоры плеча 5 в один и тот же полупериод напряжения сети подавать им­пульсы управления, регулируемые по фазе от п до а0 и импульсы управления с фа­зой а0.

Это объясняется тем, что тиристоры плеч 3 и 5, на которые подаются импульсы управления в начале полупериода (а0), не удерживаются в открытом состоянии до прихода импульсов с фазой ар на тиристоры плеч 4, 5. Поэтому подачей дополни­тельных импульсов на тиристоры плеча 5 будет создана цепь тока через тиристоры плеч 4. 5, что позволит запасти электромагнитную энергию в реакторе. В дальней­шем тиристоры плеча 5, получая импульсы управления с фазой а0, будут удержи­ваться в открытом состоянии за счёт разряда электромагнитной энергии реактора, и импульсы с фазой ар с тиристоров плеча 5 могут быть сняты.

Во второй зоне плавным изменением фазы открытия тиристоров плеч 1, 2 осу­ществляется регулирование выпрямленного напряжения от 1/4U_ном до 1/2U_НОМ.

Протекание тока в течение полупериода будет происходить следующим образом:

Вначале полупериода ток будет проходить от секции II обмотки, трансформа­тора через тиристоры плеча 3, цепи тяговых электродвигателей, плечо 6.

иристоры плеч 3, 5 открываются импульсами с постоянной фазой ap, соответ­ствующей минимальному углу открытия, а тиристоры плеч 4, 6 - импульсами с ре­гулируемой фазой ap. Если в один из полупериодов нагрузку взяли тиристоры плеч 4, 5, то в следующий полупериод при открытии тиристоров плеча 3 в момент аp, происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристоры плеча 3, а энергия цепи выпрямленного тока разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч 4. 3. сглаживающий реактор, тяговый электродвигатель. При угле открытии аp тиристо­ров плеча 6 происходит коммутация тока с тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6 и далее ток нагрузки проходит через тиристоры плеч 3 и 6.

В момент открытия тиристоров плеча I происходит коммутация тока с тиристоров плеча 3 на тиристоры плеча 1. С этого момента тяговые электродвигатели питаются от секции I. II обмотки трансформатора.

Аналогично ток будет проходить и во второй полупериод, но в работе будут участвовать тиристоры плеч 2, 4 и 5.

Для дальнейшего увеличения выпрямленного напряжения, при полностью от­крытых тиристорах плеч 1 и 2, нагрузка переводится с секции I, II на секцию III об­мотки трансформатора.

Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока, и происходит сле­дующим образом:

Нагрузка с тиристоров плеч 1, 2, 5, 6 переводится на тиристоры плеч 5, 6, 7, 8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики аппаратуры управления синхроимпульсов в момент времени wt=п/2. Если синхроимпульс по­ступает при полностью открытых тиристорах плеч 1, 6, то за время wt=п/2+ a0 должны быть выполнены логические операции, запрещающие подачу импульсов управления в следующий полупериод на тиристоры плеч 2 и 5 и разрешающие от­крытие тиристоров плеч 6, 7. Тогда под действием ЭДС всей вторичной обмотки трансформатора происходит коммутация тока с тиристоров плеча 1 на тиристоры плеча 7. Ток нагрузки проходит по цепи: тиристоры плеч 6. 7. секция III обмотки трансформатора. Тиристоры плеча 6 при таком переходе нагружены током в течение периода. Это происходит один раз, и дальше тиристоры плеч 6, 7 чередуются с 5. 8. находясь под током половину периода. Если же синхроимпульс поступает при от­крытых тиристорах плеч 2, 5, тогда тиристоры плеча 5 остаются в открытом состоя­нии ещё на один полупериод, так как должны быть открыты тиристоры плеч 5 и 8 (смотри таблицу 1).

Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путём подачи импульсов на открытие тиристоров плеч 5, 8 и 6, 7 с углом a₀ и плавным изменением угла от­крытия тиристоров плеч 3 и 4 от максимального значения до a₀.

При этом выпрямленное напряжение будет плавно изменяться от 1/2Uном до 3/4ном.

Ток по тиристорам указанных плеч в течение полупериода будет протекать следующим образом: если ток протекает в начале полупериода через тиристоры плеч 5, 8 (или 6, 7), то с момента подачи импульса на открытие тиристоров плеча 3 (или 4) происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 (или 6) на тиристоры плеча 3 (или 4).

На четвёртой зоне регулирования к работающим тиристорам плеч 3, 8 и 4, 7 дополнительно подключаются тиристоры плеч 1 и 2 с углом открытия а_Р. Таким об­разом, к секциям III, II обмотки трансформатора прибавляется секция I.

В момент открытия тиристоров плеч 1 и 2 с углом открытия а0 выпрямленное напряжение будет иметь наибольшее значение.

Для уменьшения напряжения последовательность переходов обратная.

Выше рассматривался упрощенный алгоритм работы тиристоров преобразова­теля для режима тяги. Этот алгоритм позволяет рассмотреть основной принцип ре­гулирования выпрямленного напряжения.

Теперь остановимся на некоторых особенностях работы преобразователя с па­раллельным соединением мостов. Так, например, на третьей зоне в режиме тяги ти­ристоры плеч 6, 8, и 6, 7 открываются в начале полупериода управляющим им пуль­сом с фазой а₀, а тиристоры плеч 3 и 4 - импульсом с фазой а_Р. Если в один из полу­периодов ток тёк по контуру: плечо 8, секции III и II, плечо 3, тяговые электродвига­тели, то в начале следующего полупериода управляющие импульсы с фазой а0 по­даются на тиристоры плеч 6 и 7. При этом образуются два контура коммутации то­ка:

1) плечи 3, 7 - секции 2,3;

2) плечи 6, 8 - секция III.

Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть в кон­туре 1). Во время этой коммутации тиристоры плеча 7 открываются, а тиристоры плеча 3 закрываются. После завершения коммутации тока в контуре 1) (угол комму­тации J'0) начинается коммутация в контуре 2) (угол коммутации J"0), при которой открываются тиристоры плеча 6.

Поскольку коммутация тока происходит поочерёдно в контуре с большим на­пряжением и в контуре с меньшим напряжением, потенциальные условия для нача­ла коммутации в плечах, находящихся в контуре с меньшим напряжением, могут создаваться позже воздействия на них управляющих импульсов с фазой a0. В этом случае коммутация тока в контуре с меньшим напряжением может совсем не на­чаться, либо не все тиристоры плеча возьмут нагрузку, что приведёт к нарушению параллельной работы тиристоров.

Чтобы исключить подобные режимы, осуществляется автоматическое слежение за окончанием коммутации тока в контуре с большим напряжением и управляющий импульс на тиристоры малого контура подаётся в тот момент, когда напряжение на обмотке трансформатора восстановится, и создадутся потенциальные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре. В конце второй, третьей и четвёртой зон регулирования при подаче управляю­щих импульсов на тиристоры с углом открытия ap во время коммутации тиристоров с углом открытия од может возникнуть режим с нарушением параллельной работы тиристоров, т. е. когда часть тиристоров плеча закрыта. Это возможно при снятии управляющих импульсов до окончания коммутации, когда ток через отдельные ти­ристоры может быть меньше тока удержания вследствие резкого снижения напря­жения обмоток трансформатора и, следовательно, анодного напряжения тиристоров при коммутации. С целью исключения подобных режимов предусмотрено автома­тическое ограничение фазы импульса - ap.

Напряжение на ТЭД подается от вторичных тяговых обмоток трансформатора через выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП). Каждый ВИП имеет по 4 вывода. При повреждении они отключаются трехножевыми разъединителями QS3-QS6 с ручным приводом.

ТЭД 1,2,3 подключены через ВИП III к тяговым обмоткам а1-х1, а ТЭД 4,5,6 через ВИП U2 к обмоткам а2-х2. Напряжение секций а!-1, 1-2, (а2-3, 3-4) вторичных тяговых обмоток при холостом ходе трансформатора составляет 315 В, напряжение секций 2-х1. (4-х2)-630В.

Изменение напряжения на ТЭД происходит с помощью четырехзонного плавного регулирования выпрямленного напряжения.

I зона : от 0 до 315 В, II зона: от 315 В до 630 В, III зона: от 630 В до 945 В, IV зона: от 945 В до 1260 В ( данные приведены в режиме холостого хода тр-ра)

Переход из одной зоны регулирования в другую, происходит за счет открытия или запирания тиристоров в плечах ВИП, т.е. ВИП подключается к определенным секциям тяговых обмоток.

Регулирование напряжения ТЭД в пределах одной зоны осуществляется путем изменения угла открытия тиристоров ВИП.

Защита тяговых обмоток и ВИП от токов короткого замыкания осуществляется с помощью реле КА1-КА6 (6000А), при срабатывании которых от обмотки собственных нужд трансформатора подается напряжение на катушку отключающего электромагнита переменного тока ГВ.

Цепь тока ТЭД 1,2,3 в первый полупериод на I зоне регулирования (0-315 В): в этом случае питание двигателей осуществляется от секции тяговой обмотки 1-2 С вывода 1 вторичной тяговой обмотки через нож разъединителя (отключения ВИП) QS3, реле КА1, на вывод 2 ВИП. Далее через плечо 3 (ВИП Ш) на сглаживающий реактор L5 (снижает пульсации выпрямленного тока в цепи ТЭД). После этого ток распределяется на три параллельные цепи к соответствующим двигателям:

- 1 ТЭД : через БВ QF11, шунт амперметра РА1, якорные обмотки Я1-Д2, силовые контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QР1, обмотка возбуждения С1-С2, контакты реверсора QР1, нож рубильника отключения 1-го ТЭД QS11, силовые контакты тормозного переключателя QT1.

-2 ТЭД: через БВ QF12, якорные обмотки Я1-Д2, силовые контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QP1, обмотка возбуждения С1-С2, контакты реверсора QР1, нож рубильника отключения 2-го ТЭД QS12, силовые контакты тормозного переключателя QT1.

-3 ТЭД: через БВ QF13, якорные обмотки Я1-Д2, силовые контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QР1, обмотка возбуждения С1-С2, контакты реверсора QP1 нож рубильника отключения 3-го ТЭД QS13, силовые контакты тормозного переключателя ОТ1.

Далее параллельные цепи объединяются в одну и цепь тока проходит через плечо 6 и вывод 3 ВИП Ш, тр-р Т15, реле КА 2 (защита ВИП и тяговых обмоток от перегрузки и токов к.з), нож разъединителя (отключения ВИП) QS5, на вывод 2 секции тяговых обмоток.

Цепь тока ТЭД 1,2,3 во второй полупериод на I зоне регулирования:

с вывода 2 вторичной тяговой обмотки, нож разъединителя (отключения ВИП) QS5, реле КА2 (реле защиты), тр-р Т15, вывод 3 и плечо 5 ВИП Ш, сглаживающий реактор L5, далее через ТЭД (аналогично 1-ому полупериоду), плечо 4 и вывод 2 ВИП Ш, реле КА1, нож рубильника QS3, вывод тяговой обмотки 1.

Питание 4-5-6 ТЭД осуществляется от второго плеча тягового трансформатора через ВИП U2.

Цепь тока 4,5,6 ТЭД в первый полупериод

С вывода 3 вторичной тяговой обмотки через нож разъединителя (отключения ВИП) QS4, реле КА4, на вывод 2 и плечо 3 ВИП U2, сглаживающий реактор L6, тремя параллельными цепями к соответствующим двигателям.

- 4 ТЭД : через БВ QF11, якорные обмотки Я1-Д2, силовые контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QР1, обмотка возбуждения С2-С1 , контакты реверсора QР1, нож рубильника отключения 4-го ТЭД QS11, силовые контакты тормозного переключателя QТ1.

-5 ТЭД: через БВ QF12, якорные обмотки Я1-Д2, силовые контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QР1, обмотка возбуждения С2-С1, контакты реверсора QР1, нож рубильника отключения 5-го ТЭД QS12, силовые контакты тормозного переключателя QТ1.

-6 ТЭД: через БВ QF13, шунт амперметра РА2, якорные обмотки Я1-Д2, силовые

контакты тормозного переключателя QТ1, силовые контакты реверсора QР1, обмотка

возбуждения С2-С1, контакты реверсора QР1, нож рубильника отключения 6-го ТЭД

QS13, силовые контакты тормозного переключателя QT1.

Далее общей шиной, через плечо 6 и вывод 3 ВИП 112, тр-р Т17, реле КА5 ,

нож разъединителя (отключения ВИП) QS6, на вывод 4 секции тяговых обмоток.

В другой полупериод цепь тока аналогично изменяется как и на 1-2-3 ТЭД .

Для контроля тока ТЭД в цепи якорей ТЭД включены датчики тока Т21 -Т23, обеспечивающие совместно со шкафом МСУД (А55) управление ВИП. Напряжение ТЭД измеряется вольтметром РV4 включенном в цепь 5 ТЭД. От коммутационных перенапряжений вольтметр защищен конденсатором С20. От токов к.з плавкой вставкой F20.

Для снижения уровня атмосферных и коммутационных перенапряжений в цепях тяговых обмоток включены ограничители перенапряжении F3, F4.

Для снижения потенциала относительно корпуса и снижения уровня радиопомех тяговые обмотки соединены с корпусом электровоза соответственно через конденсаторы С 1.С2 и конденсаторы С11-С14.

Для уменьшения пульсаций тока в обмотках возбуждения ТЭД они шунтированы резисторами R11-R13 (выводы Р3, Р0)