книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

1Ö-1. ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТИП-900/3 ДЛЯ БЕЗРЕОСТАТНОГО ПУСКА И ИМПУЛЬСНОГО

ТОРМОЖЕНИЯ КОНТАКТНО-АККУМУЛЯТОРНОГО ПОЕЗДА

Ср3-А6МТ

Опытный контактно-аккумуляторный поезд С3р-А6 МТ с тиристорной

участке получают питание от контактной сети, а на неэлектрнфицированном участке — от аккумуляторной батареи типа ТЖН-400 с на­ пряжением 2 500—2 800 В. Тяговая аккумуляторная батарея, состоя­ щая из 1 920 элементов, размещена в ящиках под четырьмя прицеп­ ными вагонами. Поезда этого типа созданы работниками Прибалтий­ ской железной дороги, и уже в течение ряда лет девять таких поез­ дов успешно эксплуатируются на Рижском и Таллинском узлах При­ балтийской железной дороги.

а) Силовая схема моторного вагона

Силовая схема моторного вагона с соответствующей схемой элек­ тронного управления дает возможность осуществить автоматический безреостатный пуск при питании от контактной сети или от аккуму­ ляторной батареи и автоматическое рекуперативно-реостатное тормо­ жение до полной остановки поезда.

Оба режима осуществляются при помощи тиристорного импульс­ ного преобразователя ТИП-900/3, состоящего из входного индуктив- ио-емкостного фильтра ДФ, КФ и двух тиристорных прерывателей ТП-А, ТП-Б по схеме на рис. 9-1,6.

Упрощенные силовые схемы моторного вагона в режимах безрео­ статного пуска и импульсного рекуперативного торможения показаны соответственно на рис. 10-і,а и б. При безреостатном пуске две па­ раллельные цепи тяговых двигателей получают питание от контакт­ ной сети или аккумуляторной батареи через общий входной фильтр ДФ, КФ и два одинаковых прерывателя (рис. 10-1,о). Для рекупера­

тивного торможения на аккумуляторную батарею исследован способ независимого регулирования возбуждения.

При рекуперативном торможении силовая схема переключается таким образом, что тиристорные прерыватели оказываются подклю­ ченными параллельно якорям двигателей, а обмотки возбуждения получают независимое питание от специального преобразователя, вы­ полненного по схеме инвертор — трансформатор — управляемые вы­ прямители. Ввиду изменения направления тока возбуждения при этом изменяется также направление э. д. с. якорей двигателей (рис. 1 0 - 1 ,6 ).

В контурах, по которым осуществляется периодическое короткое за­ мыкание якорей, кроме тиристорных прерывателей, имеются также быстродействующие контакторы БК для защиты от аварийных сверх­ токов и токоограничивающие резисторы Р2, Р4. В случаях, когда

аккумуляторная батарея не может принять энергию, возвращаемую тяговыми двигателями моторных вагоноз, предусмотрено ее разделе­ ние на две параллельные части. В этих случаях в контуры короткого

22L

замыкания последовательно включаются тормозные резисторы PJ, РЗ,

которые рассеивают часть энергии торможения. Индуктивно-емкост­ ный фильтр ДФ, КФ, подключенный к зажимам аккумуляторной ба­

тареи, обеспечивает непрерывность тока заряда.

222

б) Процесс автоматического безреостатного пуска

В «ачале процесса пуска уве­ личивается частота прерывате­ лей от і150 до 400 Гц. При этом продолжительность іимпульсов выходного напряжения остает­ ся неизменной и равной мини­ мально возможной величине по условиям коммутации прерыва­ теля '(около 260 'М.ис). На вто­ ром этапе регулирования при неизменной частоте 400 Гц по­ степенно увеличивается продол­ жительность импульсов выход­ ного напряжения. Таким обра­ зом, па обоих этапах регулиро­ вания осуществляется постепен­ ное увеличение среднего зна­ чения напряжения па тяговых двигателях от определенной минимальной величины до ве­ личины напряжения источника

питания. Процесс увеличения ‘Иродалж 11тельіност11 імпул ьсob

выходного напряжения (на­ пряжения на шунтирующих диодах Д ) и изменение тока

тяговых двигателей показаны на осциллограммах рис. 10-2.

Работа обоих прерывате­ лей синхронизирована таким образом, что моменты отпира­ ния главных тиристоров Т1

сдвинуты между собой на по­ ловину .периода импульсного цикла 772. Моменты запирания, главных тиристоров Т1 (мо­

менты отпирания вспомогатель­ ных тиристоров Т2) при оди­

наковой скорости вращения тя­ говых двигателей в обоих па-

Рис. 10-2. Осциллограммы вы­ ходного напряжения ил и тока

двигателей г'о при разных коэффициентах заполнения импульсного цикла у=0,10; 0,25; 0,50; 0,75; 0,95.

Масштаб времени — 1 мс/дел., масштаб напряжения — 2 500 В/дсл, масштаб тока — 100 А/дс.л.

223

раллельны.х цепях также вдвинуты между собой «а половину пе­ риода Т. Таким образом, частота, с которой потребляется ток от

конденсатора входного фильтра, равна двойной частоте іраіботы каж­ дого прерывателя.

При пуске моторного вагона блок электронного управления ти­ ристорных прерывателей сначала осуществляет уменьшение периода, а потом увеличение промежутка времени между отпирающими импульсами глазных и вспомогательных тиристоров, от которого за­ висит продолжительность импульса выходного напряжения. На обоих этапах регулирования увеличение среднего значения выходного на­ пряжения происходит под контролем датчиков тока, включенных в цепи тяговых двигателей. Увеличение напряжения приостанавли­ вается при поступлении сигнала о том, что ток тяговых двигателей

Рис. 10-3. Осциллограмма процесса автоматического безреостатпого пуска от контактной сети при разгоне шестнвагомного поезда двумя моторными вагонами. Напряжение па конденсаторе входного филь­

43 А, диапазон изменения частоты одного прерывателя 150—400 Гц, емкость конденсатора входного фильтра 450 мкФ, сглаживающий реактор в цепи двигателей отсутствует, продолжительность пуска до момента, когда ток контактной сети достигает максимального зна­ чения, равна 30 с.

превышает заданную величину, и продолжается при поступлении разрешающего сигнала, когда вследствие увеличения скорости поезда ток двигателей падает ниже определенного значения.

Таким образом, в процессе безреостатпого пуска происходит автоматическое увеличение среднего значения напряжения на двига­ телях до максимальной величины. После этого прерыватели шунти­ руются контакторами. Сигналы, разрешающие шунтирование преры­ вателей, поступают от специальных реле минимального напряжения, которые подключены параллельно прерывателям.

На опытном поезде для режима тяги сохранена существующая двухступенчатая система ослабления поля при помощи двух контак­ торов.

Для защиты от перегрузок и аварийных сверхтоков в режимах безреостатнрго пуска предусмотрен быстродействующий выключатель

224

b'Ö, а для защиты каждой цепи двигателей в режимах рекуператив­ но-реостатного торможения установлены быстродействующие контак­ торы БК1 и БК2. Осциллограмма процесса безреостатного пуска от

контактной сети приведена на рис. 10-3. Из осциллограммы видно, что максимальные пульсации тока двигателей, имеющие' место при­ мерно в середине периода пуска, составляют ± 2 9 А или ±14,5% от среднего пускового тока 200 А, а максимальные пульсации напряже­ ния на конденсаторе входного фильтра не превышают ±100 В или ±2,9% напряжения контактной сети.

в) Процесс автоматического рекуперативно­ реостатного торможения

Для обеспечения торможения электрооборудование моторного вагона переключается по схеме на рис. 10-1,6. При этом для питания и ре­ гулирования тока обмоток возбуждения двигателей подключается преобразователь постоянного тока в постоянный содержащий инвер­ тор, трансформатор и выпрямители.

В процессе торможения ток в обмотках возбуждения имеет про­ тивоположное направление по сравнению с процессом пуска и э. д. с. тяговых двигателей меняет полярность. Ток возбуждения проходит по контуру- П В1— ОВ2— ОВ1—П В2 для одной пары двигателей и по кон­ туру П В2— ОВ4— ОВЗ—П В2 для другой пары. При этом якорный ток протекает по контуру Я1—Я2—Р2—Р1—Д Ф —Б В — K P — аккумуля­ торная батарея — Д (для верхней цепи двигателей на рис. 10-1,6).

Процесс торможения осуществляется автоматически с контролем тока якоря обоих двигателей. В начале торможения путем фазового регулирования выпрямителей ПВ1, П В 2 плавно увеличивается их вы­

ходное напряжение и, следовательно, ток возбуждения двигателей. При поступлении сигнала от датчиков тока о том, что ток в якорной цепи превышает допустимую для данной скорости величину, увеличе­ ние выходного напряжения выпрямителей ПВ1, ПВ2 прекращается it

возобновляется только после поступления сигнала о том, что ток якоря вследствие уменьшения скорости поезда упал ниже заданной величины. Процесс протекает аналогично процессу регулирования вы­ ходного напряжения тиристорных прерывателей в процессе пуска.

Ниже критической скорости, когда э. д. с. генерирующих машин при полном поле становится меньше э. д. с. приемника энергии (акку­ муляторной батареи), при помощи тиристорных прерывателей ТП -А, ТП-Б осуществляется периодическое кратковременное короткое замы­

кание якорей двигателей. Во время «замкнутого» состояния преры­ вателя ток якоря возрастает и в магнитном поле обмоток якоря на­

ных обмоток, оказывается выше э. д. с. аккумуляторной батареи, благодаря чему через батарею протекает убывающий ток заряда. При этом ток протекает по тем же цепям, как и при высоких скоро­ стях торможения, когда э. д. с. машин регулируется изменением тока возбуждения.

При торможении тяговая аккумуляторная батарея может быть разделена на две параллельные части с напряжением 1 300— 1 400 В. В цепи генерирующих машин в этом глучае вводятся последовательно включенные резисторы PI, Р2, РЗ, Р4, в которых рассеивается часть

энергии торможения. Это обусловлено тем, что в ряде случаев (на­

пример, при работе па электрифицированном участке) аккумулятор­ ная батарея не может принять всю энергию торможения двух (или даже трех, как предполагается на новом контактно-аккумуляторном поезде ЭР-2А6) моторных вагонов. Сопротивления резисторов Р1, РЗ составляют около 7 Ом, а Р2, Р4 — около 2 Ом.

Осциллограмма автоматического рекуперативного торможения опытного поезда показана на рис. 10-4. Осциллограмма снята при торможении поезда двумя последовательно включенными тяговыми двигателями на аккумуляторную батарею без дополнительных рези­ сторов в цепи двигателей. При этом э. д. с. двух последовательно включенных генерирующих машин примерно равна напряжению акку­ муляторной батареи. Ток независимого возбуждения (около 130 А) подается от преобразователя, содержащего инвертор, трансформатор и выпрямитель и питающегося от части аккумуляторной батареи с напряжением около 700 В. В начале процесса рекуперативного тормо-

Рнс. 10-4. Осциллограмма процесса автоматического рекуперативно­ го торможения шестивагопиого поезда одним моторным вагоном при

относительно большого внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи ее напряжение при заряде повышается. При этом повышают­ ся также напряжение на входе инвертора и, следовательно, ток воз­ буждения. В процессе торможения среднее значение тока якоря дви­ гателей поддерживается постоянным и равным 170 А. Торможение

боты прерывателя оставалась постоянной и равной 200 Гц. Некоторое уменьшение тока двигателя и, следовательно, тока заряда батареи в начале процесса торможения обусловлено тем, что в этом интер­ вале времени прерыватель работает с постоянным минимальным ко­ эффициентом заполнения. Увеличение коэффициента заполнения с кон­ тролем тока начинается с некоторой задержкой времени. Такая за­ держка, создаваемая блоком автоматического управления, предусмо­ трена для повышения устойчивости системы в начальной стадии торможения.

г) Технические параметры и конструкция преобразователя ТИП-900/3 (900 кВт, 3 кВ)

Основные технические данные импульсного преобразователя ТИП-900/3 приведены в табл. 10-1. В этой таблице приведены также параметры импульсных преобразователей ТИП-1200/ЗП; ТИП-1200/3

226

Т а б л и ц а 10-1

Осііовные'технические параметры разработанных им пульсных преобразователей

Тип преобразователя

П родолж ёние т абл. 10-1

Тип преобразователя

Наименование параметра и единица измерения

228

и ТИП Д-1500/3, разработанных для электропоездов ЭР-2, ЭР-2А6 и ЭР-22, описание которых дано ниже.

Импульсный преобразователь ТИП-900/3 содержит два одинако­ вых прерывателя. Группа главных тиристоров Т1 каждого прерыва­

теля состоит из девяти последовательно включенных тиристоров ти­ па ТЛ-150-10,0, шунтированных шестью обратными диодами типа

Рис. 10-5. Общий вид опытной уста­ новки преобразователя ТИП-900/3.

ВЛ -200-10,0. Цепь вспомогательных тиристоров Т2 состоит из шести

последовательно включенных тиристоров типа ТЛ-150-10,0, шунтиро­ ванных шестью обратными диодами типа ВЛ-200-10,0. В качеств* диодов Д , шунтирующих цепь нагрузки, используются 12 последова­

тельно включенных диодов типа ВЛ-200-10,0. Таким образом, преоб­ разователь ТИП-900/3 содержит 30 тиристоров и 48 диодов.

229

Рис. 10-6. Общий вид блока управления тиристорного импульсно­ го преобразователя ТИП-900/3.

Прн питании от контактной сети коммутация прерывателя осу­ ществляется при помощи одного коммутирующего конденсатора ти­ па КМ-3,15-8 (3,15 кВ, 8 мкФ), а при питании от аккумуляторной

батареи, когда может иметь место работа с пониженным напряже­ нием питания (около 2 000 В при разряженной батарее), для обес­ печения коммутации параллельно подключается еще один конденса­ тор типа КМ-3,15-8.

Дроссель перезаряда L (без сердечника) имеет индуктивность

0,22 мГ. Для ограничения скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах в схему включены три дросселя насыщения. Для огра­ ничения скорости нарастания напряжения служат также цепочки тС,

включены два параллельно соединенных резистора типа ПЭВ-50-43 Ом

(50 Вт).

Оба прерывателя ТП-А и ТП-Б (кроме коммутирующих конден­ саторов и дросселей перезаряда) конструктивно объединены в одном каркасе с общим вентилятором принудительного воздушного охлаж­ дения (рис. 10-5).

Вентилятор с электродвигателем постоянного тока типа П21 обеспечивает поток охлаждающего воздуха между ребрами радиато­

ТИП-900/3 показан на рис. 10-6. Описание основных узлов и полная электрическая схема системы управления преобразователем ТИП-900/3 даны в [Л. 2].

Первая опытная установка ТИП-900/3 изготовлена на Таллин­ ском электротехническом заводе в 1966 г. по электрическим схемам, описанным в [Л. 18].

ЭЛЕКТРО ПО ЕЗДА ЭР-2

а) Силовая схема моторного вагона

Силовая схема моторного вагона электропоезда типа ЭР-2 с тири­ сторным импульсным преобразователем (рис. 10-7) разработана на основе исследований, проведенных на опытной секции контактно-ак­ кумуляторного поезда С3 р-А6 МТ. В апреле 1970 г. (в честь 100-летия

230