ПЗ новое (1218705), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В тяговом режиме при непрерывном токе угол открытия тиристоров α(рисунок1.2, а) всегда меньше π/2, т. е. используется та часть периода, в тече­ние которой напряжение трансформатора положительно и среднее напря­жение его также положительно.Суменьшением угла αнапряжение трансформатора увеличивается, а с увеличением его уменьшается. В мо­мент, когда α = π/2 (половина полупериода), среднее напряжение транс­форматора равно нулю. При угле открытия, большемπ/2,оно становится отрицательным (рисунок1.2,б) — это и есть начало инвертирования; выпол­няется необходимое условие режима рекуперации. По мере дальнейшего возрастания угла открытия увеличивается отрицательное напряжение трансформатора, что при неизменном напряжении двигателя вызывает уменьшение тока рекуперации. И наоборот — при уменьшении угла от­крытия увеличивается ток рекуперации.

Рисунок 1.2– Кривые напряжения трансформатора в режимах тяги (а) и рекуперативного торможения (б)

Обобщая изложенное, можно сформулировать условия для перехода на рекуперативное торможение: необходимо, чтобы тяговые двигатели были переведены в генераторный режим на независимом возбуждении, изменены полярность ЭДС двигателей и порядок открытия тиристорных плеч преобразователя.

Для обеспечения надежной работы инвертора и соответственно устой­чивого режима рекуперативного торможения ток рекуперации и угол от­крытия тиристоров не должны превышать определенных значений, при которых процесс коммутации (переход работы инвертора с одних венти­лей на другие) должен заканчиваться в пределах данного полупериода, т. е. до перехода кривой напряжения трансформатора через нуль.

Для более простого объяснения процессов рекуперации на электрово­зах переменного тока кривые напряжения на рисунке1.2, а и б показаны в пред­положении, что коммутация токов в вентилях происходит мгновенно, т. е. продолжительность ее равна нулю. Из рисунка 1.2 следует, что с помощью ти­ристоров выпрямительно-инверторного преобразователя из синусоиды напряжения трансформатора «можно взять» ту часть, которая и по на­правлению, и по величине соответствует напряжению, необходимому для работы в заданном режиме. Так, при малых значениях угла открытия ти­ристоровα(смотри рисунок1.2, а) среднее выпрямленное напряжение U_cpположи­тельно (тяговый режим). Чем меньше α, тем большеU_cp.При углах от­крытия, больших π/2, среднее напряжение получается отрицательным. Чем больше α, тем больше отрицательное значение U_ср (смотририсунок1.2, б). Для рекуперации необходимо, чтобы оно было отрицательным и направлено против ЭДС двигателей.

На электровозах постоянного тока регулирование режима рекупе­рации осуществляется только изменением ЭДС двигателей, а на элек­тровозах переменного тока — еще и изменением среднего напряже­ния трансформатора, что расширяет диапазон скоростей движения и мощности рекуперации. Рекуперативное торможение на электровозах переменного тока возможно до полной остановки поезда.

В действительности коммута­ция вентилей не может происхо­дить мгновенно; угол коммутации γ всегда больше нуля и при прочих равных условиях пропорционален индуктивности трансформатора и току рекуперации.

Во время рекуперации в первый полупериод (смотри рисунок 1.1, б и рисунок1.3) в течение времени от 0 до t₁ открыты и работают тиристоры 2 и 3. Тирис­торы 1 и 4 до момента t₁должны быть закрыты; при случайном от­крытии, например, тиристора 1 образуется цепь короткого замыкания от двигателя через два последовательно соединенных тиристора 2 и 1. Ана­логичной будет ситуация и при случайно открывшемся тиристоре 4.

Рисунок 1.3 – Кривые напряжения трансформатора и тока в режиме инвертирования при полном сглаживании тока двигателей: α– угол открытия тиристоров; γ – угол коммутации; δ – угол запаса

Как уже отмечалось, в режиме рекуперации направление ЭДС двига­теля совпадает с направлением тока; это значит, что двигатель является источником электроэнергии. Приемник энергии — вторичная обмотка трансформатора, в которой ток большую часть времени направлен про­тив напряжения в ней. Тиристоры выпрямительно-инверторного преоб­разователя (ВИП) в режиме рекуперации открываются при положитель­ном напряжении трансформатора, но остаются открытыми при преиму­щественно отрицательном напряжении вторичной обмотки (смотри рисунок1.2, б).

Для надежной работы инвертора необходимо, чтобы до момента t₃(смотри рисунок1.3), когда меняется направление напряжения трансформатора (оно совпадает с направлением ЭДС двигателя), тиристор 3 (смотри рисунок1.1) должен быть закрыт. Иначе образуется короткозамкнутая цепь, в которой действует суммарное напряжение двигателя и трансформатора: дви­гатель, тиристор 2, трансформатор, тиристор 3, двигатель. Закрыть ти­ристор 3 после момента t₃ уже невозможно, ток будет возрастать. Этот тяжелый аварийный режим называется опрокидыванием инвертора. Не­обходимо обеспечить закрытие тиристоров до конца полупериода с уг­лом запаса δ. Чтобы не допустить опрокидывания инвертора, необходи­мо иметь угол запаса, превосходящий время восстановления тиристора после его закрытия.

Осуществить своевременное закрытие тиристоров 2 к 3 достаточно просто. Для этого нужно ток вэтихтиристорах с помощью направленного против него напряжения трансформатора уменьшить до нуля. Как это сде­лать? При рекуперации напряжение трансформатора хотя и направлено против тока в тиристорах 2 и 3 (смотри рисунок 1.1, б), но ток не спадает: он поддер­живается напряжением рекуперирующих двигателей. Чтобы закрыть эти тиристоры, в конце полупериода необходимо открыть тиристоры 4 и 1. При этом начнется процесс коммутации, во время которого четырьмя от­крытыми вентилями замкнуты накоротко и двигатели, и обмотки транс­форматора.

Под действием напряжения u в контуре — трансформатор, тиристор 1, тиристор 3 — происходит нарастание тока в тиристоре 1 и уменьшение его в тиристоре 3. При снижении тока до нуля тиристор 3 закроется. Од­новременно также протекает процесс и в контуре — трансформатор, ти­ристор 4, тиристор 2, где закрывается вентиль 2. После этого от момента t₁до момента t₃ (смотри рисунок1.3) ток рекуперации идет от двигателя через тиристор 4, обмотку трансформатора, в которой направление уменьшаю­щегося напряжения совпадает с направлением напряжения двигателя. Однако это неопасно, так как интервал времени невелик: он определяет­ся необходимым углом запаса δ. В точке t₃ направление напряжения трансформатора хотя и меняется, но ток рекуперации под воздействиемнапряжения двигателя и ЭДС самоиндукции цепи не преры­вается и не меняет направления.Во второй полупериод про­цесс протекает аналогично.

Следует отметить характер­ную особенность процесса ре­куперации на электровозах пе­ременного тока. Несмотря на то, что энергия от электровоза поступает в контактную сеть, напряжение на токоприемнике (в отличие от электровозов по­стоянного тока) снижается. Во всех преобразователях (выпрямители, инверторы и другие) токи про­ходят то через одни, то через другие тиристоры, при этом цепь тока не прерывается. После подключения очередных тиристоров оба плеча в течение некоторого времени работают одновременно. В это время, на­зываемое временем перекрытия, или временем коммутации, либо углом коммутации, рабочая секция трансформатора оказывается замкнутой накоротко. Напряжение на секции снижается. Под действием напряже­ния секции трансформатора в одной группе вентилей ток увеличи­вается, а в другой снижается до нуля, что определяет конец комму­тации. Короткое замыкание в секции приводит к снижению напряже­ния u_кс в контактной сети во время коммутации (рисунок 1.4), а значит, и его действующего значения.

Рисунок 1.4 – Искажение напряжения на токоприемнике электровоза при рекуперации

Чем больше ток рекуперации, продолжительнее коммутация (больше угол коммутации γ), больше витков в секции вторичной обмотки, тем значительнее провал (снижение) напряжения и искажения синусоиды, тем больше уменьшается напряжение на токоприемнике.

Таковы основные особенности процесса рекуперации с инвертирова­нием тока на электровозах переменного тока.

Конструктивное выполнение аппаратуры и оборудования, схемы электрических цепей на электроподвижном составе могут быть различ­ными.

Рекуперативное, как и реостатное, торможение ЭПС осуществляется колесными парами локомотива, связанными через привод с тяговыми двигателями. Одновременное использование рекуперативного (реостатного) и пневматического торможения локомотивом запрещено по условиям безопасности движения. На электровозах введена специальная блокировка, исключающая возможность одновременного применения рекуперативного и пневматического тормоза электровоза.

Источником энергии рекуперации является кинетическая и потенциальная энергия поезда. Если при рекуперативном торможении скорость движения поезда уменьшается, то значит, кинетическая энергия превращается в электрическую. При рекуперативном торможении на уклоне перевалистого или горного профиля в электрическую превращается потенциальная энергия. На равнинном профиле пути рекуперативное торможение используется как остановочное и для уменьшения скорости движения.

На участках с равнинным профилем пути процент рекуперации может составлять 3 – 7 % в зависимости от заданного графика движения, местных условий, частоты остановок и т. п.

Малый процент рекуперации на равнинном профиле пути обусловлен тем, что лишь кинетическая энергия превращается в электроэнергию. При обычном графике движения подтормаживание состава и остановочное торможение применяют сравнительно редко, да и энергия при этом невелика. Например, в случае остановочного торможения поезда весом 4000 тонн со скорости 60 киллометров в час в течение 9 минут энергия рекуперации будет равна примерно 30 кВт*ч, что составляет 10 % энергии, затраченной на тягу при разгоне такого поезда.

1.3 Управление выпрямительно-инверторным преобразователем

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) электровоза предназначен для выпрямления переменного тока в постоянный, с плавным регулированием напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги, и преобразования постоянного тока тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, в переменный ток в режиме рекуперации.

В режиме тяги обмотки возбуждения (ОВ) подключаются последовательно с якорями тяговых двигателей М и запитываются от выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП). Каждый ВИП питает 2–3 тяговых двигателя в зависимости от серии электровоза. В режиме рекуперации обмотки возбуждения двигателей соединяются последовательно и запитываются от выпрямительной установки возбуждения (ВУВ). Якоря тяговых двигателей через балластные резисторы подключаются к ВИП. Очередность открытия плеч ВИП в выпрямительном (тяга) и инверторном (рекуперация) режимах определяется алгоритмом работы блока управления преобразователями электровоза (БУВИП) (рисунок1.5). Блок управления ВИП электровоза формирует и, в соответствии с заданным алгоритмом, распределяет по плечам ВИП управляющие импульсы. В режиме рекуперации выпрямительная установка возбуждения(ВУВ) регулирует ток, протекающий в обмотках возбуждения тяговых двигателей. Импульсы управления ВУВ также формируются в блоке БУВИП.

Принцип работы аппаратуры управления основан на преобразовании постоянного напряжения, задаваемого с кон­троллера машиниста, в управляющие импульсы, фаза которых изменяется в соответствии с этим напряжением. Напряже­ние управления, пропорциональное углу поворота штурвала контроллера, подается на вход БУВИП.

_Рисунок 1.5 – Упрощенная схема ВИП и алгоритм работы тиристорных плеч в режимах тяги и рекуперации: – регулируемый по фазе импульс _рег; – нерегулируемый по фазе импульс ₀, ; – задержанный по фазе импульс ₀₃

Вторичная обмот­ка силового трансформатора электровоза питает группу тя­говых двигателей и состоит из трех секций (рисунок1.5). Номинальное напряжение секции обмоток I и II составляет 315 В, обмотка III имеет вдвое большее напряжение – 630 В (цепь нагрузки ВИП условно показана в виде од­ного двигателя М, включенного последовательно со сглаживающим реактором СР).

Характеристики

Список файлов ВКР