2.5.4 Рекуперативное торможение.

Инвертирование тока.

Изменение тока возбуждения осуществляется путём изменения угла открытия тиристоров ВУВ - U3. Тиристоры открываются с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых шкафом МСУД и подаваемых через выходные усилители импульсов ВУВ U3 на управляющие электроды тиристоров. Чтобы перейти от выпрямления к инвертированию, тяговые двигатели необходимо перевести в

Рисунок 6 - Мостовая схема в режиме рекуперации.

Рисунок 7 - Мостовая схема в режиме рекуперации.

генераторный режим при независимом возбуждении. При этом одновременно изменяют полярность главных полюсов так, чтобы направление тока якоря соответствовало направлению проводимости тиристоров. Открытие соответствующих тиристоров осуществляют в отрицательный полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора. При этом, ток будет протекать против ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, вследствие чего трансформатор будет передавать в к/сеть энергию, вырабатываемую тяговыми двигателями.

Рассмотрим процесс инвертирования на примере мостовой схемы, применяемой на электровозе. Напряжение тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подаётся на шины постоянного тока «Плюс» и «Минус». Постоянный ток этих шин пропускают через трансформаторы (выводы Н2 – К2) поочерёдно, то в одном направлении (сплошная стрелка), то в другом (штриховые). В первичной обмотке Н1 – К1 трансформатора трансформируется переменное напряжение. Изменение направления тока в обмотке Н2 – К2 осуществляется поочерёдным открытием то одними, то другим тиристоров. В один полупериод, когда ЭДС направлено во вторичной обмотке трансформатора, от Н2 к К2 , открываются тиристоры 1 и 4, и ток протекает справа налево. В следующий полупериод, когда ЭДС вторичной обмотки направлено от К2 к Н2, открываются тиристоры 2 и 3, и ток протекает слева направо. Для осуществления рекуперации энергии необходимо, чтобы напряжение на обмотке Н1 – К1 имело ту же частоту (50гц), что и напряжение контактной сети.

Это требование выполняется путём синхронного открытия тиристоров с частотой контактной сети. Чтобы происходила передача энергии от трансформатора электровоза в контактную сеть (на тяговую подстанцию или другим электровозам), напряжение Uэ должно быть немного больше напряжения тяговой подстанции Uп. Только тогда ток рекуперации Iр потечёт в направлении соответствующем направлению напряжения Uэ, против напряжения Uп. Если напряжение Uэ ≤ Uп, то ток рекуперации будет равен нулю, рекуперации не произойдёт. Если напряжение Uп по какой либо причине снято на подстанции, то трансформатор электровоза окажется включенным на короткозамкнутую цепь, т.е. окажется в аварийном режиме короткого замыкания. Рассмотрим некоторые особенности инвертирования. Мы уже знаем, что открыть управляемый тиристор можно, подав на него управляющий импульс, закрыть же управляемый вентиль во время протекания через него тока нельзя. Он закрывается и запирается только тогда, когда прекращается протекание через него тока. Как же изменить направление тока в трансформаторе во время, например, первого полупериода, когда открыты тиристоры II – III (смотри рис. 3). Закрыть тиристоры II и III нельзя, а если открыть тиристоры I и IV при работающих II и III, произойдёт короткое замыкание генератора М, т.к. образуется две цепи короткого замыкания - через вентили I и II и через вентили III и IV. Если момент открытия очередных вентилей (в нашем примере I IV) выбирать правильно, то само напряжение трансформатора переключает работу инвертора с тиристоров на другие, и аварийного режима не произойдёт. Напряжение трансформатора Uт (смотри рисунок 3а и 3б) изменяется по синусоиде, а напряжение генератора Uм постоянно.

А) направление токов и напряжения;

Б) график напряжения;

В) график тока I р во вторичной обмотке по величине и направлению.

Рисунок 8

В любой момент времени до момента «1» открыты вентили II и III, вентили I и IV закрыты. Под действием напряжения генератора Uм ток через обмотку трансформатора течёт против ЭДС трансформатора Uт, т.к. величина Uм больше ЭДС Uт (его среднего значения за полупериод). Вентили I и IV открываются в момент «1» в течение короткого промежутка времени 1-2 сек., открыты все 4- вентиля. В это время шины «плюс» и «минус» замкнуты накоротко двумя парами вентилей, но благодаря наличию напряжения Uт, ток вентилей не успевает возрасти до опасной величины. Напряжение Uт способствует резкому уменьшению тока вентилей II и III (т.к. направлено против него) и столь же резкому увеличению тока вентилей I и IV. Напряжение Uт как бы коммутирует – перераспределяет токи между одновременно открытыми вентилями, поэтому этот процесс называется – коммутацией. Когда ток вентилей II и IV уменьшится до нуля, они запираются (момент 2) и в работе остаются вентили I и IV. В промежутке времени 2-3 уменьшающееся напряжение Uт направлено в ту же сторону, что и напряжение Uм и ток от суммарного напряжения быстро возрастает. В момент «3» напряжение Uт равно нулю, а затем, изменив направление, быстро возрастает. Ток под действием напряжения Uм продолжает протекать против напряжения Uт, среднее значение которого меньше напряжения Uм. К концу второго полупериода, в момент «4» открываются вентили II и III и происходит очередная коммутация тока с вентилей I и IV на вентили II и III. Моменты открытия вентилей «1» (вентилей I и IV) и «4» вентили II и III отсчитываются от точки перехода напряжения Uт через нуль (точки 3 и 6 на рис. 3б). Время от момента «1» до «3» и от момента «4» до момента «6» – называется – Углом опережения открытия вентилей и обозначаются β. Другими словами – это время от момента отпирания очередных вентилей до момента перехода напряжения трансформатора Uт через нуль. Угол β=γ+δ; где γ- угол коммутации;

δ- угол запаса, необходимый для восстановления запирающих свойств тиристоров. Процесс инвертирования сложнее процесса выпрямления, и вероятность возникновения аварийных режимов при инвертировании больше. Так, если, например, в первый полупериод в момент «1» когда должны открыться вентили I и IV, а они, почему либо не откроются, то вентили II и III не закроются и в следующий полупериод, когда напряжение Uт направлено согласно с напряжением Uм, под действием суммы этих напряжений в цепи возникает большой аварийный ток. Такой аварийный режим называется – опрокидыванием инвертора. Аварийный режим наступит и в том случае, если вентили I и IV откроются не в момент «1», а позже. Тогда быстро уменьшающееся напряжение Uт (см. рис. 3б) не успеет осуществить коммутацию вентилей II и III и они не закроются, и снова произойдёт опрокидывание инвертора. Таким образом, для надёжности работы инвертора угол β желательно выбирать большим, но при увеличении угла β, ухудшается коэффициент мощности электровоза. При этом увеличивается пульсация тока рекуперации, ухудшается коммутация тяговых двигателей. Поэтому угол β выбирают минимальным, но достаточным для устойчивой работы инвертора.