Регулирование напряжения на тяговых электродвигателях в режиме тяги

Тиристоры ВИП открываются с помощью импульсов, вырабатываемых МПСУ и подаваемых через блок преобразования сигналов управления БПСУ на ВИП.

В первой зоне регулирования тяговые электродвигатели питаются от выпрямительного моста, образуемого тиристорами VS3, VS4, VS5, VS6, которые подключены к выводам 2-0 вторичной обмотки тягового трансформатора. Тиристоры VS3 и VS5 открываются импульсами с постоянной фазой α0, соответствующей минимальному углу открытия, а тиристоры VS4 и VS6 – импульсами с регулируемой фазой αР Если в одном из полупериодов открылись и удерживаются током нагрузки тиристоры VS4 и VS5, то в следующий полупериод при открытии тиристора VS3 в момент α0 происходит коммутация тока с тиристора VS5 на тиристор VS3. Энергия цепи тока нагрузки разряжается по нулевому контуру: тиристоры VS4, VS3 – сглаживающий реактор – тяговый электродвигатель. При угле открытия αР тиристора VS6 происходит коммутация тока с тиристора VS4 на тиристор VS6 и далее ток нагрузки проходит через тиристоры VS3 и VS6. В последующий полупериод при угле открытия α0 тиристора VS5 закрывается тиристор VS3 и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры VS6, VS5 – сглаживающий реактор – тяговый электродвигатель. Таким образом, происходит чередование нулевых ветвей 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 тяговых электродвигателей. Для реализации изложенных режимов работы ВИП в первой зоне необходимо на тиристор VS5 в один и тот же полупериод напряжения сети подавать два импульса управления: первый – с фазой от π до α0, и второй – с фазой αР. Это объясняется тем, что тиристоры VS3 и VS5, на которые подаются импульсы управления в начале полупериода α0, не удерживаются в открытом состоянии до прихода импульсов с фазой αР на тиристоры VS4 и VS5. Поэтому подачей дополнительных импульсов на тиристор VS5 будет создана цепь тока через тиристоры VS4 и VS5, что позволит запасти электромагнитную энергию в реакторе. В дальнейшем тиристор VS5, получая импульсы управления с фазой α0, будет удерживаться в открытом состоянии за счет разряда электромагнитной энергии реактора, и импульсы с фазой αР с тиристора VS5 могут быть сняты. Во второй зоне плавным изменением фазы открытия тиристоров VS1 и VS2 осуществляется регулирование выпрямленного напряжения от 1/4 до 1/2 номинального значения напряжения. В начале полупериода ток будет протекать от обмотки 2-0 трансформатора через тиристор VS3, цепи тяговых электродвигателей, тиристор VS6. В момент открывания тиристора VS1 происходит коммутация тока с тиристора VS3 на тиристор VS1. С этого момента тяговые электродвигатели питаются от обмоток 1-2 и 2-0 трансформатора. Аналогично ток будет протекать и во второй полупериод, но в работе будут участвовать тиристоры VS2, VS4 и VS5. Для дальнейшего увеличения выпрямленного напряжения при полностью открытых тиристорах VS1 и VS2, нагрузка переводится с обмоток 1-2 и 2-0 на обмотку 0-4 трансформатора. Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока и происходит следующим образом: Нагрузка с тиристоров VS1, VS2, VS5, VS6 переводится на тиристоры VS5, VS6, VS7, VS8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики аппаратуры управления синхроимпульсов в момент времени ωt=π/2. Если синхроимпульс поступает при полностью открытых тиристорах VS1 и VS6, то за время ωt=π/2+αо должны быть выполнены логические операции, запрещающие подачу импульсов управления в следующий полупериод на тиристоры VS2, VS3, VS5 и разрешающие открытие тиристоров VS6 и VS7. Тогда под действием ЭДС всей вторичной обмотки трансформатора происходит коммутация тока с тиристора VS1 на тиристор VS7. Ток нагрузки протекает по цепи: тиристоры VS6 и VS7, обмотка 0-4 трансформатора. Тиристор VS6 при таком переходе нагружен током в течение периода. Это происходит один раз, и дальше тиристоры VS6 и VS7 чередуются с VS5 и VS8, пропуская ток половину периода. Если же синхроимпульс поступает при открытых тиристорах VS2 и VS5, тогда тиристор VS5 остаётся в открытом состоянии еще на один полупериод, так как должны быть открыты тиристоры VS5 и VS8 Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путем подачи импульсов на открытие тиристоров VS5, VS8 и VS6, VS7 с углом αо и плавным изменением угла открытия тиристоров VS3 и VS4 от максимального значения до αо. При этом выпрямленное напряжение будет плавно изменяться от 1/2 до 3/4 номинального значения. Ток указанных тиристоров в течение полупериода будет протекать следующим образом: если ток протекает в начале полупериода через тиристоры VS5, VS8 (или VS6, VS7), то с момента подачи импульса на открытие тиристора VS3 (или VS4) происходит коммутация тока с тиристоров VS5 (или VS6) на тиристоры VS3 (или VS4). На четвертой зоне регулирования к работающим тиристорам VS3, VS8 и VS4, VS7 дополнительно подключаются тиристоры VS1 и VS2 с углом открытия αР. Таким образом, к обмоткам 0-4 и 2-0 трансформатора прибавится обмотка 1-2. В момент открытия тиристоров VS1 и VS2 с углом открытия αо выпрямленное напряжение будет иметь наибольшее значение. Выше рассматривался упрощенный алгоритм работы тиристорного преобразователя для режимов тяги. Этот алгоритм позволяет рассмотреть основной принцип регулирования выпрямленного напряжения. На второй, третьей и четвертой зонах регулирования особенностью схемы является работа преобразователя с параллельным соединением мостов. Так, например, на третьей зоне в режиме тяги тиристоры VS5, VS8 и VS6, VS7 открываются в начале полупериода управляющим импульсом с фазой αо, а тиристоры VS3 и VS4 – импульсом с фазой αР. Если в один из полупериодов ток протекал по контуру: VS8, обмотка 0-4, обмотка 2-0, тиристор VS3, тяговые электродвигатели, то в начале следующего полупериода управляющие импульсы с фазой αо подаются на тиристоры VS6 и VS7. При этом образуются два контура коммутации тока:

1) тиристоры VS3, VS7 – обмотки 2-0, 0-4;

2) тиристоры VS6, VS8 – обмотка 0-4.

Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть в первом контуре, во время этой коммутации тиристор VS7 открывается, а тиристор VS3 закрывается. После завершения коммутации тока в первом контуре (угол коммутации γ.0) начинается коммутация во втором контуре

(угол коммутации γ..0), при которой открывается тиристор VS6.

Поскольку коммутация тока происходит поочередно в контуре с большим напряжением и контуре с меньшим напряжением, потенциальные условия для начала коммутации в тиристорах, находящихся в контуре с меньшим напряжением, могут создаваться позже воздействия на них управляющих импульсов с фазой α0. В этом случае коммутация тока в контуре с меньшим напряжением может совсем не начаться, либо не все тиристоры возьмут нагрузку, что приведёт к нарушению работы тиристоров. Чтобы исключить подобные режимы, осуществляется автоматическое слежение за окончанием коммутации тока в контуре с большим напряжением и управляющий импульс на тиристоры меньшего контура подается в тот момент, когда напряжение на обмотке трансформатора восстановится, и создадутся потенциальные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре В конце второй, третьей и четвертой зон регулирования при подаче управляющих импульсов на тиристоры с углом открытия αР во время коммутации тиристоров с углом открытия α0 может возникнуть режим с нарушением параллельной работы тиристоров, т. е. когда часть тиристоров 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 – αР.

 

РЕЖИМ ХОД

В положении Ход-М, Ход-1…Ход-5 рукоятки КМ УПУ от поездного провода 3

включится реле ПРП, тормозной переключатель ТП переключится в положение Ход, его силовые контакты QS5 и QS6 замыкаются и его блок-контакты включают реле ПРХТ. После этого включится реле времени хода РХ и включатся линейные контакторы ЛК1 и ЛК2. Регулирование напряжения на тяговых электродвигателях осуществляется с уставкой тока 100 А при положении Ход-М КМ или с уставками от 170 А до 450 А с шагом повышения 70 А при положениях от Ход-1 до Ход-5 КМ.

При этом на ВИП подаётся напряжение вторичной обмотки трансформатора 0-2 через контакты переключателя трансформатора ПТРЭ У2 А1-А1-QS2, А1-А1-QS3. Выпрямленный ток будет протекать от вывода + ВИП далее по двум контурам через сглаживающие реакторы: первый — линейный контактор А1-КМ4 ЛК1, якоря двигателей М1 и М2, датчики тока якоря A2-A5-U1 и A2-A5-U2, шунт амперметра тока якоря A2-A5-RS1, шунт амперметра тока возбуждения A2-A5-RS2, датчик тока возбуждения A2-A5-U3, контакт реверсивного переключателя, обмотки возбуждения двигателей М1 и М2, контакт реверсивного переключателя, контакт QS6 тормозного переключателя, минус ВИП; второй — линейный контактор A1-KM5 ЛК2, якоря двигателей М3 и М4, датчики тока якоря A2-A6-U4 и A2-A6-U5, шунт амперметра тока якоря A2-A6-RS3, шунт амперметра тока возбуждения A2-A6-RS4, датчик тока возбуждения A2-A6-U6, контакт реверсивного переключателя, обмотки возбуждения двигателей М3 и М4, контакт реверсивного переключателя, контакт QS5 тормозного переключателя, минус ВИП. Параллельно обмоткам тяговых двигателей подключены резисторы R1 и R2, обеспечивающие снижение пульсаций тока возбуждения при пуске тяговых двигателей. При пуске возбуждение этих двигателей ослаблено до 94,3 %.

При переводе рукоятки из положения Ход-М в положение Ход-1 произойдет увеличение тока уставки до значения, заданного задатчиком уставки Уставка РУ. После того, как угол регулирования в первой зоне уменьшится до минимального значения, регулирование будет осуществляться во второй зоне регулирования В первой и второй зонах регулирования на ВИП подается питание от выводов 1, 2, 0 тягового трансформатора через переключатель трансформатора. В третьей зоне регулирования ток протекает от выводов 4, 0, 2 тягового трансформатора, а в четвертой – от выводов 4, 2, 1 тягового трансформатора. Контур протекания выпрямленного тока во всех четырех зонах регулирования остается неизменным, как и в положении рукоятки КМ Ход-М. В момент открытия тиристоров VS1 и VS2 с углом открытия α0 в четвертой зоне регулирования выпрямленное напряжение будет иметь наибольшее значение (смотри выше). Дальнейшее повышение скорости осуществляется за счет уменьшения степени возбуждения тяговых электродвигателей. Для этого по сигналу от МПСУ через промежуточное реле А1-К3 ПРШ включаются контакторы Ш1 и Ш2, после чего возбуждение двигателей ослабляется до 50 %, так как ток потечет параллельно обмоткам возбуждения через главный контакт контактора Ш1, резисторы R3, R5, R7 – в первой группе двигателей, и через главный контакт контактора Ш2, резисторы R4, R6, R8 – во второй группе двигателей. При этом для поддержания постоянного тока в цепи якоря тяговых двигателей происходит снижение напряжения на выходе ВИП путем увеличения угла открытия тиристоров VS1 и VS2 в четвертой зоне регулирования. После того, как угол открытия тиристоров VS1 и VS2 уменьшиться до минимального значения, откроются тиристоры VS1 и VS3 блоков А2-А1 и А2-А2, которые шунтируют резисторы R3 и R4. Поле двигателей ослабляется до 37,5 %, при этом происходит снижение выходного напряжения так же, как и при включении контакторов Ш1 и Ш2. Затем, после того, как угол открывания тиристоров VS1 и VS2 ВИП уменьшиться до минимального значения, откроются тиристоры VS2 и VS4 блоков А2-А1 и А2-А2, которые шунтируют резисторы R5 и R6. Возбуждение двигателей уменьшается до минимального значения 25 %, при этом опять произойдет кратковременное снижение выходного напряжения ВИП.

Когда напряжение на выходе ВИП будет максимальное (углы открытия тиристоров в четвертой зоне – минимальные), а значение степени возбуждения тяговых двигателей равно 25 %, то дальнейший разгон поезда будет осуществляться по естественной характеристике тяговых электродвигателей.

 

РЕЖИМ ВЫБЕГ.

При установке главной рукоятки КМ УПУ в положение 0 ВИП создает буферный контур разряда накопленной энергии тяговых двигателей и сглаживающих реакторов, в котором идет снижение тока двигателей. Через полсекунды, когда ток двигателей полностью исчезнет, по сигналу реле времени А11-КТ6 РХ отключатся линейные контакторы ЛК1 и ЛК2, тормозной переключатель ПТ переключится в положение Тормоз. Тиристоры ВИП во время выбега электропоезда остаются в закрытом состоянии.