§ 47. Назначение и структурные схемы преобразователей

Преобразователи в силовых цепях электровозов и электропоездов используют для следующих целей: выпрямления переменного тока (выпрямители), преобразования постоянного тока в переменные (инверторы), импульсного регулирования напряжения (импульсные преобразователи), преобразования однофазного переменного тока в трехфазный и изменения частоты напряжения источника питания (преобразователи ПЧФ). Все эти преобразователи выполнены на полупроводниковых приборах (диодах и тиристорах). По типу применяемых полупроводниковых приборов преобразователи подразделяют на диодные, диодно-тиристор-ные и тиристорные, по системе охлаждения диодов и тиристоров с принудительным и естественным охлаждением. На э. п. с. зарубежных железных дорог (Швеции, Японии) применяют также жидкостные системы охлаждения.

На электровозе или электропоезде с диодным выпрямителем (рис. 129, а) напряжение, подаваемое через токоприемник трансформатором Т с групповым переключателем <3, понижается ступенями, выпрямителем 1Л1 преобразуется в постоянное и подается на тяговый двигатель М. Такую структурную схему имеют отечественные электровозы ВЛ60К; ВЛ80К и электропоезда ЭР9, ЭР9П и др.

Тиристорные преобразователи используют в качестве силовых управляемых выпрямителей или выпрямительно-инвер-торных агрегатов. Ступенчатое регулирование напряжения переменного тока в этом случае осуществляется переключением контакторов группового переключателя С (рис. 129, б). Выпрямительно-инверторный преобразователь 1112 плавно регулирует выпрямленное напряжение на тяговом двигателе М в тяговом и рекуперативном режимах. При тиристор-

ном регулировании напряжения, изменяя момент подачи отпирающих импульсов или угол регулирования, можно плавно менять среднее значение выпрямленного напряжения. Когда угол регулирования равен 180°, тиристор заперт, напряжение равно нулю. Затем этот угол плавно уменьшают от 180° до нуля, т. е. отпирающие импульсы подают все раньше и раньше. Когда импульсы будут подаваться в самом начале полупериода, т. е. угол регулирования будет равен нулю, выпрямитель работает как неуправляемый с наибольшим напряжением, равным среднему значению за весь полупериод.

В рекуперативном режиме для обеспечения независимого возбуждения тяговых двигателей контакторы КМ подключают тиристорный выпрямитель UZ3 к тяговому трансформатору Т. Структурная схема рис. 129, б применена на электровозе ВЛ60кр. На электровозах ВЛ80Р, чтобы повысить быстродействие регулирования напряжения, облегчить управление, снизить возникающие перенапряжения в силовой цепи, упростить защиту и повысить вентильную прочность преобразователей, применено плавное бесконтактное межступенчатое регулирование выпрямленного напряжения как в тяговом, так и в рекуперативном режимах. В структурной схеме электровоза ВЛвСР (рис. 129, в) в отличие от схемы рис. 129, б нет группового переключателя Q; его заменяют контакторы КМ.

По аналогичной схеме построены электровозы во Франции, Японии и ФРГ. За рубежом построены электровозы (шведские четырехосные электровозы переменного тока и др.) с плавным бесконтактным регулированием выпрямленного напряжения (рис. 129, г), где исключены и контакторы КМ, однако в связи с этим пришлось почти вдвое увеличить число тиристоров в преобразователях.

На электровозах ВЛ60ку, где применено плавное межступенчатое регулирова-

в)

ние выпрямленного напряжения, только в режиме тяги нет тиристорной установки и 13 (рис. 129, д). По схеме рис. 129, д выполнены некоторые электровозы и электропоезда в Англии. На электровозах ВЛ80Т, где применено ступенчатое регулирование напряжения переменного тока групповым переключателем С} и реостатное торможение с плавным регулированием тормозной силы при независимом возбуждении тяговых двигателей, установлены диодные 1121 и тиристорные 1)23 преобразователи (рис. 129, е).

На электровозах переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями (рис. 129, ж) последними управляют, регулируя частоту напряжения источника питания. Напряжение трансформатором Т понижают, переключая контакторы группового переключателя О. (ступенчатое регулирование) и изменяя угол отпирания тиристоров полууправляемого выпрямителя 1124 (плавное регулирование). Напряжение на выходе выпрямителя сглаживается фильтром 2 и подается на вход преобразователя 1125. Он преобразует постоянный ток в трехфазный и плавно изменяет частоту напря-

жения, подаваемого на тяговый двигатель, чем обеспечивается желаемая форма тяговой характеристики локомотива и необходимая его скорость движения. Такая схема примна на опытных электровозах ВЛ80а. По аналогичной схеме с асинхронными двигателями построены опытные электровозы В14/4 швейцарских железных дорог. Наличие промежуточного звена постоянного тока 1124 позволяет существенно уменьшить влияние гармонических составляющих реактивных токов и пульсаций нагрузки в цепях тяговых двигателей на систему электроснабжения.

По схеме рис. 129, з построены опытные электровозы ВЛ80В переменного тока с вентильными (синхронными) тяговыми двигателями независимого возбуждения. Напряжение на двигатели подается от полууправляемого моста 1126, преобразователь 1127 (преобразователь ПЧФ)'с тиристорами в выпрямительном и инверторном звеньях позволяет осуществлять поочередное питание фаз ста-торномотки.

Импульсные преобразователи (ИП) на электровозах и электропоездах постоян-

ного тока позволяют более экономично по сравнению с контакторно-реостатной системой управлять тяговыми двигателями в режиме как пуска, так и электрического торможения. При этих преобразователях меньше потери энергии в процессе пуска и разгона (исключены пусковые и тормозные резисторы); выше плавность пуска, меньше броски тока, шире диапазон регулирования скорости, меньше падение напряжения в контактной сети в процессе пуска и разгона. На э. п. с. магистрального транспорта и метрополитенов ИП применяют для регулирования сопротивлений пусковых и тормозных резисторов в цепях якорей и возбуждения тяговых двигателей (в этом случае тиристорный прерыватель включают параллельно резистору), а также для осуществления безреостатных пуска и разгона, регулирования скорости движения.

На э. п. с. постоянного тока с импульсными преобразователями возможно применять тяговые двигатели как постоянного тока, так и бесколлекторные многофазные переменного тока, вследствие чего различают системы постоянно-постоянного и постоянно-многофазного тока. При системе постоянно-постоянного тока (рис. 129, и) напряжение от токоприемника через фильтр 2 и импульсный преобразователь 1118 подается отдельными чередующимися импульсами на тяговый двигатель М. Регулирование напряжения осуществляется преобразователем 1118 путем изменения либо длительности (широтой) управляющих импульсов, либо их частоты. Первый из этих способов называют широтно-им-пульсным регулированием, а второй — частотно-импульсным. Возможно регулировать напряжение, изменяя и частоту, и ширину импульсов,— это так называемое частотно-широтное регулирование.

Систему постоянно-многофазного тока разделяют на две группы — с промежуточным звеном переменного тока и без него. В первом случае (рис. 129, к) постоянный ток инвертором 1Л9 преобразуется в переменный трехфазный промышленной частоты, затем трансформатор Т понижает его напряжение, и преобразователь 1Л10 преобразует этот ток

в многофазный регулируемой частоты. В качестве тяговых двигателей при этом можно использовать бесколлекторные тяговые двигатели.

В системе постоянно-многофазного тока без звена переменного тока (рис. 129, л) импульсным преобразователем 1118 регулируют напряжение, подводимое к инвертору 1125, от которого питается бесколлекторный многофазный тяговый двигатель с частотным управлением. Такая система вызвана тем, что при пуске локомотива должны быть весьма низкая частота и соответственно малое напряжение постоянного тока, подводимое к инвертору 1)15, чтобы были удовлетворительными параметры системы (высокие перегрузочная способность, к. п. д., коэффициент мощности и др.)

Схемы и устройство диодных и тирис-торных преобразовательных установок на различных электровозах и электропоездах могут иметь существенные принципиальные и конструктивные отличия, в соответствии с чем эксплуатация преобразователей также имеет специфические особенности, которые необходимо знать, чтобы можно было обеспечить надежную длительную работу э. п. с.

Предыдущая Оглавление Следующая