книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока
.pdfРис. 10-7. Принципиальная силовая схема моторного вагона
электропоезда Э Р - 2 с |
тяговыми |
двигателями |
1 50 0 В и с |
си |
||||||||
стемой |
безреостатного |
пуска. |
|
|
|
|
|
|
||||
ПМ — пульт |
|
машиниста; |
1 — блок |
увеличения частоты |
задающего |
ге |
||||||
нератора; 2 |
|
задающий |
генератор; |
3 — пересчетный |
триггер; 4 — жду |
|||||||
щий |
мультивибратор; 5 — блок сравнения; |
6 — блок |
изменения фазы |
|||||||||
управляющих |
импульсов |
вспомогательных |
тиристоров; |
7 — генератор |
||||||||
пилообразных импульсов; |
|
р |
|
|
|
м |
ѵ |
|||||
3 — |
электронное |
реле; |
|
|
|
|
|
|
||||
9 — триггер; |
|
10 — выход- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ной усилитель; 01 — по- |
' |
' |
|
|
|
|
|
|||||
вышенная уставка пуско- |
|
|
|
|
|
|||||||
вого |
тока; 02 — нормаль |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ная |
уставка |
|
пускового |
|
|
|
|
|
|
|
||
тока; |
03 |
— пониженная |
|
|
|
|
|
|
|
|||
уставка |
пускового |
тока; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
04 — первый режим пу |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ска |
(коэффициент |
за |
|
|
|
|
|
|
|
|||
полнения |
|
импульсного |
|
|
|
|
|
|
|
|||
цикла |
постепенно увели |
|
|
|
|
|
|
|
||||
чивается |
до |
YMaitc=0,5); |
|
|
|
|
|
|
|
|||
05 — второй |
|
режим |
пу |
|
|
|
|
|
|
|
||
ска (коэффициент запол |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
нения |
увеличивается до |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ѴКаксЯ І'°)5 06 — запуск |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
блока |
изменения |
фазы |
|
|
|
|
|
|
|
|||
управляющих |
импульсов |
|
|
|
|
|
|
|
||||
вспомогательных |
тири |
|
|
|
|
|
|
|
||||
сторов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со дня рождения В. И. Ленина) были переоборудованы |
первые две |
||
секции поезда ЭР-2. |
|
|
|
Остальные две секции поезда |
переоборудованы |
в 1971 |
г. и |
с 1 сентября 1971 г. восьмивагонный |
поезд ЭР-2 с импульсными |
пре |
|
образователями ТИП-1200/ЗП находится в регулярной эксплуатации на пригородных линиях г. Риги. В 1973 г. работают, кроме того, еще три таких же поезда (№ 821, 639 и 657).
На первом этапе переоборудования тиристорные импульсные пре образователи используются только для автоматического безреостатного пуска. На этом этапе сохранена также существующая система ступенчатого ослабления поля.
Так же как на контактно-аккумуляторном поезде, силовая схема моторного вагона поезда ЭР-2 состоит из двух параллельных цепей, каждая из которых содержит ива последовательно соединенных тя говых двигателей типа УРТ-110А (200 кВт, 1 500 В, 146 А). Отличия
Рис. 10-8. Осциллограмма процесса безреостатпого пуска поезда ЭР-2 при входном напряжении 3 200 В и нормальной уставке пускового тока двига телей 190 А.
от силовой схемы моторного вагона С3Р-А6 МТ состоят в том, что
схема моторных загонов ЭР-2 не содержит устройств и аппаратуры для рекуперативно-реостатного торможения и применяется более мощный импульсный преобразователь ТИП-1200/ЗП в подвагонном исполнении. Импульсный преобразователь состоит из входного индук тивно-емкостного фильтра ДФ, КФ и двух прерывателей ТП-А\ ТП-Б.
Основные технические данные преобразователя ТИП-1200/ЗП приве дены в табл. 10-1. От преобразователя ТИП-900/3 он отличается кон структивным исполнением, меньшей емкостью коммутирующих кон денсаторов и более мощными тиристорами с номинальным током 200 А. Процесс автоматического безреостатпого пуска осуществляет ся так же, как на секции контактно-аккумуляторного поезда. После пуска прерыватели ТП-А и ТП-Б шунтируются контакторами КШ1 и КШ2. Электронная система управления преобразователя имеет та
кие же блоки, как схема управления преобразователя ТИП-900/3. Осциллограмма процесса безреостатпого пуска поезда ЭР-2 по
казана на рис. 10-8. Среднее значение напряжения на конденсаторе входного фильтра 11= 3 200 В, и пуск осуществлялся с уставкой тока
Рис. 10-9. Общий вид тиристорного импульсного пре
образователя |
ТИП-1200/ЗП (I 200 |
кВт, |
3 000 В, |
||
2X200 А). |
|
|
|
|
|
а — правая |
сторона |
с импульсными |
трансформаторами |
||
управления; |
б — левая |
сторона с дросселями насыщения. |
|||
двигателей /о =190 |
А. |
В конце процесса повышения |
напряжения тя |
||
говых двигателей скорость поезда составляла около 50 км/ч, а общий ток /, потребляемый от контактной сети, достигал 380 А. Максималь ные пульсации напряжения конденсатора входного фильтра при этом составляли около ±170 В (±5,3% ), а пульсации тока тяговых дви
гателей— ± 2 6 А (±13,7% ).
Пульсации тока, потребляемого от контактной сети, как видно на осциллограмме рис. 1 0 -8 , весьма малы, и поэтому точное опреде
ление их величин затруднено.
Пуск тяговых двигателей до выхода на естественную скоростную характеристику происходит примерно за 17 с.
233
б) Технические параметры и конструкций преобразователя ТИП-1200/3 (1 200 кВт, 3 кВ)
Общий вид тиристорного силового блока импульсного преобразовате ля ТИП-1200/ЗП (в подвагонном исполнении) показан на рис. 10-9. Этот блок устанавливается под моторным вагоном на месте демон тируемых пусковых реостатов.
Дроссель |
входного фильтра Д Ф размещен на крыше моторного |
вагона (рис. |
1 0 - 1 0 ), а три конденсатора фильтра — в торцевом шка- |
Рис. 10-10. Общий вид дросселя фильтра пре образователя ТИП-1200/ЗП.
фу тамбура. Четыре коммутирующих конденсатора установлены в су
ществующем подвагонном |
ящике вместо группового контроллера |
(рис. 1 0 - 1 1 ). |
|
В силовом блоке (рис. |
10-9), кроме тиристоров н неуправляемых |
вентилей, размещены также дроссели насыщения и выходные импульсные трансформаторы системы управления. Дроссели насыще ния выполнены на тороидальных сердечниках из леиты пермаллоя
50НП толщиной 0,05 мм, с размерами 0 |
215/125 X 30 мм. Обмотка |
содержит 17 витков провода сечением 35 |
мм2. |
Общий вид блока управления преобразователя ТИП-1200/ЗП по казан на рис. 10-12. Конструктивно схема управления выполнена в ви де 14 отдельных функциональных блоков, расположенных в верхнем и нижнем рядах, и двух блоков в среднем ряду — блока питания и блока выходных усилителей.
Блок управления является общим для обоих прерывателей, и в связи с этим его схема состоит из двух одинаковых каналов.
Все функциональные блоки выполнены с применением печатного монтажа. Дроссели и трансформаторы залнгы эпоксидным компаун дом. Блок управления потребляет ток 1,6 А при входном напряжении 50 В. Конструктивно блок управления выполнен для внутривагонной установки и размещен в пассажирском салоне вблизи силового блока,
234
Такой способ размещения принят с целью снижения влияния помех,
попадающих в цепи управления при переходных процессах в силовой схеме.
Для контактно-аккумуляторного поезда ЭР-2А6 разработан тири сторный импульсный преобразователь ТИП -1200/3 для внутривагон-
Рпс. 10-11. Общий вид коммутирующих конденсато ров преобразователя ТИП-1200/ЗГ1.
Рис. 10-12. Блок управления преобразователя ТИП-1200/ЗП.
ной установки. Это обусловлено тем, что подвагонное пространство поезда в значительной степени занято -аккумуляторной батареей и размещение там импульсного преобразователя затруднено. Разрабо тан вариант установки силового блока преобразователя в шкафу
235
между тамбуром и салоном. При этом число мест для снденмя не сокращается. Тиристорный импульсный преобразователь ТИП-1200/3 имеет в основном такие же электрические параметры, как преобра зователь ТИП-1200/ЗП в подвагонном исполнении (см. табл. 10-1). Комплект оборудования преобразователя ТИП-1200/3 состоит из двух силовых блоков, блока управления, дросселей перезаряда, дросселя входного фильтра, коммутирующих конденсаторов и конденсаторов фильтра.
Силовой блок конструктивно выполнен в виде стойки с двусто ронним обслуживанием (рис. 10-13). Вентиляционный канал блока оканчивается фланцем, к которому после установки преобразователя
Рис. 10-13. Преобразователь ТИП-1200/3 при виутривагонном исполнении.
1 — блок с полупроводниковыми приборами; 2 — блок управ ления; 3 — панель с клеммами; 4 — дроссель насыщения.
в вагоне присоединяется канал обдува тяговых двигателей. К верх
нему фланцу силового блока через мягкий переход присоединяется
вентилятор.
В. нижней части силового блока расположены две панели с клем мами для подключения преобразователя к силовой схеме вагона. Сбоку находятся дроссели насыщения и импульсные трансформаторы системы управления.
236
10-3. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТИПД -1500/3
ДЛЯ БЕЗРЕОСТАТНОГО П УС КА И ИМ ПУЛЬСНО ГО ТОРМОЖ ЕНИЯ ЭЛЕКТРО ПО ЕЗДА ТИПА ЭР-22
а) Силовая схема моторного вагона
Для электропоездов типа ЭР-22 с четырьмя последовательно вклю
ченными тяговыми двигателями на напряжение 750 В с пусковым то ком около 500 А в 1969 г. разработан тиристорный преобразователь ТИПД-1500/3 (1 500 кВт, 3 000 В, 500 А) в подвагонном исполнении [Л. 39, 41, 42]. Упрощенная силовая схема опытного моторного вагона показана на рис. 10-14. Тиристорный импульсный преобразователь
ТИПД-1500/3 состоит |
из входного индуктивно-емкостного фильтра |
ДФ , КФ, двух одинаковых прерывателей ТП-А, ТП -Б и разделяющих |
|
дросселей Р Д р І, РДр |
2. |
Обе фазы прерывателя работают с одинаковой частотой. Момен ты отпирания и запирания главных тиристоров одной цепи сдвинуты по отношению к моментам отпирания и запирания главных тиристо ров другой цепи на половину периода. Таким образом, при коэффи циенте заполнения импульсного цикла одного прерывателя у > 0,5 имеются промежутки времени, в течение которых главные тиристоры обеих групп находятся в проводящем состоянии. Это допустимо бла годаря наличию разделяющих дросселей Р Д р І и РДр2.
Для регулирования поля возбуждения тяговых двигателей этого поезда предложено несколько вариантов. Наиболее простым из них является релейно-контакторное ослабление поля при помощи шунти рующего резистора с 2—3 ступениями. При таком методе регулиро вания тиристорные прерыватели продолжают работать и путем изме нения выходного напряжения поддерживают заданную уставку тока якоря.
б) Технические параметры и конструкция преобразователя ТИПД-1500/3 (1 500 кВт, 3 кВ)
Основные технические данные преобразователя даны в табл. 10-1. В комплект преобразователя входят силовой блок, блок управления, дроссели перезаряда, дроссель входного фильтра и коммутирующие конденсаторы.
Конструкция силового блока аналогична конструкции тиристор ного блока преобразователя ТИП-1200/ЗП (рис. 10-9). Дроссель пе резаряда представляет собой катушку без сердечника с индуктивно стью 350 мкГ. Дроссель и конденсаторы входного фильтра такие же, как для преобразователя ТИП-1200/ЗП. Разделяющий дроссель вы
полнен в металлическом кожухе, предназначенном |
для подвагонного |
||
расположения. Индуктивность дросселя при |
токе |
100 |
А составляет |
т- |
ПСДК |
3 , 0 5 X 1 0 - |
|
43 мГ. Обмотка из 324 витков—из провода |
' з T5 X 1 Ö 4~ ' |
||
Сердечник выполнен из стали ЭЗЗО и имеет сечение 182 см2. Общая масса комплекта первой опытной установки преобразователя ТИПД-1500/3 составляет около 2 000 кг, однако при усовершенство вании конструкции отдельных элементов масса преобразователя мо-
237
ЭкВ
Рис. 10-14. |
Принципиальная силовая схема моторного вагона электропоезда ЭР-22 с тяговыми двигателями 750 В |
с системой |
безреостатного пуска. |
жет быть уменьшена. Как следует из приведенных, в табл. 10-1 Даф иых, масса двух разделяющих дросселей 'составляет около 40% общей массы преобразователя. Поэтому одним нз путей уменьшения массы может быть применение двухфазного прерывателя без разделяющих дросселей по схеме рис. 9-5 [Л. 25].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ '
На основе проведенных аналитических и эксперимен тальных исследований можно сделать некоторые общие выводы.
Как показано в гл. 2—7, принятая методика опреде ления основных характеристик регулирования импульс ных преобразователей по расчетным схемам замещения для средних значений токов и напряжений позволяет относительно просто найти все необходимые зависимо сти средних значений токов и напряжений от коэффици ента заполнения импульсного цикла без детального ана лиза электромагнитных процессов в импульсном преоб разователе.
Данная методика основана на том, что в установив шихся режимах средние значения токов (напряжений) накопителей энергии электрического (магнитного) поля за импульсный цикл равны нулю и что прерыватель и вентили разряда в расчетной схеме могут быть замене ны соответствующими эквивалентными положительными или отрицательными сопротивлениями, величины кото рых зависят только от коэффициента заполнения импульсного цикла. Предложенная методика имеет общий характер и может быть использована для анали за большинства схем тяговых тиристорных импульсных преобразователей постоянного тока. Это относится так же к предложенной методике эквивалентного интеграла для приближенного определения пульсаций токов дросселей (напряжений на конденсаторах). При по мощи этой методики также могут быть найдены необ ходимые выражения для приближенного расчета нако пительных элементов по заданным допустимым пульса циям токов и напряжений без решения системы диффе ренциальных уравнений.
Для изменения выходных параметров импульсного преобразователя (напряжения, тока) может быть ис пользован ряд способов регулирования. Эти способы отличаются друг от друга зависимостью периода им пульсного цикла от коэффициента заполнения. Наибо-
. |
239 |
Лее простыми из них являются способы регулирования с постоянным периодом импульсного цикла, с постоян ной продолжительностью проводящего состояния преры вателя и с постоянной паузой, а также их комбинации. Целесообразность применения того или иного способа регулирования (с точки зрения обеспечения минималь ных пульсаций токов и напряжений на входе и выходе преобразователя) в значительной степени зависит от величины показателя к, который равен отношению мини мально возможной продолжительности проводящего состояния прерывателя к минимально допустимому пе риоду импульсного цикла. Величина этого показателя зависит, в основном, от параметров применяемых тири сторов и схемы прерывателя. Как показывает проведен ный анализ, в большинстве случаев минимальные пуль сации токов и напряжений и, следовательно, наимень шие габариты и массы сглаживающих элементов может обеспечить способ регулирования, при котором поддер живается постоянная величина пульсаций тока нагруз ки. Во многих практических случаях, когда показатель к меньше минимального коэффициента заполнения, наи меньшие пульсации токов и напряжений может дать также способ регулирования при постоянной частоте. Определенные достоинства имеет также двухэтапный (комбинированный) способ регулирования, согласно которому в начале регулирования поддерживается по стоянной минимальная продолжительность проводящего состояния прерывателя и период уменьшается до допу стимой величины по условиям нагрева элементов пре рывателя, а на втором этапе регулирования поддержи вается постоянным период импульсного цикла и увели чивается продолжительность проводящего состояния прерывателя.
Как показывают расчеты, в ряде случаев для эффек тивного сглаживания пульсаций тока нагрузки целесо образно применить выходной индуктивно-емкостный фильтр. Это особенно относится к установкам, где вход ное напряжение преобразователя выше номинального напряжения на нагрузке и индуктивность цепи нагрузки недостаточна для уменьшения пульсаций тока до допу стимой величины.
Такие условия работы преобразователя могут иметь место, если необходимо осуществить стабилизацию на пряжения нагрузки.
240