 |
Рассмотрим процесс инвертирования на примере мостовой схемы.
|
|
|
|
Рассмотрим процесс инвертирования на примере мостовой схемы.
Напряжение тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подается на шины « + » и «—» (см. рис). Постоянный ток от этих шин пропускают через обмотку трансформатора Н2-К2 поочередно то в одном направлении (сплошные стрелки), то в другом (штриховые). В первичной обмотке Н1-К1 трансформатора трансформируется переменное напряжение, которое зависит от напряжения двигателя и коэффициента трансформации. Направление тока в обмотке Н2-К2 изменяют, поочередно открывая то одни, то другие управляемые вентили. В один полупериод открывают вентили 7 и 3, и ток в обмотке протекает слева направо. В следующий полупериод открывают вентили 2 и 4, ток протекает справа налево. Затем опять открывают вентили 1 и 3 и т. д.
Чем чаще меняют направление тока, тем больше частота переменного тока. Чем выше напряжение постоянного тока, создаваемое двигателем (генератором), и чем больше коэффициент трансформации, тем выше напряжение, получаемое на обмотке Н1-К1.
Шкаф питания ШП-21.
Шкаф питания ШП-21 предназначен для питания цепей управления, освещения, сигнализации, радиостанции, подзаряда аккумуляторной батареи и для питания электроплитки. Предусмотрено быстродействующее автоматическое переключение цепей нагрузки с выпрямителя на аккумуляторную батарею и обратно.
Технические данные:
Напряжение подзаряда аккумуляторной батареи " Выход 3"
в диапазоне рабочих температур
от минус 50 °С до плюс 60 °С, В от 60 до 80
Номинальное напряжение переменного тока, В
Диапазон рабочих токов, А
" Выход 1" от 14, 5 до 65
" Выход 2" от 1, 5 до 40
|
|
|
" Выход 3" от 0 до 31
" Выход 4" и " Выход 5" от 0 до 10
Масса, кг 350
Шкаф питания ШП-21, в соответствии с рисунком, состоит из основания, на котором размещены трансформатор Т1, дроссель L1, и металлического каркаса, с размещенными на нем остальными панелями и элементами схемы. Спереди, в верхней части, на петлях, закреплена лицевая панель 1. Ниже лицевой панели, в углублении, установлена панель 3. Обе панели, при необходимости, могут откидываться на 90 0 и 60 0 соответственно.
Внутри, за лицевой панелью, расположены регулятор напряжения 2 и панель с резисторами 3, которые легкосъемные и электрически соединены с помощью разъемных соединений.
На лицевой панели 1 расположены измерительные приборы: вольтметр PV на 0-150 В и амперметр РА со шкалой 75-0-75 А. Для подсветки шкал приборов установлены лампы ELI и EL2. На этой же панели расположены тумблеры SL.. S4 и предохранитель F3. На отдельной панели установлены регулируемые резисторы: R8, R9, RI4 и вилка диагностического разъема Х4, доступ к которым осуществляется через прямоугольное окно в металлической панели, закрываемой планкой и затем пломбируемой. Здесь же, с внутренней стороны, закреплен резистор R13.
На панели 4 размещены рубильники SA1... SA3 и предохранители F1 и F2. Для контроля предохранителей на передней части предусмотрены специальные клеммы (выводы).
Регулятор напряжения 2 собран на изоляционной панели, на которой расположены плата с элементами, импульсные трансформаторы Т1 и Т2, дроссели L1 и L2. На уголках-охладителях установлены стабилитроны Vll, V21, V23, тиристор V22, диоды V7, V8, V20. На шпильках закреплены резисторы R23, R34, R35, R36, а также вилка разъема Х5. Кроме того, на лепестках установлены стабилитрон VI7, резистор R33 и на панели установлен регулируемый резистор R32 За регулятором напряжения и панелью резисторов, на раме, размещены трансформатор Т2, дроссель L2, шунт RS, терморезистивный элемент R15 и панель защиты от перенапряжений, на которой установлены резисторы R1 и R2, а также два конденсатора С1 и С2.
|
|
|
С задней стороны шкафа питания, на уровне панели с элементами 4, расположена панель преобразователей с тиристорами VI, V2, V7, V8 и диодами V3... V5. Для охлаждения этих диодов и тиристоров применены охладители. На этой же панели установлены элементы защиты цепей управления тиристоров V9 и V10, резисторы R3, R4, R10... R12, конденсаторы СЗ... С5.
На раме каркаса шкафа питания закреплен контактор КМ. Для внешних соединений шкафа питания установлены зажимы контактные XI, Х2, ХЗ и диагностический разъем Х4. Нижняя часть шкафа питания, с лицевой стороны закрывается съемным листом.
На схеме электрической принципиальной, в соответствии с рисунком 29 питающее напряжение подается на зажим контактный XI и с него на выводы 1 и 2 трансформатора Т1.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т1 с выводов 4, 6 и 7 подается на выводы 5, 6 и 7 зажима контактного ХЗ.
Напряжение питания с вторичной обмотки трансформатора подается на тиристорно-диодный преобразователь, состоящий из тиристоров VI, V2 и диодов V3... V5. Для защиты этих выпрямителей от перенапряжения к выводам 3, 7 трансформатора Т1 подключена защитная панель, на которой размещены резисторы Rl, R2 и конденсаторы Cl, С2.
Неуправляемый выпрямитель с диодами V3... V5 выполнен по схеме двух- полупериодного выпрямителя с нулевой точкой.
Управляемый выпрямитель преобразователя выполнен на тиристорах VI, V2 с использованием плеч неуправляемого выпрямителя V4, V3. Принцип действия преобразователя основан на наложении регулируемого по фазе напряжения на нерегулируемое. В начале каждого полупериода питающего напряжения, до подачи управляющих импульсов, тиристоры VI и V2 заперты и контур тока составляют диоды V3 и V5 или V4 и V5, и резисторы R5... R7. При подаче управляющих импульсов с определенной фазой регулирования тиристор VI или V2 откроется, разделительный диод V5 закроется обратным напряжением, а контур тока составят диоды V4 или V3.
На " Выход 1" подается напряжение непосредственно с панели преобразователя, а на " Выход 2" - через дроссель L1, который снижает пульсации тока в нагрузке.
Для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи предусмотрена цепь, состоящая из реактора L2 и тиристорного ключа V7. Для контроля за значением тока заряда и формированием сигнала, пропорционального его значению, в цепи заряда используется трансформатор Т2, вторичная обмотка которого работает на выделение этого сигнала с помощью резистора R9.
|
|
|
Сигнал обратной связи по напряжению на аккумуляторной батарее формируется на резисторах R13... R15. Уставка ограничения напряжения на аккумуляторной батарее устанавливается с помощью резистора R14 и изменяется автоматически во всем диапазоне рабочих температур за счет терморезистивных свойств катушки R15. С отключением питающего напряжения отпирается тиристорный ключ V8 и цепи нагрузок выхода " Выход I", и " Выход 2" подключаются к аккумуляторной батарее.
Защита аккумуляторной батареи от токов коротких замыканий осуществляется быстродействующими плавкими предохранителями FI и F2. Силовой трансформатор Т1 и выпрямители VI... ’V5 защищены от токов коротких замыканий предохранителем F16, установленным вне шкафа. Рубильником SA1, в положений АВАРИЙНО, возможно подключение цепей нагрузки данной секции к шкафу питания другой секции. Рубильник SA2 позволяет переключать цепи нагрузки данной секции шкафа к источнику депо в положении ИСТОЧНИК ДЕПО. Для подключения аккумуляторной батареи к источнику депо или к данному шкафу питания предназначен рубильник SA3.
Для формирования импульсов управления тиристорами в схему управления шкафа входят следующие функциональные узлы:
· регулятор напряжения (PH);
· тиристорный импульсный регулятор напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи;
· узел управления обратным тиристорным ключом.
PH предназначен для формирования, усиления и выдачи импульсов на открытие тиристоров VI и V2 управляемого выпрямителя.
Принцип действия PH заключается в автоматическом изменении фазы импульсов управления в зависимости от значений напряжений на входе и выходе устройства. Регулирование осуществляется путем изменения времени разряда конденсаторов СЗ и С4 во времязадающих RC- цепочках. Разряд каждого из конденсаторов СЗ и С4 осуществляется по двум цепям, одна из которых неуправляемая, другая - управляемая сигналом обратной связи по напряжению, снимаемым с регулируемого резистора R8.
|
|
|
На выходе неуправляемой времязадающей RC-цепочки включен двухкаскадный транзисторный ключ. Он открывается в момент окончания разряда конденсатора и выдает управляющий сигнал на соответствующий тиристор VI или V2. Параметры неуправляемых разрядных цепей этих конденсаторов выбраны таким образом, чтобы при отключенной управляемой цепи разряда конденсаторов уровень выходного напряжения составлял около 40 В. При подключенной управляемой цепи разряда конденсаторов время их разряда уменьшается и соответственно изменяется фаза импульсов управления тиристорами VI и V2, обеспечивая увеличение выпрямленного напряжения до 50 В.
Заряд конденсаторов СЗ и С4 осуществляется в нерабочие для тиристоров VI и V2 полупериоды питающего напряжения от выводов 4-6 трансформатора Т1 через диоды V7 и V8 до амплитудного значения напряжения на этой обмотке. В рабочие полупериоды питающего напряжения конденсатор СЗ разряжается через резисторы R9... R11 и базоэмиттерный переход транзистора V6 до уровня опорного напряжения на стабилитроне VII. Одновременно происходит разряд этих конденсаторов через транзисторы VI3 и VI4, управляемые сигналом обратной связи, снимаемого с резистора R8. В зависимости от величины сигнала обратной связи изменяется степень открытия транзисторов VI3 и VI4, что в конечном итоге изменит общее сопротивление разрядной цепи, а следовательно, и постоянную времени разряда конденсаторов СЗ и С4. В периоды протекания тока разряда конденсаторов СЗ и С4 транзисторы V5 и V6 открыты, a V3 и V4 - закрыты. При снижении напряжения на конденсаторах СЗ и С4 до уровня опорного напряжения на стабилитроне VII, происходит открытие соответствующего транзистора V3 или V4, а затем - выдача импульсов управления от импульсных трансформаторов Т1 и Т2 на соответствующие силовые тиристоры VI и V2.
При снижении напряжения на выходе шкафа питания пропорционально снижается напряжение обратной связи и, в случае снижения напряжения ниже опорного напряжения на стабилитроне VI2, транзистор VI3 закрывается, а транзистор V14 открывается, что приводит к уменьшению общего разрядного сопротивления и снижению времени разряда конденсаторов СЗ и С4.
Уменьшение фазы открытия силовых тиристоров VI и V2 приводит к увеличению напряжения на выходе шкафа питания.
При увеличении напряжения на выходе шкафа питания происходит обратный процесс. Таким образом, происходит стабилизация выходного напряжения.
|
|
|
При этом точность стабилизации зависит от стабильности опорного напряжения стабилитрона V12 и коэффициента усиления каскада транзисторов VI3 и VI4.
В состав импульсного регулятора напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи входят основной тиристорный ключ V7 и вспомогательный тиристор V22.
Принцип действия этого регулятора основан на регулировании скважности открытого состояния тиристора V7, управление которым осуществляется в каждый полупериод питающего напряжения по цепи: положительный выход преобразователя напряжения, провод 12, конденсатор 02, резистор R35, диод V28, провод 47, управляющий переход тиристора V7, аккумуляторная батарея, минус преобразователя напряжения. При запертом тиристоре V22, тиристор V7 отпирается каждый полупериод питающего напряжения и пропускает импульсы тока заряда аккумуляторной батареи с частотой 100 Гц.
Система автоматического ограничения тока заряда и напряжения на аккумуляторной батарее построена на сравнении сигналов, пропорциональных значению тока заряда и напряжению на аккумуляторной батарее, со значением опорного напряжения стабилитрона V23. При этом сигнал обратной связи по току снимается с регулируемого резистора R9, выпрямляется диодным мостом V24... V27, сглаживается фильтром из дросселя L2 (PH), конденсатора С14, и поступает через разделительный диод V31 на резистор R38. А сигнал обратной связи по напряжению, снимаемый с делителя напряжения, состоящего из резисторов R13... R15, поступает по проводам 19 и 13 на конденсатор С13 через диод V30, также на резистор R38, включенный параллельно стабилитрону V23 через управляющий переход тиристора V22. При достижении значения напряжения на резисторе R38 больше значения напряжения на опорном стабилитроне V23, отпирается тиристор V22, что, в свою очередь, приводит к запиранию тиристорного ключа V7 и пропуску серии импульсов тока заряда аккумуляторной батареи. Следующее отпирание тиристорного ключа произойдет лишь тогда, когда контролируемый параметр будет меньше величины уставки, что, в свою очередь, вызовет запирание тиристораУправление обратным тиристорным ключом V8 осуществляется от узла, состоящего из элементов: дросселя LI (PH), конденсатора СП, стабилитрона V21, диода V20. Сглаживающий фильтр L1. C11 включен на разность напряжений аккумуляторной батареи и преобразователя напряжения. В случае исчезновения питающего напряжения разность этих напряжений становится больше напряжения на стабилитроне V2I и тиристорный ключ V8 отпирается током от аккумуляторной батареи, и цепи управления получают питание от аккумуляторной батареи сначала через тиристор V8 и, с замыканием силовых контактов КМ, минуя тиристор V8.
В связи с задержкой на срабатывание до 0, 05 с контактора КМ и с целью исключения нежелательных бросков тока через аккумуляторную батарею, на это время ступенчато завышается сигнал обратной связи по выходному напряжению путем шунтирования резистора R8 контактом контактора КМ. С включением контактора КМ его контакты размыкаются и уставка выходного напряжения возвращается к первоначальной величине. Тиристорный ключ V8 к этому моменту времени будет заперт, так как его анод-катод был зашунтирован силовым контактом контактора КМ и процесс заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи будет происходить только через прямой тиристорный ключ V7.
Цепь, состоящая из предохранителя F3, тумблера S1- ВКЛЮЧЕНИЕ ШП, предназначена для подачи и снятия напряжения питания на шкаф питания.
Вспомогательный контакт контактора КМ, подключенный к Х3: 2 и Х3: 3 шкафа, выключает цепь сигнализации о срабатывании контактора КМ при подачепитающего напряжения.
С целью исключения нежелательных провалов и всплесков регулируемого выходного напряжения в момент восстановления подачи питающего напряжения на шкаф питания предусмотрена подача сигнала, соответствующего сигналу обратной связи номинального режима (50+0, 5) В. Этот сигнал формируется от напряжения аккумуляторной батареи на параметрическом стабилизаторе R33-R17 и по цепи R32-KM: 4-KM: 3-R26 подается в цепь базы транзистора VI3. Таким образом, в момент восстановления питания от выпрямителя, угол отпирания тиристоров VI (V2) соответствует необходимому значению для поддержания среднего значения выходного напряжения (50±2, 5) В и перерегулирование при этом минимально.
Вспомогательный размыкающий контакт контактора КМ: 1-КМ: 2, подключенный к Х3: 2 и Х3: 3 шкафа, выключает цепь сигнализации заряда аккумуляторной батареи " ЗБ" на пульте машиниста, а замыкающий контакт КМ: 7-КМ: 8 подключает катушку контактора питания обогрева лобовых стекол электровоза.
Вольтметр PV, с помощью тумблеров S3 и S4, может подключаться к цепи выпрямителя в положении НАПРЯЖЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ и аккумуляторной батарее в положении НАПРЯЖЕНИЕ БАТАРЕИ. А также к цепи преобразователя шкафа другой секции в положении АВАРИЙНО рубильника SA2. Для того, чтобы вольтметр PV показывал напряжение преобразователя своего шкафа или другой секции, необходимо, чтобы тумблер S4 был обязательно в положении НАПРЯЖЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ.
|
|
|
