8.1. Краткие теоретические сведения

На электровозах переменного тока ВЛ65, ВЛ80р, ВЛ85 применяются выпрямительно-инверторные преобразователи ВИП-2200М, ВИП-4000, ВИП-6300. ВИП предназначен для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный, плавного регулирования напряжения питания тяговых двигателей в режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования противо-ЭДС инвертора в режиме рекуперативного торможения. На электровозе ВЛ85 установлено шесть ВИП-4000УХЛ2. Силовая схема ВИП предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения. Блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем (БУВИП) формирует и распределяет по тиристорам 8 плеч ВИП изменяемые по фазе управляющие импульсы.

Рассмотрим тяговый режим электровоза, когда ВИП работает в выпрямительном режиме с помощью упрощенной силовой схемы преобразователя (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Упрощенная принципиальная силовая электрическая схема выпрямителя для 4–зонного регулирования U_d

В зоне 1 переменное напряжение секции ІІ вторичной обмотки тягового трансформатора (315 В) выпрямляется тиристорами VS3, VS5 с нулевым углом открытия тиристоров (α_о = 9±1 электрический градус) и тиристорами VS4, VS6 с регулируемым углом открытия α_р. С момента подачи управляющих импульсов с α_р одновременно на тиристоры плеч VS4, VS5 выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке после завершения коммутации тока с тиристоров плеча VS6 на тиристоры плеча VS4. В последующий полупериод переменной ЭДС вторичной обмотки при подаче на тиристоры плеча VS3 управляющих импульсов с α_о они открываются, после чего происходит коммутация тока с тиристоров плеча VS5 на тиристоры плеча VS3. Энергия, запасенная в цепи выпрямленного тока за время коммутации, разряжается по нулевому контуру: сглаживающий реактор РС, обмотка якоря тягового двигателя М, тиристоры плеч VS4, VS3 . При открытии тиристоров плеча VS6 с углом регулирования α_р происходит коммутация тока с тиристоров плеча VS4 на тиристоры плеча VS6, и далее ток нагрузки проводят тиристоры плеч VS3, VS6.

В следующий полупериод переменной ЭДС вторичной обмотки трансформатора в момент α_о открываются тиристоры плеча VS5 и закрываются тиристоры плеча VS3. Возникает нулевой контур для разряда энергии в цепи выпрямленного тока: сглаживающий реактор, обмотка якоря тягового двигателя, тиристоры плеч VS5, VS6. Происходит чередование использования тиристоров в качестве нулевых вентилей для образования контура разряда энергии. Регулированием фазы управляющих импульсов в диапазоне α_{р max} до α_{р min} производится плавное изменение среднего значения выпрямленного напряжения от 0 до 1/4U_dH.

В зоне 2 выпрямленное напряжение плавно увеличивается от 1/4U_dH до 1/2U_dH, а регулирование осуществляется за счет изменения фазы открытия тиристоров плеч VS1, VS2 в диапазоне от α_{р max} до α_{р min}. К выпрямителю на тиристорах VS1, VS2, VS5, VS6 прикладывается переменное напряжение секции Ι и секции ΙΙ вторичной обмотки по 315 В каждая.

В зоне 3 производится перевод нагрузки с секций Ι, ΙΙ вторичной обмотки трансформатора на равновеликую по напряжению секцию ΙΙΙ с напряжением 630 В. Тиристоры плеч VS5, VS6, VS7, VS8 открываются импульсами управления с α_о. Изменением угла открытия α_р тиристоров плеч VS3, VS4 в диапазоне α_{р max} до α_{р min} среднее значение выпрямленного напряжения плавно увеличивается от 1/2U_dH до 3/4U_dH.

В зоне 4 тиристоры плеч VS3, VS4, VS7, VS8 открываются импульсами управления с α_о. Изменением угла открытия α_р тиристоров плеч VS1, VS2 в диапазоне α_{р max} до α_{р min} среднее значение выпрямленного напряжения плавно увеличивается от 3/4U_dH до U_dH. На выпрямитель подается действующее значение переменного напряжения с трех секций вторичной обмотки 1260 В.

Для плавного уменьшения напряжения на тяговых двигателях последовательность работы выпрямителя обратная изложенной ранее.

При переключении секций вторичной обмотки тягового трансформатора тиристорами происходят важнейшие энергетические процессы в тяговом электроприводе с ВИП. Для изучения физической сущности преобразования электрического сопротивления электропривода можно принять следующие допущения: электрическое сопротивление тяговых двигателей Z_H присоединено к источнику энергии посредством идеального трансформатора с переключением отпаек секционированной обмотки w₂. Идеальному трансформатору приписываются следующие свойства: отношение напряжения на зажимах первичной обмотки U₁ с числом витков w₁ к напряжению вторичной обмотки U₂ с числом витков w₂ определяется коэффициентом трансформации k_T = w₁/w₂. Трансформатор не имеет потерь энергии R₁=R₂=0, X₁=X₂=0 и при отключении сопротивления нагрузки Z_H от обмотки w₂ через обмотку w₁ ток не проходит. Поэтому можно записать

К_Т =

Тогда входное сопротивление электропривода Z_вх с идеальным трансформатором можно выразить следующим образом:

Z_вх =

Таким образом, управление мощностью электропривода увеличением или уменьшением числа витков секционированной обмотки трансформатора достигается путем изменения коэффициента трансформации и входного сопротивления электропривода при постоянном сопротивлении нагрузки. Данное управление обеспечивает повышение энергетических показателей электропривода и одновременно улучшает электромагнитную совместимость преобразователя с питающей сетью.

Внешние и регулировочные характеристики выпрямителя можно изучить в разделе 1.6 учебного пособия.

Порядок выполнения лабораторной работы:

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями по теме лабораторной работы.

2. Исследовать однофазный управляемый выпрямитель для двухзонного плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения в первой зоне.

3. Исследовать однофазный управляемый выпрямитель для двухзонного плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения во второй зоне.

4. Исследовать регулировочные и внешние характеристики выпрямителя.

5. Ответить на контрольные вопросы.