Заказ № 1608266 Конструкция, тех. обслуживание и ремонт подвижно. Задание 16 Описать назначение и конструкцию выпрямительных и выпрямительноинверторных преобразователей эпс. Привести поясняющие эскизы
 Скачать 210.54 Kb.
|
СодержаниеЗадание 16 Описать назначение и конструкцию выпрямительных и выпрямительно-инверторных преобразователей ЭПС. Привести поясняющие эскизы 1 Задание 19 Пояснить назначение и описать конструкцию буксового заземляющего устройства электрической цепи ЭПС (любого типа). Привести поясняющий эскиз. 14 Задание 49 Указать назначение и описать конструкцию, привести схему включения защитного вентиля электровоза. 16 Задание 56 Упрощенная схема соединения тяговых двигателей и резисторов ослабления возбуждения. Сопротивление катушек главных полюсов тягового двигателя R гп1-Rгп2 =0,00482 Ом 19 Список литературы 20 Задание 16 Описать назначение и конструкцию выпрямительных и выпрямительно-инверторных преобразователей ЭПС. Привести поясняющие эскизыПреобразователи 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-тиристорные и тиристорные, по системе охлаждения диодов и тиристоров с принудительным и естественным охлаждением. На электровозе или электропоезде с диодным выпрямителем напряжение, подаваемое через токоприемник трансформатором с групповым переключателем, понижается ступенями, выпрямителем преобразуется в постоянное и подается на тяговый двигатель. Такую структурную схему имеют отечественные электровозы ВЛ60К; ВЛ80К и электропоезда ЭР9, ЭР9П и др. Тиристорные преобразователи используют в качестве силовых управляемых выпрямителей или выпрямительно-инверторных агрегатов. Ступенчатое регулирование напряжения переменного тока в этом случае осуществляется переключением контакторов группового переключателя. Выпрямительно-инверторный преобразователь плавно регулирует выпрямленное напряжение на тяговом двигателе в тяговом и рекуперативном режимах. При тиристорном 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 подключают тиристорный выпрямитель к тяговому трансформатору. 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 ВЛ80Р нет группового переключателя; его заменяют контакторы. На электровозах ВЛ60ку, где применено плавное межступенчатое регулирование. На электровозах переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями последними управляют, регулируя частоту напряжения источника питания. Напряжение трансформатором понижают, переключая контакторы группового переключателя (ступенчатое регулирование) и изменяя угол отпирания тиристоров полууправляемого выпрямителя (плавное регулирование). Напряжение на выходе выпрямителя сглаживается фильтром и подается на вход преобразователя. Он преобразует постоянный ток в трехфазный и плавно изменяет частоту напряжения, подаваемого на тяговый двигатель, чем обеспечивается желаемая форма тяговой характеристики локомотива и необходимая его скорость движения. Импульсные преобразователи (ИП) на электровозах и электропоездах постоянного 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 напряжение от токоприемника через фильтр и импульсный преобразователь подается отдельными чередующимися импульсами на тяговый двигатель. Регулирование напряжения осуществляется преобразователем путем изменения либо длительности (широтой) управляющих импульсов, либо их частоты. Первый из этих способов называют широтно-импульсным 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 постоянный ток инвертором преобразуется в переменный трехфазный промышленной частоты, затем трансформатор понижает его напряжение, и преобразователь 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 импульсным преобразователем регулируют напряжение, подводимое к инвертору, 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, чтобы были удовлетвори-тельными параметры системы (высокие перегрузочная способность, к. п. д., коэффициент мощности и др.) Схемы и устройство диодных и тиристорных 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. На электровозах и электропоездах применяют в силовых цепях диодные, тиристорные и диодно-тиристорные выпрямители, выполненные по однофазным двухполупериодным мостовым схемам выпрямления, а в цепях питания обмоток возбуждения тяговых двигателей, вспомогательных цепях и цепях управления — по однофазным двухполупериодным схемам с нулевым выводом, мостовым и мостовым трехфазным с нулевым выводом. В выпрямителе, выполненном по схеме выпрямления с нулевым выводом, чтобы снизить пульсации выпрямленного напряжения, стремятся удвоить число фаз, для чего на обмотке трансформатора делают нулевой вывод. При этом напряжения крайних выводов относительно нулевого вывода образуют двухфазную систему. Конструкция преобразователей: Полупроводниковые диоды и тиристоры, аппаратура защиты и сигнализации, вспомогательное оборудование смонтированы на изоляционных панелях в металлических шкафах обычно прямоугольной формы. В преобразовательных установках э.п.с. диоды и тиристоры чаще всего соединяют последовательно-параллельно (рис.1).  Рис 1 Схемы преобразователей. Необходимо, чтобы предельные параметры вентилей были одинаковые и имели малый разброс вольтамперных характеристик. Основным условием надежной работы является повышение с некоторым запасом предельных токов и напряжений вентилей над расчетными в плечах преобразователей. С учетом коэффициентов, определяемых условиями эксплуатации, число параллельно включенных вентилей в плече. Из-за малой постоянной времени нагревания структуры полупроводникового прибора за расчетный ток для грузовых электровозов переменного тока принимают максимальный ток при максимальной силе тяги по сцеплению (при коэффициенте сцепления φ = 0,36) для скорости движения v = 0 с продолжительностью перегрузки 10—20 с. Для пассажирских электровозов и электропоездов за расчетный принимают ток уставки защиты от перегрузки с некоторым запасом по отношению к толчкам тока при пуске. Перегрузки полупроводниковых приборов, превышающие предельные токи, а также токи при внутренних и внешних коротких замыканиях в цепях преобразователей при несовершенной защите могут вызвать нарушение их внутренней структуры и потерю электрической прочности. Это приводит к развитию аварийного режима с тяжелыми последствиями. Так как электрическая прочность этих приборов не восстанавливается, они не пригодны для ремонта. К тому же приводят повреждения и пробой изоляции в цепях преобразователя вследствие коммутационных и атмосферных перенапряжений при несовершенной защите. При параллельном соединении диодов заметная неидентичность прямых ветвей вольтамперных характеристик приводит к перегрузке диодов, обладающих меньшей потерей напряжения от прямого тока. В случае последовательного соединения полупроводниковый прибор с меньшим обратным током воспринимает перенапряжения в большей степени, чем остальные. Для распределения обратных напряжений, приходящихся на каждый нелавинный диод или тиристор, применяют шунтирующие резисторы, а для гашения перенапряжений, возникающих при коммутации тока, — контуры. Если применены лавинные диоды, то с ростом напряжения в цепи последовательно соединенных диодов возрастает обратный ток. Вначале напряжение воспринимается одним диодом; дальнейший рост обратного тока не вызывает увеличения напряжения на нем, а приводит к увеличению напряжения на других, и происходит выравнивание напряжения. Поэтому при последовательно-параллельном соединении лавинных диодов можно не применять резисторы и контуры. В преобразователях применяют штыревые и таблеточные диоды и тиристоры, в таблеточных диодах и тиристорах в отличие от штыревых кремниевый элемент не припаивают к основанию, а прижимают верхним и нижним основаниями при сборке на заводе-изготовителе. Положение кремниевого элемента внутри корпуса фиксируется втулкой из изоляционного материала. Применение прижимных контактов для соединения силовых выводов с кремниевым элементом уменьшает механические напряжения, возникающие в нем при резких повышениях температуры, что существенно повышает стойкость полупроводникового прибора к значительным токовым перегрузкам.  Рис. 2 Преобразователи ВУК-4000Т-02 (а) электровозов ВЛ80С, УВП-3 (б) и система вентиляции подвагонного электрооборудования на моторных вагонах электропоездов ЭР9П (в): 1 — каркас, 2 — диод штыревой конструкции, 3 и 4 — шины соединительные, 5 — охладитель, 6 — крышка, 7 — фильтры; 8 — вентилятор; 9 — вал расщепителя фаз; 10— выпрямительная установка УПВ-3; — сглаживающий реактор, 12— охладитель масла, 13— тяговый трансформатор; 14 — насос для масла трансформатора На электровозах ВЛ80К ВЛ80Т и ВЛ80С каждый силовой выпрямитель выполнен в виде двух шкафов прямоугольной формы и может работать только с принудительным воздушным охлаждением (рис 2 а). В каждом шкафу размещены диоды, собранные в блоки (панельное расположение), которые закреплены на электроизоляционных панелях. Для удобства замены диоды по значению прямого падения напряжения разбиты на подгруппы (обычно две), каждая из которых имеет свою маркировку (0,52; 0,53, 0,54 В — цвет черный, 0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В — цвет белый). Выпрямительная установка возбуждения электровозов ВЛ80Т и ВЛ80С состоит из двух блоков. Каждый блок расположен на панели, где смонтированы тиристоры с охладителями, индуктивные делители для выравнивания токов в параллельных ветвях, резисторы, конденсаторы, диоды, импульсный трансформатор, предохранитель, блок управления и остальные элементы. Охладители закрыты стеклопластовым желобом, через который нагнетается охлаждающий воздух. Панель закреплена на шести изоляторах. Выпрямительно-инверторный агрегат ВИП2-2200М выполнен в виде сварного каркаса из профильной стали, в котором крепятся различные блоки и элементы. С лицевой и обратной стороны сварного каркаса из профильной стали установлены одинарные и двойные тиристорные блоки. Сбоку и в центре смонтированы блоки выравнивания напряжения, индуктивные делители тока, а в верхней части — выемные кассеты предварительного и выходного каскадов блока формирования импульсов (БФИ) и импульсные трансформаторы. Блоки тиристоров крепят в ВИП болтами; для удобства монтажа и демонтажа они снабжены ручками. Аналогичную конструкцию имеют и выпрямители электровозов ВЛ60К, ЧС4 и ЧС4Т. На электропоездах ЭР9П, ЭР9М применяют выпрямительные установки УВП-1 и УВП-3 с принудительным воз-душным охлаждением и на электропоездах ЭР9Е — выпрямители УВП-5 само-вентилирующиеся; и те, и другие расположены под кузовом. Выпрямительные установки УВП-1 и УВП-3 (рис. 2 б) размещены в пылебрызгонепроницаемой камере, имеющей две съемные крышки с резиновыми уплотнениями Охладители диодов расположены так, что после установки блоков они образуют канал для охлаждающего воздуха. Гибкие выводы диодов и зажимы охладителей находятся снаружи и доступны для осмотра. С одной стороны выпрямителей расположены панели с выводами переменного тока, с другой — панели с выводами постоянного тока. Выпрямитель УВП-5 конструктивно выполнен с односторонним обслуживанием. Внутри его камеры на четырех групповых алюминиевых охладителях смонтированы лавинные таблеточные диоды. Для удобства предусмотрено шарнирное крепление групповых охладителей. Наружные поверхности групповых охладителей выполнены ребристыми и имеют устройства для направления встречного потока воздуха. Фактическая средняя скорость охлаждающего воздуха между ребрами группового охладителя УВП-5 при скорости электропоезда 40—100 км/ч изменяется соответственно от 3 до 10 м/с. Применение УВП-5 с циклоустойчивыми таблеточными вентилями и самовентиляцией позволяет увеличить срок службы преобразователя и уменьшить расходы, связанные с обслуживанием выпрямителей и системы фильтров принудительного воздушного охлаждения, воздуховодов вентиляции подвагонного электрооборудования и др. Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) предназначен в режиме тяги для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавного регулирования напряжения, в режиме рекуперативного торможения для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и плавного регулирования э. д. с. инвертора. Технические данные ВИП следующие: Номинальный выпрямленный ток, А.............1760 Номинальное выпрямленное напряжение, В..........1250 Наибольшее значение тока в течение 15 мин, А...... 3100 К.п.д., %........................ 98 Габаритные размеры блока, мм: ширина..........................2100 глубина ........................ 1015 высота............. ...........1590 Масса блока, кг......................1700 Охлаждение.......................воздушное принудительное Конструкция и принцип действия. В комплект, предназначенный для установки на электровоз, входят четыре выпрямительно-инверторных блока с системой формирования импульсов и блок конденсаторов. Силовая часть ВИП имеет восемь плеч (рис. 3). ВИП комплектуют тиристорами Т2-320-323-02 и Т2-320-333-02, плечи 1, 2, 5, 6, 7, 8 - тиристорами 15-го класса, а плечи 3, 4 - 14-го. Каждое плечо состоит из семи параллельных ветвей. Плечи 5, 6 имеют по два, а плечи 1, 2, 3, 4,7, 8 - по три последовательно соединенных тиристора. Для обеспечения равномерного распределения напряжения по последовательно соединенным тиристорам используют шунтирующие резисторы, а для снятия внутренних коммутационных перенапряжений параллельно шунтирующим резисторам подключают цепочки 1^С (блоки БВН). Равномерное распределение тока по параллельным ветвям тиристоров достигается благодаря применению индуктивных делителей, а также подбором последовательно соединенных тиристоров по суммарному падению напряжения при двух значениях тока: предельном и 0,25 предельного. Силовая схема ВИП предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения. Очередность открытия плеч ВИП в выпрямительном (тяга) и инверторном (рекуперация) режимах определяется алгоритмом работы системы управления преобразователями электровоза (БУВИП), приведенном в табл. 1. БУВИП формирует и в соответствии с заданным алгоритмом распределяет по плечам всех четырех ВИПов изменяемые по фазе управляющие импульсы, запускающие систему формирования импульсов (СФИ ВИП), которая в свою очередь формирует и распределяет по тиристорам управляющие импульсы требуемых параметров с заданной фазой и в заданной алгоритмом последовательности.  Рис. 3. Упрощенная силовая схема электровоза Таблица 1 – Алгоритм работы ВИП  Тяговый режим. В зоне I (работает секция II вторичной обмотки трансформатора, см. рис. 4) регулирование выпрямленного напряжения производится открытием тиристоров плеч 3, 5 в момент α0 (рис. 5), а плеч 4 и 6 - в момент, соответствующий регулируемому углу. Здесь α0 - наименьший допустимый угол открытия тиристоров в начале каждого полупериода напряжения, равный (9±1)° (фаза управляющего импульса). При искаженной форме напряжения в контактной сети значение α0 корректируется 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 включении ВИП в работу в полупериод, когда э. д. с. тягового трансформатора направлена справа налево (см. рис. 4), тиристоры плеча 3 открываются в момент α0.  Рис. 4. Диаграммы выпрямленного напряжения при регулировании в зонах I (а) и IV (б) в тяговом режиме 6 - в момент αР. Длительность управляющего импульса, не перекрывает разницы в фазах α0 и αР, и к моменту подачи ар на тиристоры плеча 6 тиристоры плеча 3 закроются, контур для прохождения тока не образуется. Чтобы избежать такого явления в следующий полупериод, когда э. д. с. тягового трансформатора направлена слева направо, на тиристоры плеча 5 сигнал управления подается дважды. Поскольку каждым выходным усилителем кассеты БВУ-428 может формироваться только один импульс, то другой импульс с фазой αР подается на тиристоры плеча 5 другим усилителем, обозначенным в табл. 1. 5° (плечи преобразователя на схеме рис. 3 и соответствующие выходные усилители аппаратуры БУВИП обозначены одним и тем же порядковым номером). Нормальная работа схемы в зоне I начинается с момента подачи управляющих импульсов в αР одновременно на тиристоры плеч 4 и 5, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке после завершения коммутации тока с плеча 6 на плечо 4. В последующий полупериод при подаче на тиристоры плеча 3 управляющих импульсов в а0 они открываются, после чего происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристоры плеча 3. Энергия, запасенная в цепи выпрямленного тока за время коммутации ур (до открытия плеча 6), разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч 4, 3, сглаживающий реактор, тяговый двигатель. При открытии тиристоров плеча 6 в αР происходит коммутация тока с тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6, и далее ток нагрузки проводят тиристоры плеч 3 и 6. В следующий полупериод в момент а0 открываются тиристоры плеча 5, закрываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры плеча 5, 6, сглаживающий реактор, тяговый двигатель. Таким образом происходит чередование использования тиристоров в качестве нулевых вентилей; один полупериод - плечи 3, 4, второй - 5, 6, что позволяет не усиливать по току эти плечи преобразователя, работающие в зоне I регулирования. В зоне II выпрямленное напряжение увеличивается, а регулирование осуществляется за счет изменения фазы открытия тиристоров плеч 1, 2. При этом плечи 5, 6 открываются в момент α0, а плечи 3, 4 - в момент α0з, т. е. управляющий импульс задерживается на время коммутации в контуре плеч 1, 2, 5, 6. В зоне III производится перевод нагрузки с секций I, II трансформатора на равновеликую по напряжению секцию III. Для сохранения направления тока в обмотке трансформатора при переводе нагрузки на секцию III должна быть изменена полярность плеч, для чего на плечи 5, 6 управляющие импульсы с момента перехода подаются от других выходных усилителей (5', 6') в полупериод противоположной полярности. В зоне IV регулирования в работу вводятся тиристоры плеч 1 и 2 изменением угла открытия αР при этом выпрямленное напряжение увеличивается. Как видно из описания, аппаратура управления ВИП (БУВИП) предусматривает при работе в зонах II, III и IV автоматическую задержку управляющих импульсов αР, подаваемых на тиристоры плеча в контуре с меньшим напряжением до окончания тока в контуре с большим напряжением. Режим открытия плеч импульсами αР во время коммутации тока, при которой напряжение на обмотке трансформатора на все время коммутации в обоих контурах резко снижается, опасен тем, что напряжение может оказаться недостаточным для уверенного открытия тиристоров. Поэтому управляющий импульс, поданный в этот момент, может прекратиться прежде, чем ток во всех тиристорах плеча достигнет тока удержания, и нагрузку возьмут не все тиристоры плеча, что может привести к недопустимой перегрузке отдельных тиристоров. При уменьшении напряжения на тяговых двигателях последовательность работы преобразователей и аппаратуры управления обратная изложенной выше. |