Электровоз 2ЕЛ5. Регулирование напряжения на
тяговых двигателях в режиме тяги
Для удобства рассмотрения принципов регулирования на рисунке 6 приведена
упрощенная силовая схема электровоза, где цифрами 1 - 8 обозначены плечи
ВИП, цифрами I - III секции обмоток трансформатора. При этом секция I
соответствует секциям а1 - 1, а2 - 3 обмоток тягового трансформатора Т5,
секция II -секциям 1 - 2, 3 - 4, секция III - секциям а2 - х1, 4 - х2.
Тиристоры ВИП открываются с помощью управляющих импульсов,
вырабатываемых блоком управления А55 шкафа МСУД - Н.
Алгоритм управления тиристорами приведен в таблице 1.
На первой зоне регулирования тяговые двигатели питаются от
выпрямительных мостов, образуемых плечами 3 - 6, подключенными на выводы
секции II обмотки трансформатора.
Тиристоры плеч 3, 5 открываются импульсами с постоянной фазой а0 ,
соответствующей минимальному углу открытия, а тиристоры плеч 4, 6 -
импульсами с регулируемой фазой ар . Если в один из полупериодов
нагрузку взяли тири-сторы плеч 4, 5, то в следующий полупериод при
открытии тиристоров плеча 3 в момент а0 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 двигатель. При угле открытия ар тиристоров плеча 6
происходит коммутация тока с тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6 и
далее ток нагрузки проходит через тиристоры плеч 3 и 6.
В последующий полупериод при угле открытия а0 тиристоров плеча 5
закрываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур 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
двигателях.
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 п до а0 и импульсы
управления с фазой а0 .
Это объясняется тем, что тиристоры плеч 3 и 5, на которые подаются
импульсы управления в начале полупериода (а0), не удерживаются в
открытом состоянии до прихода импульсов с фазой ар на тиристоры плеч 4,
5. Поэтому подачей дополнительных импульсов на тиристоры 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 а0 будут удерживаться в открытом
состоянии за счет разряда электромагнитной энергии реактора, и импульсы
с фазой ар 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:
В начале полупериода ток будет проходить от секции
II обмотки трансформатора через тиристоры плеча 3, цепи тяговых
двигателей, плечо 6. В момент открытия тиристоров плеча 1 происходит
коммутация тока с тиристоров плеча 3 на тиристоры плеча 1. С этого
момента тяговые двигатели питаются от секции I, II 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 1 и 2, нагрузка переводиться с секции I, II на
секцию III обмотки трансформатора.
Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока и происходит
следующим образом:
Нагрузка с тиристоров плеч 1, 2, 5, 6 переводиться на тиристоры плеч 5,
6,
7, 8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики
аппаратуры управления синхроимпульсов в момент времени W=pi / 2. Если
синхроимпульс поступает при полностью открытых тиристорах плеч 1, 6, то
за время rot=n/2+a0 должны быть выполнены логические операции,
запрещающие подачу импульсов управления в следующий полупериод на
тиристоры плеч 2 и 5 и разрешающие открытие тиристоров 6, 7. Тогда под
действием э.д.с. всей вторичной обмотки трансформатора происходит
коммутация тока с тиристоров плеча 1 на тиристоры плеча 7. Ток нагрузки
проходит по цепи: тиристоры плеч 6, 7 секция III обмотки трансформатора.
Тиристоры плеча 6 при таком переходе нагружены током в течение периода.
Это происходит один раз, и дальше тиристоры плеч 6, 7 чередуются с 5, 8,
находясь под током половину периода. Если же синхроимпульс поступает при
открытиях 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 (смотри таблицу 1).
Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путем подачи импульсов на
открытие тиристоров плеч 5, 8 и 6, 7 с углом а0 и плавным изменением
угла открытия тиристоров плеч 3 и 4 от максимального значения до а0 .
При этом выпрямленное напряжение будет плавно
изменяться от 1/2Uном до
1/4Uном,
Ток по тиристорам указанных плеч в течение плеч 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 подключаются тиристоры плеч 1 и 2 с углом открытия ар.
Таким образом, к секциям III, II обмотки трансформатора прибавляется
секция I.
В момент открытия тиристоров плеч 1 и 2 с углом открытия а0 выпрямленное
напряжение будет иметь наибольшее значение.
Для уменьшения напряжения последовательность переходов 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
параллельным соединением мостов. Так например, на третьей зоне в режиме
тяги тиристоры плеч 5, 8 и 6, 7 открываются в начале полупериода
управляющим импульсом с фазой а0, с тиристоры плеч 3 и 4 - импульсом с
фазой ар. Если в один из полупериодов ток тек по контуру: плечо 8,
секции III и II, плечо 3, тяговые двигатели, то в начале следующего
полупериода управляющие импульсы с фазой а0 подаются на тиристоры плеч 6
и 7. При этом образуются два контура коммутации тока:
1) плечи 3, 7 - секции II, III;
2) плечи 6, 8 - секции III.
Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть в
контуре 1. Во время этой коммутации тиристоры плеча 7 открываются, а
тиристоры плеча 3 закрываются. После завершения коммутации тока в
контуре 1 (угол коммутации у'0) начинается коммутация в контуре 2 (угол
коммутации у"0), при которой открываются тиристоры плеча 6.
Поскольку коммутация тока происходит поочередно в
контуре с большим напряжением и в 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 а0. 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 тот момент,
когда напряжение на обмотке трансформатора восстановиться и создадутся
потенциальные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре (фаза
аоз на рисунке 7).
В конце второй, третьей и четвертой зон регулирования при подаче
управляющих импульсов на тиристоры с углом открытия ар во время
коммутации тиристоров с углом открытия а0 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 - ар.