6.3. Преобразователь возбудителя

В режиме электрического тормоза обмотки возбуждения тяговых дви­гателей включаются по схеме независимого возбуждения и питаются от управляемого выпрямителя. При резистивном торможении для этой дели рационально использовать основной выпрямитель. При этом в схеме силовой цепи необходимо предусмотреть установку дополнительных контакторов.

При рекуперативном торможении ВИП не может быть использован для питания обмоток возбуждения. Поэтому здесь необходим дополнительный управляемый выпрямитель.

Простейшей схемой такого выпрямителя может быть схема с нулевым выводом, показанная на рис.3.4, в которой, для примера, восемь обмоток возбуждения включены последовательно. В зависимости от заданного количества осей электровоза последовательно включенных обмоток возбуждения может быть разное количество, но не более восьми.

Для расчета параметров преобразователя возбудителя необходимо выбрать максимальный ток возбуждения и рассчитать напряжение вторичной обмотки трансформатора, связанной с возбудителем (см. рис.4.1).

Максимальный ток возбуждения выбирают из условий нагревания обмоток тягового двигателя /1/. С допущениями примем:

(6.8)

Тогда максимальное значение напряжения возбудителя составит /1/:

(6.9)

где - см. (2.1);

- см. табл.2.1;

- количество последовательно включенных обмоток возбуждения (см. рис.3.4. с учетом задания)

При этом напряжение вторичной полуобмотки трансформатора, пренебрегая падением напряжения, определим как

где - см.(6.9);

- минимальный угол регулирования, равный 20 эл.гр./1,3/.

Количество параллельных ветвей тиристоров в каждом плече выпрямителя возбудителя будет:

(6.10)

где - см.(6.8);

- см.(6.2).

Количество последовательно включенных тиристоров в каждой ветви плеча выпрямителя возбудителя определит выражение

(6.12)

где - см.(6.10);

, - см.(6.4).

Расчетные значения по выражениям (6.11) и (6.12) округляются до ближайшего большего целого числа.

Количество витков вторичной полуобмотки трансформатора, подклю­ченной к возбудителю (см. рис.4.1) составит:

где - см.(6.10);

Е - см.(4.14).

Значение, полученное по (6.12), округляется до ближайшего целого числа. Результаты расчетов по формулам (6.10) и (6.13) наносятся на рис.4.1.

На электровозе ВЛ80Т применена выпрямительная установка ВУК-4000Т-02, предназначенная для выпрямления переменного тока в постоянный для питания цепей тяговых двигателей.

Одна выпрямительная установка (ВУ) представляет собой выпрямительный мост, обеспечивающий питание двух параллельно соединенных двигателей. Конструктивно ВУ выполнена в виде двух шкафов прямоугольной формы и может работать только с принудительным охлаждением(см. рис.6.2). Скорость потока охлаждающего воздуха между ребрами охладителей в их средней части должна быть не менее 10 м/с. Температура воздуха на выходе ВУ относительно температуры воздуха на входе не должна быть выше чем на 10˚С. На электровозе выпрямительные установки охлаждаются специальными вентиляторами. При неисправной системе охлаждения ВУ работать не может. Установка ВУК-4000Т-02 укомплектована вентилями ВЛ-200-8 не ниже 8-го класса двумя подгруппами со следующей маркировкой прямого падения напряжения: подгруппа I (0,52; 0,53; 0,54 В) - цвет черный; подгруппа II (0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В) - цвет белый.

Цифра 200 в обозначении вентиля указывает величину номинального прямого тока вентиля (200 А). Класс вентиля характеризует величину обратного напряжения или величину напряжения лавинообразования; 8-й класс - не менее 860 В.

Рис.6.2. Преобразователи ВУК-4000Т-02: 1 - каркас, 2 - диод штыревой

конструкции, 3 и 4 - соединительные шины

Рис.6.3. Конструкция кремниевого элемента

Основой кремниевого выпрямительного элемента (рис.6.3) служит тонкая круглая пластинка из сверхчистого монокристаллического кремния, обладающего электронной проводимостью. В качестве электродов выпрямительного элемента в кремниевых вентилях использованы никелированные вольфрамовые диски, припаиваемые с двух сторон к кремниевой пластинке и защищающие ее от механических повреждений. С целью повышения надежности работы вентилей в обратном направлении боковую поверхность кремниевой пластинки стачивают на конус.

Выпрямительный элемент 2 припаян к массивному медному основанию 1, представляющему собой короткий болт с шестигранной головкой, на торце которой имеется цилиндрическое углубление для выпрямительного элемента. Нарезка на стержне болта служит для ввинчивания в тело радиатора 8, способствующего лучшему отводу тепла от вентиля. Сверху в основание завальцован стальной цилиндрический кожух 4, защищающий выпрямительный элемент от воздействия окружающей среды. К верхнему электроду элемента припаян гибкий провод 3, выходящий наружу сквозь изолирующую втулку 5 из свинцового стекла, укрепленную в верхней части кожуха. Наружный конец гибкого провода верхнего вывода 6, являющегося одним из электродов вентиля, снабжен стандартным наконечником 7 для включения вентиля в цепь.

Одна выпрямительная установка ВУК-4000Т-02 содержит 192 таких вентиля (по 48 вентилей на каждое плечо). Плечо состоит из 12 параллельных ветвей по 4 последовательно включенных вентиля в каждой (рис.6.4). Количество параллельных цепей обусловлено величиной выпрямленного тока, количество последовательно включенных вентилей - величиной обратного напряжения.

Рис.6.4. Схема соединения вентилей ВЛ-200-8 в одном плече

выпрямительной установки

В электрических цепях электровоза ВЛ80Т используют селеновые выпрямители типов 40ГД-24Я, 30ГД-28Я, 40ГД-6Я. Селеновый выпрямитель состоит из полупроводникового слоя - кристаллического селена, имеющего «дырочную» проводимость, и прилегающего к нему слоя с электронной проводимостью.

Рис. 6.5. Элемент селенового выпрямителя

Селеновый выпрямитель (рис.6.5) выполнен из алюминиевой пластины 9 толщиной 0,65-1,0 мм, покрытой тонким слоем никеля или висмута 10. На одной из сторон пластины нанесен слой селена 11 толщиной не более 0,1 мм, а поверх него - слой 12 сплава, содержащего висмут, олово и кадмий. Этот слой служит катодом вентиля и наносится так, что несколько отступает от краев пластины 9 во избежание короткого замыкания катода и анода (которым является алюминиевая пластина).

Рис.6.6. Схема выпрямительной установки возбуждения

Блок выпрямительной установки возбуждения ВУВ предназначен для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей.

К обмоткам подключены два блока ВУВ, которые работают поочередно в соответствующий полупериод. Таким образом, через обмотки двигателя протекает ток, выпрямленный по двухполупериодной схеме выпрямления с нулевой точкой (рис.6.6).

Рис.6.7. Панель блока ВУВ

Каждый из двух одинаковых блоков ВУВ расположен на панели (рис.6.7).

На панели 1 расположена силовая часть цепи. К ней относятся: индуктивные шунты ИД1-ИД6 (2), тиристоры В1-В12 (3), установленные с радиаторами 4, резисторы R11, R12 (6), конденсаторы С1, С2 (7), диоды Д1, Д2 (9), импульсный трансформатор 15, трансформатор Тр1 (13), предохранитель 14 и резисторы R13-R18, R19-R24, R31, R32 (16).

Радиаторы 4 закрыты стеклопластиковым желобом 8, через который нагнетается охлаждающий воздух.

Панель закреплена на шести изоляторах 5. На ней расположены блок управления 10 и остальные элементы схемы ВУВ. Блок управления закрыт металлическим кожухом 11, который крепится к панели 1. Шинами А и Б подводится напряжение к тиристорам. Остальная подводка напряжений производится через контактные зажимы 12.

На электровозе ЭП1 установлена выпрямительная установка возбуждения ВУВ-118, предназначенная для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении.

Выпрямительная установка возбуждения представляет собой двухполупериодный управляемый тиристорный выпрямитель, собранный по схеме с нулевой точкой. Каждое плечо выпрямителя состоит из трех тиристоров, вклю­ченных параллельно.

На лицевой панели блока, в соответствии с рисунком 5.2, размещены съемные блоки тиристоров 2, 4.

В каждом блоке находится силовой тиристор 10 с охладителем 11 и элементы для защиты тиристора от перенапряжений и помех. Блоки тиристоров одного плеча установлены в вертикальный ряд и крепятся к боковым панелям 9, 13, 15 каркаса блока.

Каркас состоит из металлического сварного основания 19, боковых пане­лей 9, 13, 15, задней стенки 12 и изоляционных планок 7, 8, 14, 16-18, связы­вающих детали каркаса. Боковые панели с задней стенкой образуют воздухо­вод.

Охладители расположены в воздуховоде и охлаждаются нагнетаемым воздухом. На боковых панелях 9 и 15 установлены индуктивные делители 6, слева и справа от блоков тиристоров на панелях установлены предохранители 20. Тиристоры, индуктивные делители и предохранители соединены шинным монтажом. Напряжение питания подводится посредством шин 1,3,5. Усилите­ли-формирователи импульсов управления силовыми тиристорами обоих плеч размещены на одной панели управления 22. Панель управления съемная, установлена в левой части блока, с силовой частью соединена проводным мон­тажом через зажимы контактные 23. Напряжение питания цепей управления подается через зажимы контактные 21.

Схема электрическая принципиальная приведена в соответствии с рисун­ком 5.3. Силовые тиристоры V-блоков Е1-Е6 защищены от перенапряжений R-C-цепочками, состоящими из резистора R2 и конденсатора С2.

Управляющие переходы силовых тиристоров для улучшения помехоза­щищенности зашунтированы конденсаторами С1 блоков Е1-Е6.

Делители индуктивные L1-L6 предназначены для выравнивания токов между параллельно включенными тирис-торами V. Резисторы R1 блоков Е1-Е6 служат для равномерного распределения импульсов тока управления между управляющими переходами силовых тиристоров V.

Цепочка, состоящая из тиристора VI, стабилитрона V2, диода V3 резисто­ра R2, плат Е7 и Е8, предназначена для формирования необходимой крутизны переднего фронта импульсов управления силовыми тиристорами V. Усилите­ли-формирователи импульсов представляют собой два однотипных блокинг-генератора, собранных на импульсных трансформаторах Т1 и Т2. Питание цепей-усилителей-формирователей импульсов осуществляется от цепи уп­равления электровозом с номинальным напряжением 50 В через общий сгла­живающий фильтр L7-C1-C40.

Обмотка размагничивания Н4-К4 трансформатора Т1 включена встреч­но первичной обмотке Н1-К1, что позволяет создать начальное смещение ин­дукции сердечника по петле гистерезиса. Сопротивлениями резисторов R1-R3 платы Е9 в усилителе-формирователе устанавливается продолжительность цикла перемагничивания импульсного трансформатора и, соответственно, длительность выходного импульса.

Транзисторы V5-V7 платы Е9, включенные параллельно, до подачи вход­ного управляющего импульса находятся в закрытом состоянии. После пода­чи импульса управления на базы транзисторов через разделительный диод V2, стабилитрон V3 и резистор R7 платы Е9, обеспечивающих необходимое входное сопротивление сигналу управления по току, транзисторы открывают­ся и по цепям база-эммиттера потечет ток, который лавинообразно нарастает вследствие трансформации электромагнитной энергии из обмотки обратной связи НЗ-КЗ трансформатора Т1. Резисторы R4-R6 платы Е9 ограничивают ток через обмотку обратной связи. Равномерность распределения коллекторных токов между транзисторами обуславливается выравнивающими резисторами R10-R15 платы Е9. Резистор R16 и конденсатор С1 платы Е9 являются помехозащитными. Резисторы R8, R9 платы Е9 и диод V4 платы Е9 обеспечивают разряд энергии рассеивания в первичной обмотке Н1-К1 в нерабочую часть периода. Электромагнитная энергия трансформируется во вторичную обмот­ку Н2-К2 импульсного трансформатора Т1 и происходит накопительный заряд конденсатора С1 платы Е7, который продолжается до тех пор, пока напряже­ние на нем не превысит напряжения пробоя стабилитрона V2 платы Е7. После этого сигнал управления поступит на тиристор V1 платы Е7 по цепи R2-V3-V2 - управляющий переход V1-R1 платы Е7 - управляющие переходы силовых тиристоров блоков Е1-ЕЗ. Тиристор V1 платы Е7 открывается и через него про­исходит лавинообразный разряд конденсатора С1 платы Е7 на управляющие переходы силовых тиристоров V блоков Е1-ЕЗ. Тиристоры V одновременно открываются. Необходимая длительность импульса управления определяется параметрами трансформатора Т1.

Аналогично работает формирователь импульсов второго полупериода.

Защита панели управления от коротких замыканий осуществляется встав­кой плавкой F7 типа ВПБС-37 на ток 3,15 А.

Рисунок 6.8. Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-118: 1, 3, 5 - шины; 2, 4 - блоки тиристоров; 7, 8, 14, 16, 17, 18 - изоляционные планки; 9, 13, 15 - боковые панели; 10 - силовой тиристор; 11 - охладитель; 12 - задняя стенка; 19 - сварное основание; 20 - предохранители; 21, 23 - зажимы контактные; 22 - панель управления.

Рис.6.9. Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-118. Схема

электрическая принципиальная