содержание   ..  10  11  12   ..

2.2.

Основные элементы силовой цепи электроподвижного состава переменного тока

Силовая электрическая цепь и электрическая схема. В силовой цепи э.п.с. переменного тока (рис. 2.10) имеется ряд аппаратов, которые выполняют те же функции, что и на э.п.с. постоянного тока. Это токоприемник Тп, линейные контакторы ЛК1, ЛК2, контакторы реверсора П1-П8 и ослабления возбуждения Ш1, Ш2. На э.п.с. переменного тока приходится еще понижать напряжение контактной сети трансформатором Т и затем выпрямлять его выпрямителем VD1-VD4. Рассмотрим основные элементы этой схемы.

Рис. 2.10. Упрошенная схема силовой цепи э.п.с. переменного тока с выпрямителем

Главный выключатель ГВ предназначен для автоматического отключения силовой цепи электровоза от контактной сети 25 кВ при коротких замыканиях, а также для предварительного размыкания силовой цепи перед опусканием токоприемника.

Трансформатор Т понижает напряжение контактной сети 25 кВ до значения, на которое рассчитаны тяговые электродвигатели (обычно около 1000 В). Первичная АХ и вторичные (а1-х1; 1-01; СН; ОТ) обмотки трансформатора (рис. 2.11,а) размещены на шихтованном сердечнике, набранном из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 мм, обладающей хорошими магнитными свойствами. Для снижения потерь от вихревых токов листы стали имеют лаковое покрытие. Один конец первичной обмотки, обозначенный А, подключен к контактному проводу через токоприемник и главный выключатель. Другой конец, обозначенный X, через заземляющее устройство соединен с колесными парами электровоза, а через них с рельсами.

Для обеспечения хорошей электрической изоляции обмоток трансформатора, защиты их от загрязнения и увлажнения, а также для улучшения отвода тепла, выделяющегося в обмотках и магнитном сердечнике при работе трансформатора, стальной сердечник вместе с закрепленными на нем обмотками погружен в стальной бак, заполненный трансформаторным маслом, которое обладает хорошими

электроизоляционными свойствами и высокой теплопроводностью. Трансформатор снабжен масляным насосом, который обеспечивает циркуляцию нагретого масла и охлаждение его в специальных трубчатых радиаторах (теплообменниках).

Трансформаторы электровозов (рис. 2.12) имеют мощность 40006000 кВА и их общая масса достигает 8-12 т. Трансформаторы моторных вагонов электропоездов имеют мощность около 1000 кВА и массу 3,5 т. На последних моделях электровозов трансформатор подвешивают снизу на раме кузова (ЭП200), как на моторных вагонах.

На электровозах ЧС4 и ЧС8 изменение коэффициента трансформации осуществляется изменением числа витков первичной обмотки. Ток первичной обмотки значительно меньше, чем ток вторичной обмотки, но соответствующий переключатель на первичной стороне трансформатора работает под высоким напряжением, что сильно осложняет его конструктивное исполнение.

Выпрямитель VD1-VD4 предназначен для преобразования переменного тока от вторичной обмотки трансформатора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей. Выпрямитель состоит из полупроводниковых приборов - диодов или тиристоров. Диод - это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от направления тока или от полярности приложенного к прибору напряжения (рис. 2.13,а). В этом случае сопротивление диода близко к бесконечности. Такое состояние прибора называют непроводящим или закрытым. При противоположной полярности (рис. 2.13,б) сопротивление диода резко снижается и стремится к нулю. При этом через диод протекает ток в направлении, указанном стрелкой. Такое состояние диода называют проводящим, или открытым. Выпрямитель преобразует переменное напряжение и2 в постоянное ud (рис. 2.13,в).

Рассмотрим конструкцию простейшего силового полупроводникового прибора - диода (рис. 2.14,а,б). В герметическом корпусе прибора 2, имеющем форму таблетки, находится круглая пластина 7 из специально обработанного кремния диаметром 25-35 мм и толщиной 0,35-0,5 мм. Для электрического соединения с другими элементами силовой цепи прибор имеет силовые выводы (анод 5 и катод 3) и кроме того, у тиристора имеется управляющий электрод 4. При протекании тока проводящего направления в кремниевой пластине и контактах прибора выделяется тепло. Чтобы не допустить перегрева кремниевой пластины выше предельно допускаемой температуры плюс 125°С, полупроводниковый прибор снабжают алюминиевыми охладителями 6 и 1 с оребрением.

В зависимости от диаметра кремниевой шайбы, температуры воздуха и скорости его движения у поверхности охладителей диод может пропускать ток от 300 до 1200. А. Напряжение, выдерживаемое диодом в непроводящем направлении, также зависит от свойств кремниевой пластины и обычно составляет 1400-2800 В. Если напряжение вторичной обмотки трансформатора превышает номинальное обратное напряжение диода, то применяют последовательное соединение нескольких диодов. Аналогично, если потребляемый ток превышает номинальное значение тока диода, то соединяют параллельно несколько ветвей с диодами. Поэтому обычно, выпрямители электровозов и электропоездов могут содержать большое число диодов, соединенных последовательно и параллельно.

Выпрямитель (см. рис. 2.10) состоит из четырех полупроводниковых приборов VD1-VD4 и работает следующим образом. Пусть в какой-то момент времени ЭДС и напряжение вторичной обмотки трансформатора имеют направление, указанное сплошной стрелкой. При этом VD1 и VD3 пропускают ток, VD2 и VD4 закрыты. Если же ЭДС вторичной обмотки трансформатора имеет направление, указанное штриховой стрелкой, то функции всех диодов изменяются на противоположные. В результате этого переменное синусоидальное напряжение преобразуется в пульсирующее напряжение (рис. 2.13,в), которое затем подводится к тяговым двигателям.

Скоростные характеристики тягового электродвигателя при питании от выпрямителя на э.п.с. переменного тока имеют более крутую форму, чем на э.п.с. постоянного тока, где тяговый электродвигатель питается непосредственно от контактной сети со стабильным напряжением.

Управляемый выпрямитель выполняет функции не только выпрямления напряжения, но и регулирования его значения. На новых электровозах и электропоездах переменного тока применяют управляемые полупроводниковые приборы - тиристоры. По внешнему виду тиристор аналогичен диоду, но отличается от него наличием управляющего электрода. При действии обратного напряжения тиристор, как и диод, находится в непроводящем состоянии (рис. 2.16,а). При изменении полярности напряжения (рис. 2.16,б) тиристор в отличие от диода остается в закрытом состоянии. Чтобы перевести его в проводящее состояние, необходимо кратковременно приложить напряжение 5-10 В между управляющим электродом и катодом (рис. 2.16, в). Для включения тиристора достаточно кратковременного управляющего импульса длительностью около 0,001 с. Чтобы выключить тиристор, находящийся в проводящем состоянии, необходимо кратковременно обесточить его на время 100-200 мкс.
 

Преобразователь на тиристорах может работать также в режиме инвертирования, т.е. обратного преобразования постоянного тока в переменный. Этот режим используют для рекуперативного торможения, когда энергию постоянного тока от тяговых машин, работающих в генераторном режиме передают через инвертор и трансформатор в контактную сеть переменного тока.

содержание   ..  10  11  12   ..