Регулирование напряжения на тяговых двигателях.

Тиристорно-импульсный регуляторный состоит из фильтра Lф-Сф, тиристорного-импульсного прерывателя(ТИП), сглаживающего реактора(L) и обратного диода(V), шунтирующего последовательно включенного сглаживающего реактора(L) и обмотки двигателя.

Тиристорно-импульсный прерыватель представляет собой ключ, имеющий два устойчивых состояния: замкнутое и разомкнутое. Он переключается с частотой f.

В интервале каждого периода T = l / f ключ замкнут в течение времени tи разомкнут в оставшуюся часть периода T - t. Соответственно тяговая машина часть периода, определяемого коэффициентом заполнения l = t / T , подключена к источнику напряжения U, а оставшуюся часть периода ( T - t) / T = l - l отключена от него.

Пренебрегая пульсациями напряжения на конденсаторе Cф, которые малы и обычно составляют менее 0,1U, можно считать, что к цепи тяговой машины прикладываются прямоугольные импульсы напряжения амплитудой U и длительностью t . Среднее значение этого напряжения за период

Uср дв= Ut / T = Ul.

С помощью тиристорно-импульсного регулятора путем изменения l от lmin

до единицы среднее значение напряжения U ср дв, прикладываемого к цепи тяговой машины, можно регулировать в широких пределах от U ср дв min до U ср дв max = U.

Энергия от внешнего источника питания (контактный рельс) подводится к цепи тяговой машины импульсами длительностью t и частотой f. Однако преобразование электрической энергии в механическую в тяговой машине происходит непрерывно независимо от состоянии прерывателя , что обеспечивается использованием в рассматриваемой схеме обратного диода Vи наличием накопительных элементов: сглаживающего реактора Lи обмоток тяговой машины.

За время tэнергия , поступающая от внешнего источника напряжения U,потребляется тяговой машиной не полностью, частично запасаясь в накопительных элементах для дальнейшего использования тяговой машиной в интервале T - t периода, когда приток энергии от внешнего источника питания отсутствует. Вследствие этого тяговая машина получает питание непрерывно: в интервале l- от внешнего источника напряжения U, а оставшуюся часть периода l - l - благодаря энергии, запасенной в накопительных элементах. Поэтому, несмотря на импульсный характер питания тяговой машины от внешнего источника питания, ток iя в ее цепи будет непрерывным. Одну часть lпериода ток iя нарастает , другую l - l уменьшается, замыкаясь под действием э.д.с. е¢L , е¢¢L и е¢¢¢L самоиндукции, наводимых в реакторе L и обмотках тяговой машины, по цепи обратного диода V, т.е. ток пульсирует на уровне среднего значения I я ср. Таким образом, при размыкании импульсного регулятора ток в цепи тяговой машины не разрывается, а происходит изменение контура для его замыкания. Это исключает появление перенапряжений на регуляторе, несмотря на то, что обмотки тяговой машины и реактор обладают большой индуктивностью.

При работе импульсного прерывателя нельзя допускать также прерывания тока в контактной сети, которая обладает значительной индуктивностью. Непрерывность тока в контактной сети при импульсном характере нагрузки обеспечивает Г– образным фильтром Lф - Cф. Независимо от состояния прерывателя ток в контактной сети имеет контур для замыкания: по цепи тягового двигателя ( i ) или по цепи фильтрового конденсата (i¢). В интервале периода l - l,несмотря на то, что тяговая машина отключена от контактной сети, происходит потребление электрической энергии от источника питания, которая не расходуется, а запасается в фильтровом конденсаторе. В интервале периода l в цепь тяговой машины поступает энергия как от источника питания, так и от фильтрового конденсатора, которая без учета потерь в элементах схемы равна энергии, поступившей от источника за весь период. Таким образом, благодаря накоплению энергии в конденсаторе Cф в интервале период l - l

обеспечивается непрерывность тока в контактной сети. На обмотки асинхронной машины подаются прямоугольные импульсные напряжения. В течении каждого периода регулирования изменяется ширина и полярность импульсов напряжения, подводимых к каждой фазе асинхронной машины. В результате формы кривых фазового тока получаются близкими к синусоидальным.

Содержание высших гармоник в кривых фазового тока зависит от частоты импульсной модуляции, разности между напряжением на нагрузке и напряжением контактной сети режима работы привода. Для подавления высших гармоник на входе инвертора установлен Lф - Cф - фильтр. Поэтому из цепи источника питания потребляется практически постоянный ток.

В режиме тяги регулирование мощности привода производится следующим образом: при пуске момент на валу тяговых машин поддерживается постоянным, мощность, развиваемая тяговым приводом, постепенно увеличивается до максимального значения.

Затем мощность привода поддерживается на максимальном уровне и уменьшается магнитный поток тяговых машин. В конце регулирования с ростом частоты вращения роторов тяговых машин мощность, реализуемая тяговым приводом, постепенно уменьшается. Переход из режима тяги в режим электрического торможения осуществляется изменением частоты переключений инвертора в сторону уменьшения.

При этом асинхронные машины переходят в генераторный режим, а инвертор выполняет функции управляемого выпрямителя.

Для согласования мощности асинхронных машин в режиме торможения с установленной мощностью инвертора в цепь обмоток асинхронных машин включен тормозной резистор R,на котором рассеивается часть тормозной энергии в диапазоне высоких скоростей торможения, а также при отсутствии в сети потребителей рекуперируемой энергии.

Защита от юза и боксования на вагонах «Русич» осуществляется системой «Витязь-1М»,для чего в систему управления пневматическими тормозами входят блоки управления противоюзной защиты. При нарушении условий сцепления процессов пуска и торможения, блоки своевременно снижают вращающий момент боксования и давления в ТЦ и юз устраняется без существенных потерь силы тяги и тормозной силы.

Холла эффект.

Эффектом Холла называется возникновение поперечного электрического поля и разности потенциалов в проводнике или полупроводнике, по которым проходит электрический ток, при помещении их в магнитное поле, перпендикулярное к направлению тока.

Если в магнитное поле с индукцией В поместить проводник или электронный полупроводник, по которому течет электрический ток плотности j, то на электроны, движущиеся со скоростью v в магнитном поле, действует сила Лоренца F, отклоняющая их в определенную сторону.

Действие силы Лоренца на движущийся

отрицательный заряд

Рис 1

На противоположной стороне скапливаются положительные заряды.

В дырочном полупроводнике знаки зарядов на поверхностях меняются на противоположные (рис. 2).

Действие силы Лоренца на движущийся

положительный заряд

Рис.2

Поперечное электрическое поле препятствует отклонению движущихся заряженных частиц магнитным полем.

Образующаяся разность потенциалов: j = R(B-I/d),

где j - сила тока;

d - линейный размер образца в направлении вектора В;

R - постоянная Холла.

Знак постоянной Холла позволяет определить тип преимущественной проводимости полупроводника. Эффект открыт американским физиком Э.Холлом (E.Hall; 1855-1938).