4.18.4 Описание
4.18.4.1 Сетевой разъединитель и блок предварительной зарядки
Каждый тяговый преобразователь электровоза подключается к двум тяговым обмоткам трансформатора. При этом каждая тяговая обмотка подключается к 4-х квадрантному выпрямителю (4QS). Подключение производится однофазными входными разъединителями. При помощи входного разъединителя возможно отсоединение преобразователя от трансформатора также в случае неисправности (неисправный преобразователь отключается от тягового трансформатора и не влияет на нормальную работу остальных потребителей, подключенных к трансформатору).
Каждый из сетевых разъединителей соединен перемычками с блоком предварительной зарядки. Блок предварительной зарядки состоит из контактора предварительной зарядки и сопротивления. При запуске преобразователя через него заряжается конденсатор промежуточного контура преобразователя прежде, чем будет замкнут сетевой разъединитель. Таким образом предотвращается большой бросок пускового тока, который возник бы при включении входного напряжения на разряженные конденсаторы. Сетевой разъединитель включается, когда напряжение промежуточного контура достигнет 95% теоретического значения зарядки.
К каждой тяговой обмотке на входе тягового преобразователя подключен трансформатор тока для измерения входного тока.
4.18.4.2 Четырехквадрантный выпрямитель (4QS)
Функцией четырехквадрантного выппрямителя является преобразование переменного входного напряжения (однофазного переменного напряжения тяговой обмотки трансформатора) в заданное постоянное напряжение промежуточного контура.
Выпрямитель 4QS состоит из двух параллельно включенных фазных модулей. Фазный модуль содержит силовые полупроводниковые приборы (IGBT-транзисторы), а также шунтирующие (защитные) диоды и разгрузочные элементы. IGBT-транзистор выполняет функцию мощного выключателя, позволяющего выполнять коммутационные операции с большой частотой. Разгрузочные элементы служат для уменьшения мощности потерь, которые возникают в IGBT-транзисторах при каждом процессе включения и выключения.
Принципиальная схема фазного модуля представлена на рисунке 4.29.
V1, V2: мощные IGBT-транзисторы
C1, C2: разгрузочные конденсаторы
L1, L2: разгрузочные катушки индуктивности
V3, V4: шунтирующие (защитные) диоды
V5, V6: разгрузочные диоды
RB: разгрузочный резистор
P, N: выводы промежуточных цепей
L: вывод нагрузки
Рис. 4.29 - Принципиальная схема фазного модуля
Четырехквадрантный выпрямитель управляет перемещением потока энергии и обеспечивает регулирование угла сдвига фаз между напряжением и током в четырех рабочих квадрантах посредством регулирования фазы включения и очередности работы IGBT-модулей. Электровоз может, как потреблять энергию из контактной сети в тяговом режиме, так и отдавать энергию в сеть в режиме рекуперации. Сдвиг фаз между током и напряжением достигается за счет различной степени модуляции IGBT-модулей. Так как напряжение может регулироваться по фазе, то можно достичь значения cos, приближающегося к1.
Напряжение промежуточного контура выше, чем амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, четырехквадрантный выпрямитель работает в качестве повышающего выпрямителя. Роль дросселя выполняет индуктивность рассеивания главного трансформатора. Поэтому относительное напряжение короткого замыкания трансформатора (uk) должно быть сравнительно высоким.
Выпрямитель 4QS работает таким образом, что вторичная обмотка трансформатора поочередно закорачивается и подключается к промежуточному контуру. При этом возникает пульсация тока с пиковыми значениями тока. За счет высокой индуктивности рассеивания трансформатора пульсация тока сглаживается и, тем самым, уменьшаются пиковые значения тока. Пульсации тока также передаются и на первичную сторону трансформатора. Вследствие этого возникают пульсации в контактных проводах и рельсовых цепях.
Если электровоз генерирует переменные токи в диапазоне звуковых частот (токи высоких гармоники), то они не должны превышать определенных
значений, чтобы не оказывать воздействия на рельсовые цепи. Высокое относительное напряжение короткого замыкания трансформатора (и тем самым высокая индуктивность рассеивания) уменьшает значение этих высших гармоник. Чем выше относительное напряжение короткого замыкания трансформатора, тем сильнее подавляются высшие гармоники.
Тяговый преобразователь минимизирует паразитные токи дополнительно тем, что все четырехквадрантные выпрямители электровоза тактируются со смещением.