 |
Устройство техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива
|
|
|
|
УСТРОЙСТВО ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ УЗЛОВ ЛОКОМОТИВА
Конспект лекций
По электровозу ЭС5К.
IV часть.
Кандалакша 2016 г.
Семионов А. А
СТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
Особенности работы тяговых преобразователей на локомотивах.
Работа локомотивных тяговых преобразователей характеризуется наличием значительных перенапряжений, воздействующих на элементы преобразователя, при колебаниях напряжения источника питания, срабатывании защиты, боксовании локомотива и т. д. Силовая электроника связана с преобразованием большого количества энергии, поэтому основное внимание уделяется получению наибольшего КПД преобразователей. Однако для разных целей были разработаны различные типы преобразователей. Все они обладают одним общим признаком – управляют потоком энергии посредством включения и выключения полупроводниковых электронных элементов, введенных в основные электрические схемы, или благодаря циклической передаче тока от одного такого элемента к другому (процесс, называемый коммутацией). Наиболее часто преобразователи классифицируют в зависимости от вида коммутации. Обычно различают преобразователи с естественной и принудительной коммутацией. В преобразователях с естественной коммутацией циклическая коммутация диодов происходит под действием переменного напряжения источника питания или сети. Принудительная коммутация в преобразователях осуществляется с помощью дополнительных коммутирующих контуров. По своему назначению преобразователи подразделяются:
• на преобразователи с естественной коммутацией, связывающие цепь переменного тока с цепью постоянного тока или наоборот. Эти преобразователи обеспечивают передачу энергии в обоих направлениях. В зависимости от направления потока энергии различают выпрямительный и инверторный режимы их работы;
|
|
|
• преобразователи с принудительной коммутацией, связывающие цепь постоянного тока с цепью переменного тока. Эти преобразователи также обеспечивают передачу энергии в обоих направлениях, но, как правило, они используются в инверторном режиме;
• преобразователи с принудительной коммутацией, разделяющие две цепи постоянного тока, называемые также прерывателями постоянного тока;
• преобразователи с естественной или принудительной коммутацией, разделяющие две цепи переменного тока одной и той же частоты, называемые также прерывателями переменного тока;
• преобразователи с естественной или принудительной коммутацией, связывающие цепи переменного тока разных частот, называемые обычно преобразователями частоты;
• специальные преобразователи, представляющие собой комбинации преобразователей, перечисленных выше (преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока и т. п. ). Неотъемлемой частью преобразовательных устройств являются различные схемы управления, регулирования и защиты. Условия работы преобразователей регламентируются ГОСТ 4. 139 – 85 и 25953 – 83, по которым устройства должны работать при температурах окружающей среды от -70 до +50°С, в условиях сильного загрязнения воздуха пылью, парами масла и топлива, а также высокой влажности воздуха. Поскольку локомотив может работать на подъездных путях промышленных предприятий, то преобразователи должны устойчиво функционировать в условиях агрессивных сред. Механические воздействия на оборудование подвижного состава, достигающие 3g, могут значительно увеличиваться как по частоте, так и по амплитуде, при неисправностях механической части локомотива или пути.
|
|
|
Выпрямители.
Выпрямителем называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в постоянный ток.
Выпрямители классифицируются:
– по мощности;
– напряжению;
– числу фаз;
– схеме выпрямления;
– способу регулирования выходного напряжения.
По мощности выпрямители делятся на маломощные до 1 кВт, средней мощности до 100 кВт, мощные свыше 100 кВт, а по напряжению низкого до 250 В, среднего до 1000 В, высокого свыше 1000 В.
По числу фаз источника переменного напряжения выпрямители делятся на однофазные и трехфазные.
По схеме выпрямления различают выпрямители:
с одним вентилем (однофазные однополупериодные);
со средней точкой (однофазные двухполупериодные и трехфазные);
мостовые (однофазные двухполупериодные и трехфазные).
По способу регулирования выходного напряжения выпрямители делятся на управляемые и неуправляемые. Управляемые выпрямители должны быть собраны на управляемых вентилях, например, тиристорах.
Однополупериодная схема выпрямления
Принцип работы: в данной схеме первичная обмотка трансформатора питается от однофазной цепи напряжением U1, а напряжение U2 подается на нагрузку через вентиль В. Ток через вентиль может проходить только тогда, когда анод имеет положительный потенциал по отношению к катоду, т. е. в течение одного полупериода соответствующего положительной полуволне синусоидального напряжения. Следующий полупериод при отрицательной полуволне напряжения, анод вентиля будет иметь отрицательный потенциал по отношению к катоду при этом ток по вентилю протекать не будет.
В результате такого выпрямления через нагрузку протекает прерывистый ток постоянного направления, который неблагоприятно отражается на потребителях постоянного тока, так как при этом возникают значительные пульсации напряжения и тока, т. е. качество выпрямления неудовлетворительное, поэтому на электровозах данную схему не применяют.
Двухполупериодная схема выпрямления с нулевой точкой
Принцип работы: Вторичная обмотка трансформатора разделена нулевым выводом на две равные части (две фазы). Крайние вывода Х1 и Х2 подключены к анодам вентилей, катоды подключены к положительным зажимам ТЭД, а нулевой вывод к отрицательным зажимам. Таким образом ТЭД включен между 0 и катодами вентилей.
|
|
|
В течение каждого полупериода в работе участвует попеременно только одна половина вторичной обмотки трансформатора и соответствующий вентиль. В один полупериод напряжение вторичной обмотки трансформатора является отпирающим для вентиля В1 в это время второй вентиль закрыт, во второй полупериод, наоборот, вентиль В2 открыт, а В1 закрыт. Напряжение, приложенное к ТЭД в течение каждого полупериода, изменяется в соответствии с изменением напряжения действующей фазы вторичной обмотки трансформатора, т. е. возрастает от 0 до МАХ и затем вновь уменьшается до 0. таким образом к ТЭД приложено выпрямленное напряжение, но пульсирующее от 0 до МАХ.
Преимущества:
1. ТЭД постоянно находится под питанием;
2. катоды противофазных вентилей соединены и имеют одинаковый потенциал поэтому не требуется дополнительно изолировать их корпуса.
Недостатки:
1. нерациональное использование вторичной обмотки трансформатора, для нормальной работы ТЭД потребуется в схеме увеличение типовой мощности трансформатора.
Двухполупериодная мостовая схема выпрямления
Принцип работы: в данной схеме выпрямления тока происходит в оба полупериода. В первый полупериод, когда напряжение во вторичной обмотке трансформатора наводится с права на лево в работе схемы выпрямления, включаются вентиля В1 и В3 при этом вентиле В2 и В4 закрыты для прохождения электрического тока. В другой полупериод включаются вентиля В2 и В4 при этом вентиле В1 и В3 закрыты.
Преимущества:
1. в данной схеме выпрямления задействована вся вторичная обмотка трансформатора;
2. обратное напряжение, приложенное на вентиль в два раза меньше чем в схеме выпрямления с нулевым выводом, при одинаковом напряжении на ТЭД;
3. при применении в схеме управляемых вентилей тиристоров появляется возможность плавного регулирования напряжения на ТЭД, за счет определенного угла открытия тиристоров.
|
|
|
Управляемые выпрямители.
Управляемые выпрямители однофазного напряжения. Построенные на управляемых полупроводниковых приборах – тиристорах. Тиристор открывается, если:
1. замкнута цепь нагрузки и анод (коллектор) имеет более высокий потенциал, чем катод (эмиттер);
2. на управляющий электрод (базу) подан импульс напряжения положительной полярности необходимой величины и длительности относительно катода (эмиттера). Открывание тиристоров в однофазных и многофазных управляемых схемах выпрямления или преобразования происходит в строго определенные моменты времени. Изменение фазы переднего фронта управляющего импульса относительно переменного анодного напряжения можно осуществить плавное регулирование выходного напряжения преобразователей. С помощью управляемых тиристорных или тиристорно-диодных выпрямителей решаются задачи плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения.
На управляющие выводы тиристоров подаются отпирающие импульсы, 
Рис. Схема управляемого выпрямителя однофазного тока (а) и графики изменения напряжений и токов (б). УВ – управляемый выпрямитель.
вырабатываемые системой автоматического регулирования. С помощью этих импульсов можно открывать тиристоры в заданные моменты времени и изменять общее время, в течение которого каждый тиристор проводит ток. Промежуток времени между моментом подачи положительного напряжения на анод тиристора VS1 или VS2 и моментом подачи отпирающего импульса Iу на их управляющие электроды называется углом управления α. С увеличением угла управления α уменьшается площадь, ограниченная кривой выпрямленного напряжения, и уменьшается его среднее значение Ucp. Наибольшее значение выпрямленное напряжение будет иметь при α = 0 (аналог неуправляемого выпрямителя), а при α = 180 эл. град, оно будет равно нулю. Тиристоры VS1 и VS2 проводят ток поочередно: каждый во время той части периода, когда напряжение на его аноде положительно. Например, если на аноде тиристора VS1 положительный потенциал и на его управляющий электрод подать сигнал управления, то VS1 откроется. Возникнут условия для протекания тока от источника напряжения через тиристор VS1, нагрузку Rн диод VD2 ко второму выводу источника напряжения. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сменится полярность питающего напряжения. После чего создаются условия для включения в работу тиристора VS2, который откроется после подачи сигнала управления, и ток будет протекать через него, нагрузку Rн, диод VD1 к источнику напряжения. Для получения симметричной формы выпрямленного напряжения должно соблюдаться с достаточной точностью равенство углов управления, а обоих плеч выпрямителя. Асимметрия углов управления, а приводит к неравномерной загрузке тиристоров VS1, VS2, и диодов VD1, VD2, увеличению пульсаций и появлению в выпрямленном напряжении трудно сглаживаемой низкочастотной составляющей. Кроме того, уменьшается КПД выпрямителя и сужается диапазон регулирования напряжения. Среднее значение выпрямленного напряжения без учета потерь в коммутационный период зависит не только от α, но и от характера нагрузки.
|
|
|
|
|
|
