Тема 2.1 Импульсное регулирование напряжения на тяговых двигателях при пуске и торможении

Тиристорно-импульсная система управления тяговым приводом. Классификация систем тиристорно-импульсного регулирования. Тиристорно-импульсное регулирование напряжения при пуске тягового двигателя. Тиристорно-импульсное регулирование напряжения тягового двигателя при торможении.

Литература: [1] с.193-208, [5] с. 79-84.

Методические указания

Одним из недостатков КРСУ являются затраты энергии в пусковых реостатах. Они могут достигать 15% от общего потребления электроэнергии. Эти потери можно уменьшить если использовать систему без реостатного пуска, т.е. систему импульсного регулирования ТЭД. При импульсном регулировании на ТЭД подаётся полное напряжение контактной сети, но коротко временными импульсами. Ширина этих импульсов в десятки раз меньше, чем постоянная времени электрической цепи ТЭД. Поэтому провалы напряжения пассажирами не воспринимаются. При импульсном регулировании броски токов в ТЭД обычно меньше, чем при реостатном пуске. Поэтому броски силы тяги практически не ощущаются.

Достоинства тиристорно-импульсного регулирования (ТИР):

1)Снижение расхода электроэнергии.

2)Повышение динамических показателей (скорости движения, ускорения).

3)Повышение надёжности ЭО.

4)Повышение срока службы механических тормозов.

Принципиальная схема ТИР при безреостатном пуске ТЭД покажем на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема ТИР при безреостатном пуске ТЭД

Схема ТИР состоит из трёх элементов: тиристорно-импульсный прерыватель (ТИП), входной фильтр L_фС_ф и выходной фильтр состоящий из катушки L_д и диода VD₀.

При помощи ТИП непрерывное напряжение контактной сети преобразовывается в последовательные импульсы. Входной фильтр L_фС_ф предназначен для ограничений перенапряжения на ТИП при его запирании и сглаживании пульсации токов в контактной сети. Выходной фильтр состоит из L_д и VD₀ предназначен для ограничения напряжений на ТИП и ограничений пульсаций токов в ТЭД.

Работа схемы:

При отпирании (открытии) ТИП напряжение U_сф практически равное напряжению U_п (напряжение питания) прикладывается к ТЭД и по его цепи через дроссель L_д и обмотки протекает нарастающий ток I_д. При этом поступающий из контактной сети и конденсатора С_ф энергия затрачивается на выполнение работы ТЭД и накапливается в индуктивностях. Если бы напряжение контактной сети прикладывалось к ТЭД продолжительное время то ток I_д достиг бы значительной величины, т.к. активное сопротивление весьма мало. Но через некоторый промежуток времени t_u ТИП закрывается и ток из контактной сети прерывается. При этом ток через ТЭД продолжает протекать за счет ЭДС самоиндукции возникший в обмотках ТЭД и дросселя L_д замыкаясь через нулевой диод VD₀. Этот ток снижается, и если не подавать напряжения он достигнет нуля. Но через некоторый короткий промежуток t_пауз ТИП снова открывается и напряжение U_сф снова прикладывается к ТЭД. Далее процессы повторяются.

По способу изменения системы управления делятся на:

1) частотно-импульсное регулирование (ЧИР);

2) широтно-импульсное регулирование (ШИР);

3) комбинированное регулирование.

При ТИР ТЭД работает на пульсирующие токи. В этом случае ток не изменяется от наименьшего до наибольшего значения как при реостатном пуске, а остается практически неизменным за счет плавного изменения напряжения.

ТИР при торможении ТЭД.

Принципиальная схема рекуперативного и реостатного торможения состоит из тех же элементов, что и схема без реостатного пуска, но изменено их соединение (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема ТИР при торможении ТЭД

ТИП включён параллельно нагрузке, а обратный диод VD₀ пропускает ток рекуперации i_рек и препятствует протеканию тока из источника питания в цепь ТЭД. Штриховой линией показана цепь тормозного реостата R_т, который подключается автоматически при отпирании тиристора VS_т, когда повышается напряжение на конденсаторе C_ф более 720 В. Назначение входного и выходного фильтров то же, как и в пусковом режиме. На интервале t_и при отпирании ТИП для ТЭД образуется замкнутый контур, включающий в себя обмотки ТЭД и дроссель L_д. Энергия, вырабатываемая ТЭД в генераторном режиме (за вычетом потерь в активных сопротивлениях контура) накапливается в индуктивностях контура. При этом ток I_д в ТЭД возрастает, а ток через обратный диод i_рек = 0. При принудительном запирании ТИП ток I_д уменьшается, а в обмотках ТЭД и дросселе L_д возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой напряжение на ТИП становится выше напряжения на фильтре U_сф. При этом ток ТЭД через диод VD₀ поступает в контактную сеть, при этом i_рек = I_д. Таким образом, на вход фильтра L_фC_ф энергия рекуперации поступает импульсами равными

(2.1)

Ток в контактной сети течёт непрерывно благодаря накоплению энергии в фильтре в течение времени t_и и отдачи её в сеть во время t_пауз.

Средний ток рекуперации равен

(2.2)

Вопросы для самоконтроля:

1 Раскройте особенности тиристорно-импульсной системы управления тяговым приводом.

2 Назовите классификацию системы тиристорно-импульсного регулирования.

3 Расскажите о тиристорно-импульсном регулировании напряжения при пуске тягового двигателя.

4 Расскажите о тиристорно-импульсном регулировании напряжения при торможении тягового двигателя.