Тема 2.3 Тиристорно-импульсные прерыватели (ТИП)

Принципиальная схема и электромагнитные процессы в широтно-импульсном прерывателе. Принципиальная схема комбинированного прерывателя.

Особенности работы тиристорно-импульсных прерывателей при торможении. Замещение рекуперативного торможения реостатным. Рекуперативно-реостатное торможение.

Литература: [1] с.150-157, с.224-232, [4] с.108-114, с. 157-167.

Методические указания

Широтно-импульсный прерыватель

На рисунке 2.4 изображена одна из первых схем, получившая широкое распространение для широтно-импульсного регулирования напряжения при безреостатном пуске двигателей постоянного тока. Схема преобразователя включает в себя главный Т1 и вспомогательный Т2 тиристоры; Коммутирующий конденсатор С_к; перезарядный дроссель L_к; диод Д_к; дроссели насыщения ДН1, ДН2; RС-цепи, защищающие тиристоры и диоды от коммутационных перенапряжений. Дроссели ДН1 и ДН2 служат для создания задержки нарастания тока на время, необходимое для отпирания р—n-перехода. Они выполнены таким образом, что после насыщения сердечника их индуктивность мала, и ее можно не учитывать.

В начале работы прерывателя первым подается отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора Т2. При отпирании Т2 получает питание ТЭД, и происходит заряд коммутирующего конденсатора С_к (со стороны плюса: L_к, С_к; со стороны минуса: Д_o, Д_к, L_к, С_к). При достижении на зажимах С_к напряжения, равного напряжению источника, ток заряда С_к снижается до тока, который меньше тока удержания тиристора в открытом состоянии, вследствие чего тиристор Т2 запирается.

Т1, Т2 – соответственно главный и вспомогательный тиристоры; С_к – коммутирующий конденсатор; L_к – перезарядный дроссель; Д – диод в цепи коммутирующего конденсатора; ДН1, ДН2 – дроссели насыщения; R, C – резистор и конденсатор цепей защиты полупроводниковых приборов от коммутационных перенапряжений; R1 – резистор; M – тяговый электродвигатель; U_cф – напряжение на конденсаторе фильтра; Д₀ – обратный диод; ОВ – обмотка возбуждения; C_ф – конденсатор фильтра; I – ток через тяговый электродвигатель; i_cф – ток из контактной сети; L_д – индуктивность тягового электродвигателя; L_ф – дроссель фильтра

Рисунок 2.4 – Схема широтно-импульсного ТИП

Однако ток ТЭД не исчезает, а за счет запасенной энергии в индуктивности цепи двигателя продолжает поступать в ТЭД через диод Д_o. При отпирании главного тиристора Т1 поступает питание на ТЭД, и происходит перезаряд коммутирующего конденсатора С_к на полярность, указанную в скобках. Перезаряд С_к осуществляется через диод Л, После перезаряда О, снова включают тиристор Т2. При этом к главному тиристору Т1 подсоединяется обратное напряжение конденсатора С_к, и тиристор запирается, а конденсатор С_к снова заряжается с полярностью без скобок. Далее процесс повторяется. Ширина импульса t_и в этом прерывателе зависит от сдвига во времени подачи отпирающего импульса на Т2 по отношению ко времени подачи отпирающего импульса, подаваемого на Т1.

При широтно-импульсном регулировании требуются меньшие масса и габариты коммутирующих конденсаторов и дросселей по сравнению с ТИП для частотно-импульсного регулирования. Это объясняется тем, что через элементы коммутирующего контура при широтном регулировании проходит меньшая доля электроэнергии, потребляемой ТЭД. В этой схеме главный тиристор также нагружается током перезаряда коммутирующего конденсатора.

На рисунке 2.5 изображен комбинированный ТИП.

Вначале схема обеспечивает частотно-импульсное регулирование при помощи только коммутирующего тиристора Т2. Затем, после достижения заданного уровня частоты для дальнейшего повышения скорости включается главный тиристор Т1 с некоторым опережением включения тиристора Т2. Сдвиг между включением Т1 и Т2 увеличивается по мере повышения скорости подвижного состава. Так осуществляется переход на широтно-импульсное регулирование.

L_ф – дроссель фильтра; C_ф – конденсатор фильтра; Iт₁ – ток через тиристор Т1; U_cф – напряжение на конденсаторе фильтра; I₁к – ток через открытый тиристор Т2; М – тяговый электродвигатель; I_cф – ток из контактной сети; С_к – коммутирующий конденсатор; ОВ – обмотка возбуждения; Д₀ – обратный диод; Iд₀ – ток, протекающий через обратный диод; L_а – индуктивность тягового электродвигателя; L_к – перезарядный дроссель; Т1, Т2 – соответственно главный и вспомогательный тиристоры; U_пит – напряжение контактной сети

Рисунок 2.5 – Схема комбинированного ТИП

Замещение рекуперативного торможения реостатным

Электрическое торможение осуществляется путем переключения электродвигателей на генераторный режим при гашении энергии в сопротивлениях (реостатное торможение) или передаче ее в контактную сеть (рекуперативное торможение).

Электрическое торможение применяется на всех современных видах подвижного состава городского электротранспорта и, в частности, на всех троллейбусах. При этом наиболее широкое распространение получило реостатное торможение; рекуперативное торможение применяется только на троллейбусах с электродвигателями смешанного возбуждения.

При наличии на подвижном составе двух систем электрического торможения — реостатного и рекуперативного — возможно либо раздельное их использование, Либо комбинированное применение в общем тормозном процессе.

Способ торможения, при котором рекуперативное торможение, начинающееся при высокой скорости, автоматически переходит в реостатное при более низкой скорости, иногда называют рекуперативно-реостатным. Этот способ электрического торможения на троллейбусах распространения не получил.

В случае применения электродвигателей смешанного возбуждения оба вида электрического торможения — реостатное и рекуперативное — как правило, используются раздельно и управляются от разных педалей.

Применение реостатного торможения на троллейбусах позволяет существенно снизить расходы на тормозные колодки и износ тормозной системы и обеспечивает удобное регулирование тормозной силы в процессе замедления для остановки машины.

Рекуперативное торможение используется в троллейбусах главным образом как средство экономического регулирования скорости в широких пределах при движении на спусках и снижении скорости. Возможность автоматического перехода на генераторный режим позволяет при рекуперации осуществлять снижение скорости путем перехода с характеристик ослабленного на характеристики более сильного поля без выключения тока, а следовательно, без снятия силы тяги. При отсутствии рекуперативного торможения такие операции требуют предварительного выключения тока, а затем повторного включения с заранее введенными сопротивлениями.

Вопросы для самоконтроля:

1 Объясните принципиальную схему широтно-импульсного прерывателя.

2 Расскажите о процессах в широтно-импульсном прерывателе.

3 Объясните принципиальную схему комбинированного прерывателя.

4 Назовите особенности работы тиристорно-импульсного прерывателя при торможении.

5 Дать определение понятию «Рекуперативно-реостатное торможение».