Поясннительная записка (1230467), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Во второй зоне изменением фазы открытия тиристоров плеч 3, 4 производят дальнейшее уменьшение напряжения ВИП.

При переходе на первую зону управляющие импульсы снимаются с тиристоров плеч 1, 2, а на тиристоры плеч 5, 6 подаются импульсы, регулируемые по фазе. При уменьшении фазы α_р до рекуперация прекращается, а при дальнейшем уменьшении угла α_р, начинается режим торможения противовключением, когда тяговый двигатель развивает тяговый момент, соответствующий направлению движения назад, и электровоз начинает потреблять энергию на сети. Торможение противовключением обеспечивает возможность остановки поезда и осаживания его назад, при необходимости.

В режиме рекуперативного торможения при автоматическом управлении напряжения ВИП ограничивается 3 , зонами (верхняя граница середина четвертой зоны).

Форма напряжения на выходе ВИП при регулировании в режиме рекуперативного торможения приведена на рисунке 3.3 [1].

Рисунок 3.3 – Форма напряжения на выходе ВИП при регулировании в режиме рекуперативного торможения.

4 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И МЕТОДОВ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

4.1 Разрядники

Для защиты электрооборудования тягового подвижного состава от перенапряжений ограничивают ширину распространения, для этого вдоль контактной сети через определенное расстояние, установленных роговых разрядников, т. е. делают искровые промежутки между контактной сетью и рельсом.

На электровозах и электропоездах устанавливают разрядники различных конструкций (РВМУ 3,3; РВКУ-3.3A01 на электричках и подвижном составе постоянного тока; РВМК-ГУ, РВМК-V и VI, в РВЕ-25М на электровозах и электропоездах переменного тока), диски 7 применяются, выполненные из вилита (полупроводниковый материал на основе карбида кремния). С увеличением напряжения, приложенного к вилиту, внутри него возникает большое количество проводящих каналов, в связи с чем его сопротивление уменьшается и волна перенапряжения быстро переводится на землю с ограничением напряжения на защищаемом оборудовании [4].

Важным показателем производительности является способность вилитовых дисков разрядника воспринимать энергию разряда. Увеличение этой способности позволяет снизить уставку разрядника, что позволяет более частые его срабатывания.

РВМУ-3,3 униполярный магнитный разрядник, содержит два вилитовых диска 5 и 7 (рисунок 4.1), два униполярных искрового промежутка 14, постоянные магниты 12 и 15 , которые размещены внутри фарфорового корпуса 3 и сжатой пружины 8, вместе с монтажными частями 4, 11, 13 и 18. Корпус 16 снизу закрыт днищем и соединен с основанием заливочной массой 2. Искровые промежутки для равномерного распределения напряжения между ними шунтированы многоомными резисторами. Магниты 12 и 15 обеспечивают однородное магнитное поле в разряднике и зоне дуги. Так как вилит гигроскопичен и, когда в него попадает вода теряет свои электрические свойства, корпус 3, герметично запечатан уплотнительными кольцами 9 и 17 озоно- и морозостойкой резины. Диски 5 и 7 по бокам с нанесенным изолирующим слоем замазки, который удерживает их вместе, и в то же время предотвращает разряды по этим поверхностям. Войлочные прокладки 6 предотвращают горизонтального перемещения дисков 5 и 7.

В разрядниках РВМУ-3,3 и РМБВ-3,3 в контактной сети напряжением тока до 4 кВ ток утечки составляет 100-300 мА. При перенапряжении 7,5-9 кВ пробиваются искровые промежутки. После прохождения волны перенапряжения и уменьшения напряжение контактной сети до номинальных значений, сопротивление вилитовых дисков приходит в норму и возрастает до 140-160 Ом, а ток падает до 25-30 А. В то же время дуга, в искровых промежутках, растягивается магнитным полем постоянных магнитов и разрывается. Во избежание взрыва фарфорового корпуса под значительным давлением газа, возникающего в ограничителе в случае повреждения целостности корпуса в днище 16, установлен предохранительный клапан 19, который открывается, при повышенном давлении внутри корпуса [4].

Для контроля срабатывания вилитового разрядника последовательно с ним может быть включен регистратор РВР или РР. Регистратор РВР состоит из герметического алюминиевого корпуса. Внутри корпуса находятся два искровых промежутка, отсчетный барабанчик с пружинным заводным механизмом, плавкие вставки и резистор, сопротивлением 0,5-5 кОм..

В отсчетном барабанчике может быть установлено десять плавких вставок из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм. Если разрядник в цепи которого включен регистратор, от последующего перенапряжения срабатывает, то через него и резистор проходит импульс тока. Когда ток достигнет уставки, падение напряжения на резисторе регистратора становится равным разрядному напряжению искрового промежутка, он пробивается и ток импульса проходит через плавкую вставку и плавит ее. Пробивается искровой промежуток, импульсный ток проходит через пробитые искровые промежутки. Когда ток спадет, отсчетный барабанчик автоматически заменит перегоревшую вставку. Об окончании отсчета сигнализирует появление красной риски в смотровом окне корпуса регистратора.

После десяти срабатываний регистратора следует заменить плавкие вставки. Регистратор надежно срабатывает, при импульсных токах от 200 А до 10000 А.

Конструкция разрядника РВМУ-3,3 представлена на рисунке 4.1 [4].

Рисунок 4.1 – Конструкция разрядника РВМУ-3,3: 1 – кожух; 2 – заливочная масса; 3 – корпус; 4,11,13,18 – монтажные части; 5,7 – вилитовые диски; 6 – прокладка; 8 – пружина; 9,17 – уплотнительные кольца; 10 – гайка; 12,15 – магниты; 14 – искровой промежуток; 16 – днище; 20 – крепежный болт

4.2 Варисторы

Варистор является пассивным двухвыводным, твердотельным полупроводниковым прибором, который используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону [5].

Варистор представляет собой резистор, имеющий переменное сопротивление, что в свою очередь описывает режим его работы. Его буквальный перевод с английского (Переменный Резистор) может немного ввести в заблуждения — сравнивая его с потенциометром или реостатом. Но, в отличие от потенциометра, сопротивление которого может быть изменено вручную, варистор меняет свое сопротивления автоматически с изменением напряжения на его контактах, что делает его сопротивление зависимым от напряжения, другими словами его можно охарактеризовать как нелинейный резистор. Резистивный элемент варистора изображен на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Резистивный элемент варистора

В настоящее время резистивный элемент варистора изготавливают из полупроводникового материала. Это позволяет использовать его как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Варистор во многом похож по размеру и внешнему виду на конденсатор и его часто путают с ним. Тем не менее, конденсатор не может подавлять скачки напряжения таким же образом, как варистор.

Не секрет, что когда в цепи электропитания схемы какого-либо устройства возникает импульс высокого напряжения, то исход зачастую бывает плачевным. Поэтому применение варистора играет важную роль в системе защиты чувствительных электронных схем от скачков напряжения и высоковольтных переходных процессов.

Всплески напряжения возникают в различных электрических схемах независимо от того, работают они от сети переменного или постоянного тока. Они часто возникают в самой схеме или поступают в нее от внешних источников. Высоковольтные всплески напряжения могут быстро нарастать и доходить до нескольких тысяч вольт, и именно от этих импульсов напряжения необходимо защищать электронные компоненты схемы. Форма волны переменного тока в переходном процессе изображена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Форма волны переменного тока в переходном процессе

Один из самых распространенных источников подобных импульсов – индуктивный выброс, вызванный переключением катушек индуктивности, выпрямительных трансформаторов, двигателей постоянного тока, скачки напряжения от включения люминесцентных ламп и так далее.

Варисторы подключаются непосредственно к цепям электропитания (фаза - нейтраль, фаза-фаза) при работе на переменном токе, либо плюс и минус питания при работе на постоянном токе и должны быть рассчитаны на соответствующее напряжение. Варисторы также могут быть применены для стабилизации постоянного напряжения и главным образом для защиты электронной схемы от высоких импульсов напряжения

При нормальной работе, варистор имеет очень высокое сопротивление, поэтому его работа схожа с работой стабилитрона. Однако, когда на варисторе напряжение превышает номинальное значение, его эффективное сопротивление сильно уменьшается, как показано на рисунке выше.

Известно из закона Ома, что ток и напряжение имеют прямую зависимость при постоянном сопротивлении. Отсюда следует, что ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но ВАХ (вольт-амперная характеристика) варистора не является прямолинейной, поэтому в результате небольшого изменения напряжения происходит значительное изменение тока.

Мы можем видеть сверху, что варистор имеет симметричную двунаправленную характеристику, то есть варистор работает в обоих направлениях синусоиды, подобно работе стабилитрона.

Когда нет всплесков напряжения, в квадранте IV наблюдается постоянное значение тока, это ток утечки, составляющий всего несколько мкА, протекающий через варистор.

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) — это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор. Вольт-амперная характеристика варистора изображена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Вольт-амперная характеристика варистора

Из-за своего высокого сопротивления, варистор не оказывает влияние на цепь питания, пока напряжение находится на номинальном уровне. Номинальный уровень напряжения (классификационное напряжение) – это такое напряжение, которое необходимо приложить на выводы варистора, чтобы через него проходил ток в 1 мА. В свою очередь величина этого напряжения будет отличаться в зависимости от материала, из которого изготовлен варистор.

При превышении классификационного уровня напряжения, варистор совершает переход от изолирующего состояния в электропроводящее состояние. Когда импульсное напряжение, поступающее на варистор, становится больше, чем номинальное значение, его сопротивление резко снижается за счет лавинного эффекта в полупроводниковом материале. При этом малый ток утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но в тоже время напряжение на нем остается на уровне чуть выше напряжения самого варистора. Другими словами, варистор стабилизирует напряжение на самом себе путем пропускания через себя повышенного значения тока, которое может достигать не одну сотню ампер [5].

Поскольку варистор, подключаясь к обоим контактам питания, ведет себя как диэлектрик, то при нормальном напряжении он работает скорее как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистора имеет определенную емкость, которая прямо пропорциональна его площади и обратно пропорциональна его толщине.

При применении в цепях постоянного тока, емкость варистора остается более-менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не больше номинального, и его емкость резко снижается при превышении номинального значения напряжения. Что касается схем на переменном токе, то его емкость может влиять на стабильность работы устройств.

Чтобы для конкретного устройства правильно подобрать варистор, желательно знать сопротивление источника и мощность импульсов переходных процессов. Варисторы на основе оксидов металлов имеют широкий диапазон рабочего напряжения, начиная от 10 В и заканчивая свыше 1000 В переменного или постоянного тока. В общем необходимо знать на каком уровне напряжения нужно защитить схему электроприбора и взять варистор с небольшим запасом, например для сети 230 В подойдет варистор на 260 В.

Максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор, определяется длительностью и количеством повторений всплесков напряжения. Если варистор установлен с малым пиковым током, то это может привести к его перегреву и выходу из строя. Таким образом, для безотказной работы, варистор должен быстро рассеивать поглощенную им энергию переходного импульса и безопасно возвращаться в исходное состояние. Схемы подключения варистора приведены на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Схемы подключения варистора

Характеристики

Список файлов ВКР