Регулирование напряжения на тяговых электродвигателях в режиме тяги.

Для удобства рассмотрения принципов регулирования, на рисунке 1 приведена упрощенная силовая схема электровоза, где цифрами 1-8 обозначены плечи ВИП, цифрами 1-3 секции обмоток трансформатора. При этом секция I соответствует секциям 01-3, 02-7 обмоток тягового трансформатора Т1, секция 2 - секциям 3-1, 7-3, секциям I – секциям а1-х1, а1-х2.

Тиристоры ВИП открывается с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых шкафом МСУД А55.

На первой зоне регулирования тяговые электродвигатели питаются от выпрямительных мостов, образуемых плечами 3-6, подключенными на выводы секции 2 обмотки трансформатора.

Тиристоры плеч 3, 5 открываются импульсами с постоянной фазой α_о, соответствующей минимальному углу открытия , а тиристоры плеч 4, 6 - импульсами с регулируемой фазой α_р. Если в один из полупериодов нагрузку взяли тиристоры плеч 4, 5, то в следующий полупериод при открытии тиристоров плеча 3 в момент α_о происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристоры плеча 3, а энергия цепи выпрямленного тока разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч 4, 3, сглаживающий реактор, тяговый электродвигатель.

тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6, а далее ток нагрузки проходит через тиристоры плеч при угле открытия α_р тиристоров плеча 6 происходит коммутация тока с 3 и 6.

В последующий полупериод при угле открытия α_о тиристоров плеча 5 закрываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры плеч 6, 5, сглаживающий реактор. Таким образом, происходит чередование нулевых вентилей для различных полупериодов напряжения сети, что позволяет не усиливать по току плечи ВИП, работающие в первой зоне регулирования.

Чем большую часть проводящего полупериода проходит ток через тиристоры, тем больше среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых электродвигателях.

Для реализации изложенных режимов работы ВИП в первой зоне необходимо на тиристоры плеча 5 в один и тот же полупериод напряжения сети подавать импульсы управления, регулируемые по фазе от π до α_о и импульсы управления с фазой α_о.

Это объясняется тем, что тиристоры плеч 3 и 5, на которые подаются импульсы управления в начале полупериода ( α _о ) не удерживаются в открытом состоянии до прихода импульсов с фазой α_р на тиристоры плеч 4, 5. Поэтому подачей дополнительных импульсов на тиристор плеча 5 будет создана цепь тока через тиристоры плеч 4, 5, что позволит запасти электромагнитную энергию в реакторе. В дальнейшем тиристоры плеча 5, получая импульсы управления с фазой α_р

будут удерживаться в открытом состоянии за счет разряда электромагнитной

энергии реактора, и импульсы с фазой α_р с тиристоров плеча 5 могут быть

сняты.

Во второй зоне плавным изменением фазы открытия тиристоров

плеч 1,2 осуществляется регулирование выпрямленного напряжения от 1/4Uном.

до 1/2Uном.

Протекание тока в течение полупериода будет происходить следующим образом: Вначале полупериода ток будет проходить от секции П обмотки трансформатора через тиристоры плеча 3, цепи тяговых электродвигателей, плече 6. В момент открытия тиристоров плеча I происходит ком-

мутация тока с тиристоров плеча 3 на тиристоры плеча 1. С этого момента

тяговые электродвигателя питаются от секций I, П обмотки трансформатора.

Аналогично ток будет проходить и во второй полупериод, но в работе будут участвовать тиристоры плеч 2-4 и 5.

Для дальнейшего увеличения выпрямленного напряжения, при полностью открытых тиристорах плеч I и 2, нагрузка переводится с секции I, 2 на секцию 3 обмотки трансформатора.

Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока и происходит следующим образом:

Нагрузка с тиристоров плеч 1,2,5,6, переводится на тиристоры плеч 5,6,7,8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики аппаратура управления синхроимпульсов в момент времени WT=P/2 . Если синхроимпульс поступает при полностью открытых тиристорах плеч 1, 3, то за время

WT= P/2 + α_р должны быть выполнены логические операции , запрещающие подачу импульсов управления в следующий полупериод на тиристоры плеч 2 и 5 и разрешающие открытие тиристоров плеч 6, 7. Тогда под действием э.д.с. всей вторичной обмотки трансформатора происходит коммутация токa с тиристоров плеча на тиристоры плеча 7. Ток нагрузки проходит по цепи: тиристоров, плеч 6, 7 , секция 2 обмотки трансформатора.

Тиристоры плеча 6 при таком переходе нагружены током в течение

периода, это происходит один раз, а дальше тиристоры плеч 6, 7 чередуются с 5,8, находясь под током половину периода. Если синхроимпульс поступает при открытых тиристорах плеч 2, 5, тогда тиристоры плеча 5 остаются в открытом состоянии еще на один полупериод, так как должны быть открыты тиристоры плеч 5 и 8.

Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путем подачи

импульсов на открытие тиристоров плеч 5 ,8 и 6 , 7 с углом α_о плавным изменением угла открытия тиристоров плеч 3 и 4 от максимального значения до α_о.

При этом выпрямленное напряжение будет плавно изменяться от 1/2 U ном. до 3/4Uном.

Ток по тиристоpам указанных плеч в течение полупериода будет протекать следующим образом:

если ток протекает в начале полупериода через тиристоры плеч 5, 8 (или 6, 7), то с момента подачи импульса на открытие тиристоров плеча 3 (или 4) происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 (или 6) на тиристоры плеча 3 (или 4).

На четвертой зоне регулирования к работающим тиристорам плеч

3, 8 и 4, 7 дополнительно подключается тиристоры - плеч I и 2 с углом открытия α_р. Таким образом, к секциям 3, 2 обмотки трансформатора прибавляется секция I. В момент открытия тиристоров плеч 1 и 2 с углом открытия α_о выпрямленное напряжение будет иметь наибольшее значение. Для уменьшения напряжения последовательность перехода обратная.

Выше рассматривался упрощенный алгоритм работы тиристоров преобразователя для режима тяги. Этот алгоритм, позволяет рассмотреть основной принцип регулирования выпрямленного напряжения. Теперь остановимся на некоторых особенностях работы преобразователя с параллельный соединением мостов. Так например, не третьей зоне в режиме тяги тиристоры плеч 5, 8 и 6,7, открываются в начале полупериода управляющих импульсов с фазой α_о, а тиристоры плеч 3 и 4 - импульсом о фазой α_р. Если в один из полупериодов ток тек по контуру: плечо 8, секции 3 и 2, плечо 3, тяговые электродвигатели, то в начале следующего полупериода управляющие импульсы с фазой α_о подаются на тиристоры плеч 6 и 7. При этом образуется два контура коммутации тока:1) плечи 3, 7 - секции 2, 3;

2) плечи 6, 8 - секции 3.

Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть в контуре I). Во время этой коммутации тиристоры плеча 7 открываются, а тиристоры плеча 3 закрываются. После завершения коммутации тока в контуре I (угол коммутации α_о) начинается коммутация в контуре 2 (угол коммутации α_о), при котором 2 открываются тиристоры плеча 6.

Поскольку коммутация тока происходит поочередно в контуре с большим напряжением и контуре с меньшим напряжением, потенциальные условия для начала коммутации в плечах, находящихся в контуре с меньшим напряжением, могут создаваться позже воздействия на них управляющих импульсов с фазой α_о. В этом случае коммутация тока в контуре с меньшим напряжением может совсем не начаться, либо не все тиристоры плеча возьмут нагрузку, что приведет к нарушению параллельной работы тиристоров.

Чтобы исключить подобные режимы, осуществляется автоматическое слежение за окончанием коммутации тока в контуре с большим напряжением и управляющий импульс на тиристоры малого контура подается в этот момент, когда напряжение на обмотке трансформатора восстановится и создадутся потенциальные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре (фаза α_о).

В конце второй, третьей и четвертой зон регулирования при подаче управляющих импульсов на тиристоры с углом открытия α_р во время коммутации тиристоров с углом открытия α_о может возникнуть режим с нарушением параллельной работы тиристоров, т.е. когда часть тиристоров плеча закрыта. Это возможно при снятии управляющих импульсов до окончания коммутации, когда ток через отдельные тиристоры может быть меньше тока удержания вследствие резкого снижения напряжения обмоток трансформатора и, следовательно, анодного напряжения тиристоров при коммутации. С целью исключения подобных режимов предусмотрено автоматическое ограничение фазы импульса - α_р.