Назначение и принцип действия расщепителя фаз
 Скачать 56 Kb.
|
|
Назначение и принцип действия расщепителя фаз Расщепитель фаз предназначен для преобразования однофазного напряжения обмотки собственных нужд тягового трансформатора в трехфазную систему напряжения, для питания асинхронных двигателей электровоза. Расщепитель фаз представляет собой асинхронную машину, выполняющую одновременно функции однофазного двигателя и трехфазного генератора. Рассмотрим, как работает однофазный асинхронный двигатель. При питании его обмотки однофазным синусоидальным током возникает переменное синусоидальное магнитное поле. В неподвижном однофазном двигателе в отличие от трехфазного создается не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле, которое в течение одного полупериода имеет одно направление вдоль оси обмотки, а в течение другого — противоположное направление. Пульсирующее поле можно рассматривать как два поля вращающихся с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. Такое представление о пульсирующем поле справедливо для неподвижного двигателя. При питании однофазным током асинхронный двигатель с места не тронется, так как нет вращающегося поля. Однако, если ротор двигателя с помощью какой-либо посторонней силы запустить и придать ему частоту вращения, он будет продолжать вращаться. В этом случае поле вращающегося ротора гасит составляющую пульсирующего поля, вращающегося встречно по отношению к ротору. Другая составляющая поля движется в одном с ротором направлении, как у обычного асинхронного двигателя, и поддерживает его вращение. Так как однофазные асинхронные двигатели не развивают пускового момента и у них плохо используется мощность, то их не применяют для привода вспомогательных механизмов электровоза, но принцип их действия используют в расщепителях фаз. Расщепитель фаз работает как однофазный асинхронный двигатель на холостом ходу, получая питание от вторичной обмотки собственных нужд трансформатора. При этом вращающееся магнитное поле, образованное двигательной обмоткой и ротором, пересекает витки генераторной обмотки, и наводит в ней Э.Д.С., сдвинутую к напряжению обмотки вспомогательных цепей трансформатора. Необходимый сдвиг по фазе в генераторной обмотке обусловлен расположением этой обмотки на статоре под углом примерно 120° относительно двигательных обмоток. Таким образом, создается трехфазная система, у которой под напряжением находятся три выхода: c1 и с2 от обмотки собственных нужд трансформатора и один с3 от генераторной обмотки расщепителя фаз. Если присоединить трехфазный двигатель к этим трем выводам, то он начнет вращаться, и будет развивать необходимый момент для привода вспомогательного механизма – вентилятора или компрессора. При этом одна треть мощности образуется в генераторной обмотке расщепителя фаз, остальные две трети мощности потребляются вспомогательными машинами непосредственно из сети от вторичной обмотки собственных нужд трансформатора. Учебный вопрос № 2 Способы пуска расщепителей фаз На электровозах ВЛ85 в качестве расщепителя фаз используется обычный асинхронный двигатель без нагрузки на валу. Расщепитель фаз работает как однофазный асинхронный двигатель на холостом ходу, получая питание от вторичной обмотки собственных нужд трансформатора. Однако, асинхронный двигатель при питании его однофазным током с места не тронется, так как нет вращающегося поля. Осуществить пуск асинхронного двигателя (в нашем случае расщепитель фаз) питая его от однофазной сети можно подав на генераторную обмотку напряжение сдвинутое по фазе на некоторый угол относительно двигательных обмоток. Это можно осуществить с помощью конденсаторов. При включении двигательных обмоток расщепителя фаз на однофазное напряжение трансформатора (фазы С1 и С2) генераторная обмотка получает питание от фазы С2 через пусковой конденсатор, подключаемый на время пуска с помощью контактора. Из-за включения в цепь конденсатора ток генераторной обмотки оказывается сдвинутым по фазе на угол 90º, по сравнению с током в двигательных обмотках, и хотя при этом не образуется симметричной трехфазной системы токов, все же этого сдвига оказывается достаточно для разгона расщепителя фаз не имеющего нагрузки на валу. Когда напряжение между фазами С2 и С3 достигнет 300В, срабатывает реле напряжения (ПРН), и отключит пусковой контактор. После отключения контактора расщепитель фаз работает как однофазный асинхронный двигатель на холостом ходу, получая питание от вторичной обмотки собственных нужд трансформатора. При этом вращающееся магнитное поле, образованное двигательной обмоткой и ротором, пересекает витки генераторной обмотки, наводя в ней Э.Д.С., сдвинутую по фазе примерно на 120° по отношению к напряжению обмотки вспомогательных цепей трансформатора. Таким образом, создается относительно симметричная трехфазная система. При симметричной нагрузке мощность расщепителя фаз составляет одну треть мощности, потребляемой вспомогательными машинами электровоза, остальные две трети мощности потребляются вспомогательными машинами непосредственно из сети от вторичной обмотки собственных нужд трансформатора. Пуск расщепителя фаз без пускового конденсатора, а также работа с пусковым конденсатором после пуска являются опасными режимами и при длительности, более допустимой, становятся аварийными из-за чрезмерного перегрева обмоток статора. Достоинством конденсаторного пуска является то, что в случае выхода из строя расщепителя фаз его функции может взять на себя двигатель вентилятора, кроме того, при достаточной емкости пусковых конденсаторов можно вообще отказаться от расщепителя фаз. Такая схема применяется на электровозах ВЛ80тк и ЭП-1 Назначение и устройство тягового трансформатора Тяговый трансформатор ОНДЦЭ-10000/25-82УХЛ2 установленный на электровозе ВЛ85 предназначен для преобразования напряжения контактной сети в напряжение для питания тяговых двигателей, подключенные к вторичным обмоткам через полупроводниковые преобразователи, а также для питания цепей собственных нужд электровоза. Расшифровка условного обозначения тягового трансформатора. ОНДЦЭ-10000/25-82 УХЛ2 О – однофазный; Н – с регулированием напряжения под нагрузкой; Д – с принудительным воздушным дутьем Ц – с принудительной циркуляцией масла; Э – для электровозов; 10000 – номинальная мощность кВ•А; 25 – номинальное напряжение первичной обмотки кВ 82 УХЛ2 – вид климатического исполнения Тяговый трансформатор работает в сложных условиях; вибрация и толчки при движении электровоза, изменяющаяся нагрузка, перепады температур, короткие замыкания при неисправностях ТЭД и других аппаратов. В этих случаях на все части трансформатора действуют постоянно изменяющиеся механические, термические и электродинамические нагрузки, вызывающие ослабление крепления обмоток. Поэтому конструкция обмоток трансформатора должна иметь высокую механическую прочность. Чтобы обеспечить механическую прочность обмоток, применяют специальное автоматическое прессующее устройство. После тяжелых коротких замыканий требуется проводить ревизию трансформатора и всех его элементов. Тяговый трансформатор состоит из следующих основных частей: Бака, крышки, активной части (двухстержневого магнитопровода и обмоток с отводами), расширителя и охладительной системы. Бак заполняется трансформаторным маслом. В его нежней части расположены вентиль для слива и доливки масла и кран для взятия пробы масла. В нижней части бака имеются упоры для фиксации активной части в баке. На дне бака и торце швеллера расположены пробки для слива остатков масла. На стенках бака размещены термометр, манометр и крюки для подъема трансформатора. После установки бак надежно заземляют на корпус электровоза. Выемная часть трансформатора (керн) состоит из активной части и крышки. (может находится вне бака не более 7 часов) Магнитопровод шихтован из пластин электротехнической стали с прямым стыком в углах. Стяжку стержней производят бандажами из стеклоленты. Верхнее и нижнее ярма прессуют балками корытного сечения. Нижние балки одновременно являются камерами маслораспределения. Расположение обмоток концентрическое. В первом концентре установлена сетевая обмотка состоящая из двух половин соединенных последовательно и расположенных на каждая на своем стержне магнитопровода, намотанная на изоляционный цилиндр. Во втором концентре расположены тяговые обмотки. Тяговые обмотки намотаны на изоляционных цилиндрах. Обмотки возбуждения и собственных нужд расположены поверх тяговых обмоток. Для обеспечения постоянного усилия осевой стяжки обмоток применено специальное прессующее устройство, выполненное в виде наклонной штанги, один конец которой шарнирно укреплен в ярмовой балке, а другой связан с подвижным башмаком, расположенным на прессующем кольце. В башмак упирается пружина, стремящаяся сместить его и привести штангу в вертикальное положение. Такая конструкция обеспечивает практически постоянное усилие осевой стяжки. На крышке бака установлены скобы для подъема активной части (керна), расширитель, предназначенный для компенсации температурных колебаний уровня масла в баке. На расширителе смонтирован указатель уровня масла и селикагелевый осушитель воздуха с масляным затвором. Часть расширителя над поверхностью масла заполнена воздухом, который сообщается с атмосферой через отверстие в пробке. Кроме того, на крышке бака имеются вводы обмоток; сетевой, тяговых, возбуждения и собственных нужд. Соединение вводов с отводами обмоток и внешним монтажом выполнено гибкими медными шунтами. Система охлаждения масляно-воздушная. Состоит из радиаторных секций, обдуваемых воздухом от вентилятора, и электронасоса, который обеспечивает циркуляцию масла через обмотки и радиаторы. Это позволяет улучшить условий теплоотдачи по сравнению с теплоотдачей при естественном охлаждении. Кроме того, трансформаторное масло обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому между обмотками и другими деталями его активной части расстояния могут быть значительно меньшими, чем при отсутствии масла. К маслу предъявляются особые требования, в нем не должно быть механических примесей и воды. Изоляционные свойства масла характеризуют пробивным напряжением, которое должно составлять в эксплуатации 30 кВ/мм, а для нового масла не менее 35 кВ/мм. Температура вспышки масла равна +135° С, а застывания около –55° С. При температуре масла ниже –15°С маслонасос необходимо выключить. В трансформатор заливается трансформаторное масло Т-750 с температурой застывания –55° С и температурой вспышки не менее 135° С. Допускается содержание посторонних примесей не более 0,007%. Влага не допускается. При очередном текущем ремонте проверяется сопротивление изоляции обмоток и отбирается проба масла для проверки на электропрочность, кроме того, раз в 4 месяца при очередном текущем ремонте отбирается проба на полный анализ масла. Вместимость расширителя устанавливают исходя из необходимости, обеспечить постоянное заполнение бака маслом при любых возможных нагрузках трансформатора и колебании наружной температуры воздуха от –60° С до +40° С. В процессе работы трансформатора в его обмотках и стальных стержнях магнитной системы происходят потери мощности, которые выделяются в виде тепла. Наибольшие допускаемые температуры: Максимальная температура обмоток 95° С. Максимальная температура масла (в верхних слоях) 90° С Допускается работа при температуре масла (не более двух часов) 95°С Трансформатор допускает перегрузки по сравнению с номинальным выпрямленным током – 30% в течение 2 часа, 60% в течение 45 мин. Промежуток времени между двумя перегрузками должен составлять не менее 3 часов. Такие условия вполне отвечают требованиям эксплуатации электровоза, тяговые двигатели которого, как правило, работают с изменяющимися нагрузками. Учебный вопрос № 2 Способы регулирования напряжения путем переключения секций вторичных обмоток трансформатора Для регулирования скорости движения поезда в режиме тяги требуется изменять напряжение питания тягового электродвигателя. Это можно осуществить несколькими способами. Один из способов изменения напряжения питания тяговых двигателей применяемый на отечественных электровозах переменного тока, это изменение коэффициента трансформации тягового трансформатора, путем изменения количества витков вторичной обмотки. Для этого вторичная обмотка тягового трансформатора разделена на секции, от которых имеются выводы на крышку трансформатора. Подключая выпрямительную установку к различным выводам, мы ступенчато изменяем напряжение на тяговом двигателе. Для того чтобы относительно плавно изменять напряжение таким способом, необходимо чтобы напряжение каждой секции было как можно меньше, но это усложняет устройство трансформатора и переключающих аппаратов. Для упрощения конструкции применяют встречное и согласное включение секций вторичной обмотки, что позволяет в два раза уменьшить количество выводов и переключающих аппаратов. При согласном включении секций вторичной обмотки, когда конец первой обмотки соединяется с началом второй, общее напряжение будет равно сумме напряжений двух обмоток. При встречном включении секций вторичной обмотки, когда конец первой обмотки соединяется с концом второй, общее напряжение будет равно разнице напряжений двух обмоток. Такой способ регулирования напряжения применяется на электровозах типа ВЛ80т, ВЛ80с. Этот способ сложен и имеет ряд недостатков. На электровозах с плавным регулированием напряжения, встречное соединение секций вторичной обмотки трансформатора не применяется. При этом в пределах одной зоны регулирования напряжение плавно изменяется с помощью выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП). После того как выбрано полное напряжение зоны регулирования, происходит переход на другие вывода трансформатора путем открытия соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Более подробно работа ВИП будет рассмотрена далее. |