Лекции по дисциплине: «электронная техника и преобразователи»

Тема №1

Роль преобразователей в локомотивном хозяйстве. Классификация преобразователей.

§1.1 Понятие о преобразователе.

Преобразователь электрической энергии – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжение, частота, количество фаз либо форма сигнала)

Например, преобразователями являются:

1. Выпрямитель - -преобразует переменное напряжение в постоянное

2. Инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное

Также существует множество других преобразователей (количество фаз, частоты)

§ 1.2 Применение преобразователей на железнодорожном транспорте.

§1.2.1 Применение преобразователей на тяговых подстанциях.

Применение преобразователей для нужд тяги поездов стало необходимым с появлением электротяги ( приблизительно 1886г)

Исторически первой появилась система электрической тяги постоянной дороги (участок Балтимор – Огайо, США 1860г)

В России также вначале появилась электротяга на постоянном токе ( Баку – Самбунчи, Закавказской железной дороги, 1926г)

На переменном токе электротяга появилась впервые в Италии (трехфазная система электроснабжения с тремя контактными проводами, тяговые двигатели, асинхронные). Электротяга на однофазном переменном токе промышленной частоты появилась в разных странах в начале 20 века.

Вначале для преобразования трехфазного тока в постоянный использовались электромашины – преобразователи, состоящие из асинхронного трехфазного двигателя, на валу которого находится генератор постоянного тока. Подобный преобразователь используется до сих пор на электровозе ВЛ10.На валу двигателя вентилятора охлаждения находится генератор цепей охлаждения.

В России на первых тяговых подстанциях тока (на Закавказье и Урале) ставились подобные мотор – генераторы.

Преобразователи нужны при любой системе электротяги (даже на постоянном токе). Дело в том, что промышленные электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток промышленной частоты (потому что трехфазный ток экономически более выгоден). Поэтому на тяговых подстанциях его необходимо преобразовывать в постоянный ток либо в любой другой, который и подается в контактную сеть.

Впоследствии электромашинные преобразователи были заменены статическими преобразователями. Самыми первыми статическими преобразователями были ртутные выпрямители – так называемые игнитроны.

Игнитрон (от лат. ignis – огонь и электрон) – это ионный выпрямительный прибор с управляемым дуговым разрядом. Он применяется в качестве электрического вентиля в силовых преобразовательных устройствах, электроприводах, тяговых подстанциях.

Каждый игнитрон рассчитан на напряжение до 5 кВ и силой тока в сотни Ампер.

Когда на аноде игнитрона «+», а на катоде «−», то возникает мощная электрическая дуга от катода к аноду (катод выполнен в виде жидкой ртути) Для «поджигания» дуги используется специальный поджигающий электрод игнайтер – в нужный момент он приподнимается над ртутью и возникает дуга. Управляя моментом приподнимания игнайтера, можно управлять началом зажигания основной дуги и тем самым регулировать выпрямленное напряжение от нуля до максимального значения. Такие ртутные выпрямителя в металлическом корпусе и с жидкостным охлаждением применялись на тяговых подстанциях и электровозах переменного тока.

Игнитроны нуждаются в принудительном охлаждении, потому что дуга выделяет много тепла.

Ртутные преобразователи были громоздкими и неподъемными и впоследствии были заменены в полупроводниковые преобразователи на силовых диодах и тиристорах.

Последний ртутный выпрямитель в России был снят в 1972г, однако на электровозах они работали еще примерно 10 лет. Сейчас на всех тяговых подстанциях используют полупроводниковые преобразователи.