Випрямно-побутовий перетворювач (ВІП) призначений для випрямлення однофазного змінного струму частотою 50 Гц в постійний, плавного регулювання напруги живлення тягових двигунів в режимі тяги і перетворення постійного струму в однофазний змінний струм частотою 50 Гц і плавного регулювання протидії ЕРС інвертора в режимі рекуперативного гальмування . Технічні дані ВІП наступні:
Номінальний випрямлений струм, А 3150 Номінальна випрямлена напруга, в 1400
ККД при струмі 3150А,% 98,5 Габаритні розміри, мм:
Маса блоку, кг 1400
Кількість охолоджуючого повітря, м3 / хв, не менше " '330
На електровозі встановлюють шість перетворювачів. Конструктивно ВІП виконаний з двох блоків: випрямляч-но-інверторного з системою формування імпульсів і блоку живлення (БП).
Силова частина ВІП має вісім плечей і виконана за схемою, наведеною на рнс. 6.1. Кожне плече ВІП складається з чотирьох паралельних гілок тиристорів Т353-800-28-80 УХЛ2. Плечі VI, У2, У7, У8 мають три, а плечі УЗ, У4, У5, У6 - два послідовно з'єднаних тиристора. Для забезпечення рівномірного розподілу напруги по послідовно з'єднаним тиристорам використовують шунтуючі резистори, а для зняття внутрішніх комутаційних перенапруг - ланцюжки 1 ° С, підключені паралельно тиристорам.
Заданий нерівномірний розподіл струму (± 10%) по паралельних гілках тиристорів досягається шляхом застосування індуктивних подільників, а також підбором послідовно з'єднаних тиристорів по сумарному падінню напруги при двох значеннях струму: граничному (/ пр) і 0,5 / ін.
Силова схема ВІП передбачає чотири зони регулювання випрямленої напруги.
Черговість відкриття плечей ВІП в випрямленном (тяга) н інверторному (рекуперація) режимах визначається алгоритмом роботи системи управління перетворювачами електровозів (БУВІП), наведеними на рис. 6.2. БУВІП формує і відповідно до заданого алгоритму розподіляє по плечах всіх шести ВІП змінювані по фазі керуючі імпульси, що запускають систему формування імпульсів (СФІ ВІП). Остання в свою чергу формує і розподіляє по тиристорам керуючі імпульси необхідних параметрів із заданою фазою і в заданій алгоритмом послідовності.
Тяговий режим. У зоні I працює секція 11 вторинної обмотки трансформатора (див. Рис. 6.1). Регулювання випрямленої напруги проводиться відкриттям тиристорів плечей УЗ, У5 в момент а0 (рис. 6.3), а плечей У4 і У6 - в момент, відповідний регульованому куту <хр. Здесь ао - наименьший допустимый угол открытия тиристоров в начале каждого полупернода напряжения, равный (9±1)° (фаза управляющего импульса). При искаженной форме напряжения в КС значение а0 корректируют системой управления ВИП (БУВИП) путем задержки выдачи сигнала до тех пор, пока анодное напряжение на тиристорах не достигнет значения, достаточного для уверенного открытия всех тиристоров плеча ВИП.
При включенні ВІП в роботу в напівперіод, коли ЕРС тягового трансформатора спрямована справа наліво (див. Рис. 6.1), тнрнстори плеча УЗ відкриваються в момент ат, а плеча У6 - в момент ар. Тривалість імпульсу, поданого в момент ат, не перекриває різниці в фазах а0 і ар, і до моменту подачі ар на тиристори плеча У6 тиристори плеча УЗ закриються, контур для проходження струму не утворюється. Для того, щоб уникнути такого явища в наступний напівперіод, коли ЕРС тягового трансформатора спрямована зліва направо, на тиристори плеча У5 сигнал управління подається двічі: перший - в момент осо, другий - в момент ар.
Нормальна робота схеми в зоні I починається з моменту подачі керуючих імпульсів в ар одночасно на тиристори плечей У4 і У5, і випрямлена напруга прикладається до навантаження після завершення комутації струму з плеча У6 на плече У4, т. Е. В момент ар + Ур, гДе ур - час комутації (див. рис. 6.3, а).
У наступний напівперіод при подачі на тиристори плеча УЗ керуючих імпульсів в ап вони відкриваються, після чого відбувається комутація струму з тиристорів плеча 1/5 на тиристори плеча УЗ. Енергія, запасені в ланцюзі випрямленого струму за час комутації ур (до відкриття плеча 1/6 '), розряджається за нульовим контуру: тиристори плечей У4, УЗ, згладжує реактор РС, тяговий двигун М. При відкритті тиристорів плеча У6 в ар відбувається комутація струму з тиристорів плеча У4 на тиристори плеча У6, і далі струм навантаження проводять тиристори плечей УЗ і У6. '
Наступний напівперіод в момент а0 відкриваються тиристори плеча У5, закриваються тиристори плеча УЗ і виникає нульовий контур для розряду енергії по ланцюгу: тиристори плечей У5, У6, згладжує реактор, тяговий двигун. Таким чином відбувається чергування використання тиристорів в якості нульових вентилів; одні напівперіод-плечі УЗ, У4, другий - У5, У6, що дозволяє
У зоні II випрямлена напруга збільшується від (1/4) с / "до (1/2) (Л, а регулювання здійснюється за рахунок зміни фази відкриття тиристорів плечей VI, У2 в діапазоні від ар max до ар min = a0 + y0 + то- При цьому плечі V5, У6 відкриваються в момент а0, а плечі V3, У4 - в момент АПЗ, т. е. керуючий імпульс затримується на час комутації в контурі плечей VI, V2, V5, V6.
У зоні III проводиться переклад навантаження з секцій 1, 11 трансформатора на рівновелику по напрузі секцію 1 //. Після цього зміною кута відкриття ар плечей V3, У4 в діапазоні від
«Ротах Д ° АР min = aO + Yo + Yo випрямлення напруга плавно збільшується від (1/2) UH до (3/4) t / H.
Для збереження напрямку струму в обмотці трансформатора при перекладі навантаження на секцію 1/1 повинна бути змінена полярність плечей, для чого на плечі V5, V6 керуючі імпульси з моменту переходу подаються в полупернод протилежної полярності. При цьому плечі 1/7, V8 відкриваються імпульсами в ат, а плечі 1/5, V6-в ao3 = ao + Yo-
У зоні IV, регулювання в роботу вводяться тиристори плечей VI і У2 зміною кута відкриття ар в діапазоні від aPmax до ap min = a0 + Yo + Yo- Отр цьому випрямлена напруга збільшується від (3/4) £ / "до U" (рис . 6.3, б). Тиристори плечей V7, V8 відкриваються імпульсами «о, а плечей УЗ, У4 - затриманими а0з-
Як видно з опису, апаратура управління ВІП (БУВІП) передбачає прн роботі в зонах II, III, IV автоматичну затримку керуючих імпульсів ар, що подаються на тиристори плеча в контурі з меншою напругою до закінчення комутації струму в контурі з великим напруженням.
Режим відкриття плечей імпульсами ур під час комутації струму, при якій напруга на обмотці трансформатора на весь час комутації в обох контурах (Yo = Yo + Yo) різко знижується, небезпечний тим, що напруга може виявитися недостатнім для впевненого відкриття тиристорів. З цієї причини керуючий нмпульс, поданий в цей момент, може припинитися перш, ніж струм у всіх тиристорах плеча досягне струму утримання, і навантаження візьмуть не все тиристори плеча, що може привести до неприпустимою перевантаження окремих тиристорів.
З метою виключення подібних режимів і виключення можливості подачі керуючого імпульсу ар до закінчення комутації струму як в контурі з малим (Yo)> так і в контурі з великим (у'о) напруженнями передбачено автоматичне обмеження фази імпульсів ар, т. Е. Вона повинна бути завжди більше кута a = a0 + Yo + Yo-
Отр зменшенні напруги на тягових двигунах послідовність роботи перетворювачів і апаратури управління зворотна ізложенной- .више.
Режим рекуперативного гальмування. При цьому режимі в зоні високих швидкостей гальмівне зусилля регулюється плавною зміною струму збудження, а в зоні середніх і малих швидкостей - плавним зміною ЕРС інвертора.
В. зоні IV імпульси управління подаються на тиристори плечей V2, V7 і VI, V8 з фазою, рівної куту випередження зажігащія р (рис. 6.4). Значення останнього автоматично регулюється в залежності від струму рекуперації так, щоб кут запасу б підтримувався постійним, рівним 20-22 °, т. Е. Щоб дотримувалося рівність б = (3 - у = const.
Гальмівне зусилля і швидкість руху в зоні IV регулюються плавним зміною струму збудження, який у міру зниження швидкості для підтримки заданого гальмівного зусилля повинен збільшуватися плавним рухом гальмівної рукоятки контролера машиніста (КМЕ).
При досягненні максимального струму збудження подальше підтримання гальмівного зусилля здійснюється подачею керуючих імпульсів на тиристори плечей V3 і V4 з фазою ар, мінливої від ар ^ я - р до ар min. При цьому полярність цих імпульсів змінюється в порівнянні з режимом тяги на протилежну. Для подальшого зниження швидкості здійснюється перехід на зону III (працюють плечі У4, V7 і V3, V8).
Після зняття керуючих імпульсів з тиристорів плечей VI, V2 і при відкритті тиристорів плечей V3 і V4 відбувається переклад струму рекуперації на міст, підключений до секцій 11, 1/1 трансформатора, і тиристори плечей починають працювати з кутом ар = р.
Подальше регулювання ЕРС здійснюється подачею керуючих імпульсів на тиристори плечей V5 і V6 з фазою, що змінюється від ар<">
Мал. 6.4. Діаграма напруги при регулюванні в зоні IV в режимі рекуперативного гальмування немає посилювати по току ці плечі перетворювача, що працюють в зоні I регулювання. Регулювання фази керуючих імпульсів проводиться в діапазоні від АР max ДО «Р min = ao + T.
У зоні II випрямлена напруга збільшується від (1/4) с / "до (1/2) (Л, а регулювання здійснюється за рахунок зміни фази відкриття тиристорів плечей VI, У2 в діапазоні від ар max до ар min = a0 + y0 + то- При цьому плечі V5, У6 відкриваються в момент а0, а плечі V3, У4 - в момент АПЗ, т. е. керуючий імпульс затримується на час комутації в контурі плечей VI, V2, V5, V6.
У зоні III проводиться переклад навантаження з секцій 1, 11 трансформатора на рівновелику по напрузі секцію 1 //. Після цього зміною кута відкриття ар плечей V3, У4 в діапазоні від
«Ротах Д ° АР min = aO + Yo + Yo випрямлення напруга плавно збільшується від (1/2) UH до (3/4) t / H.
Для збереження напрямку струму в обмотці трансформатора при перекладі навантаження на секцію 1/1 повинна бути змінена полярність плечей, для чого на плечі V5, V6 керуючі імпульси з моменту переходу подаються в полупернод протилежної полярності. При цьому плечі 1/7, V8 відкриваються імпульсами в ат, а плечі 1/5, V6-в ao3 = ao + Yo-
У зоні IV, регулювання в роботу вводяться тиристори плечей VI і У2 зміною кута відкриття ар в діапазоні від aPmax до ap min = a0 + Yo + Yo- Отр цьому випрямлена напруга збільшується від (3/4) £ / "до U" (рис . 6.3, б). Тиристори плечей V7, V8 відкриваються імпульсами «о, а плечей УЗ, У4 - затриманими а0з-
Як видно з опису, апаратура управління ВІП (БУВІП) передбачає прн роботі в зонах II, III, IV автоматичну затримку керуючих імпульсів ар, що подаються на тиристори плеча в контурі з меншою напругою до закінчення комутації струму в контурі з великим напруженням.
Режим відкриття плечей імпульсами ур під час комутації струму, при якій напруга на обмотці трансформатора на весь час комутації в обох контурах (Yo = Yo + Yo) різко знижується, небезпечний тим, що напруга може виявитися недостатнім для впевненого відкриття тиристорів. З цієї причини керуючий нмпульс, поданий в цей момент, може припинитися перш, ніж струм у всіх тиристорах плеча досягне струму утримання, і навантаження візьмуть не все тиристори плеча, що може привести до неприпустимою перевантаження окремих тиристорів.
З метою виключення подібних режимів і виключення можливості подачі керуючого імпульсу ар до закінчення комутації струму як в контурі з малим (Yo)> так і в контурі з великим (у'о) напруженнями передбачено автоматичне обмеження фази імпульсів ар, т. Е. Вона повинна бути завжди більше кута a = a0 + Yo + Yo-
Отр зменшенні напруги на тягових двигунах послідовність роботи перетворювачів і апаратури управління зворотна ізложенной- .више.
Режим рекуперативного гальмування. При цьому режимі в зоні високих швидкостей гальмівне зусилля регулюється плавною зміною струму збудження, а в зоні середніх і малих швидкостей - плавним зміною ЕРС інвертора.
В. зоні IV імпульси управління подаються на тиристори плечей V2, V7 і VI, V8 з фазою, рівної куту випередження зажігащія р (рис. 6.4). Значення останнього автоматично регулюється в залежності від струму рекуперації так, щоб кут запасу б підтримувався постійним, рівним 20-22 °, т. Е. Щоб дотримувалося рівність б = (3 - у = const.
Гальмівне зусилля і швидкість руху в зоні IV регулюються плавним зміною струму збудження, який у міру зниження швидкості для підтримки заданого гальмівного зусилля повинен збільшуватися плавним рухом гальмівної рукоятки контролера машиніста (КМЕ).
При досягненні максимального струму збудження подальше підтримання гальмівного зусилля здійснюється подачею керуючих імпульсів на тиристори плечей V3 і V4 з фазою ар, мінливої від ар ^ я - р до ар min. При цьому полярність цих імпульсів змінюється в порівнянні з режимом тяги на протилежну. Для подальшого зниження швидкості здійснюється перехід на зону III (працюють плечі У4, V7 і V3, V8).
Після зняття керуючих імпульсів з тиристорів плечей VI, V2 і при відкритті тиристорів плечей V3 і V4 відбувається переклад струму рекуперації на міст, підключений до секцій 11, 1/1 трансформатора, і тиристори плечей починають працювати з кутом ар = р.
Подальше регулювання ЕРС здійснюється подачею керуючих імпульсів на тиристори плечей V5 і V6 з фазою, що змінюється від ар<:л -р до
При досягненні на тиристорах плечей V5, V6 фази керуючих імпульсів ap = ap тшддя переходу на зону II на плечі VI, V2 і V5, V6 подаються імпульси з фазою ар = р. Подача на тиристори плечей V3, V4 вихідними підсилювачами 3, 4 керуючих імпульсів з фазою, мінливої від ар<я -р до ар = ар min, приводит к дальнейшему снижению скорости.
При переході на зону I керуючі імпульси знімаються з тиристорів плечей VI, V2, а на тиристори плечей V5, V6 подаються імпульси, регульовані по фазі.
Фаза керуючих імпульсів плечей V3-V6 при обертанні штурвала КМЕ в зоні I у напрямку до нуля змінюється від а = я- р до ар min. При зменшенні фази ар до я / 2 рекуперация припиняється, а прн подальшому зменшенні кута ар починається режим гальмування противовключением. Отр цьому тяговий двигун розвиває тяговий момент, що відповідає напрямку руху Назад, і електровоз починає споживати енергію з мережі.
На електровозі в режимі рекуперації при автоматичному регулюванні гальмівного зусилля передбачають трьох-Зонне регулювання напруги на виході ВІП, що працюють в інверторному режимі.