1.2. Регулирование среднего значения выпрямленного

напряжения переключением секций вторичной обмотки

тягового трансформатора

Выпрямленное напряжение на электроподвижном составе необходимо изменять по величине для обеспечения изменения скоростных и тяговых режимов локомотива, для ограничения пусковых токов тяговых электродвигателей, для уменьшения ударов в механической части и для обеспечения сцепления колес с рельсами при трогании. Из расчетных соотношений (1.5, 1.6) следует, что среднее значение выпрямленного напряжения U_d определяется амплитудным U_2m или действующим U₂ значением переменного напряжения на входе выпрямительной установки. С изменением числа витков, например, вторичной обмотки можно изменять коэффициент трансформации тягового трансформатора и таким образом регулировать величину переменного напряжения, которое подается на вход выпрямительной установки. Изменением среднего значения выпрямленного напряжения можно изменять среднее значение выпрямленного тока. Выпрямительная установка может быть собрана на диодах. Число витков обмотки трансформатора можно изменять ступенчатым переключением секций обмотки. Подключение выпрямительной установки к различным выводам вторичной обмотки трансформатора должно выполняться без разрыва выпрямленного тока и без коротких замыканий витков секций обмотки трансформатора. Обрыв выпрямленного тока и короткие замыкания витков обмоток трансформатора при работе электроподвижного состава привело бы к прекращению тяги, к резким толчкам поезда и к нагреву токоведущих частей электрооборудования, к неоправданным потерям электроэнергии. Поэтому в процессе регулирования U_d при переключении секций вторичной обмотки (рис. 1.7) используется переходной реактор ПР.

При замыкании контакта 1 переключателя к выпрямителю подается напряжение U_с первой секции (а) обмотки трансформатора, ток протекает по одной половине обмотки ПР, из-за большого электрического сопротивления реактора создается большое падение напряжения на нем, поэтому выпрямленное напряжение U_d снижается.

U_d

Рис. 1.7. Принципиальная электрическая схема ступенчатого регулирования U_d переключением секций вторичной обмотки

Переходные положения, когда ток протекает по одной из половин обмотки реактора, длятся около 1 секунды с целью уменьшения нагрева ПР и снижения потерь энергии в нем. Через 1 секунду замыкается контакт 2 и к выпрямительной установке с первой секции (а) трансформатора подается напряжение U_с, ток протекает одновременно по контактам 1, 2 переключателя по обеим половинам обмоток ПР, и электрическое сопротивление переходного реактора значительно снижается (на ЭПС переключение контактов выполняется с помощью электрического контактора главного ЭКГ).

При переключении выпрямителя от вывода А к выводу Б размыкают контакт 1, после чего замыкают контакт 3 переключателя. В момент, когда замкнуты оба контакта переключателя 2, 3, индуктивное сопротивление реактора ПР ограничивает ток в цепи, исключая короткое замыкание обмотки (б) трансформатора. Переходной реактор еще используется для плавного изменения напряжения за счет уменьшения уровня дискретности и увеличения числа ступеней выпрямленного напряжения без изменения числа секций обмоток трансформатора. То есть, когда замкнуты контакты 2, 3 переключателя, то ПР, подключенный к секции (б) трансформатора, выполняет роль автотрансформатора и делит напряжение секции (б) трансформатора пополам. Суммарное переменное напряжение на вход выпрямительной установки подается с секции (а) трансформатора U_c, с секции (б) трансформатора - 0,5 U_c и будет равно 1,5 U_c. Так как переходной реактор подключен к различным выводам секций обмоток трансформатора, то по нему протекают одновременно ток нагрузки и дополнительно ток под действием напряжения секции (б) трансформатора, поэтому ПР подключается к различным выводам трансформатора не более 15 минут.

После чего, для повышения среднего значения выпрямленного напряжения U_d, размыкают контакт 2 переключателя и замыкают контакт 4. На выпрямительную установку подается суммарное переменное напряжение секций (а,б) трансформатора 2·U_c. Ток протекает по параллельно соединенным контактам 3, 4 переключателя и по двум половинам обмоток переходного реактора.

Для дальнейшего увеличения среднего значения выпрямленного напряжения U_d с целью повышения скорости или тяги ЭПС размыкают контакт 3 и замыкают контакт 5 переключателя. Переменное напряжение на входе выпрямительной установки повышается до 2.5 U_c. Контакты 4, 5 (так же, как и контакты 2, 3) одновременно замкнуты не более 15 минут. Затем, после размыкания контакта 4 переключателя замыкают контакт 6, и переменное напряжение на входе выпрямительной установки повышается до 3 U_c. Таким образом, число ступеней изменения напряжения получается шесть при питании от трех секций обмоток трансформатора, а уровень дискретности не превышает 0,5U_c. Для уменьшения среднего значения выпрямленного напряжения с целью снижения скорости или тяги ЭПС переключение контактов выполняют в обратном порядке. То есть после размыкания контакта 6 замыкают контакт 4 переключателя, а затем, не более чем через 15 минут, размыкается контакт 5 и через 1 секунду замыкается контакт 3 и так далее. В настоящее время для снижения потерь электрической энергии на основе полупроводниковых приборов применяют вентильные переходы, которые позволяют снизить токи в контактах переключателей и исключить применение переходных реакторов, отличающихся большими габаритами и массой. Ступенчатое изменение среднего значения выпрямленного напряжения не полностью исключает броски пусковых токов, механические удары и резкие толчки при вождении поездов.