Статические преобразователи и аппараты

Силовой тяговый трансформатор имеет замкнутый, набранный из листовой стали магнитопровод с двумя кольцевыми обмотками, выполненными из медных шин. Обмотку, к которой подведено напряжение кон­тактной сети, называют первичной, другую, подсоединенную к выпрямителю э. п. с,— вторичной. Однофазный ток контактной сети, проходя по первичной обмотке, создает переменное маг­нитное поле. Это поле, пересекая витки вторичной обмотки, наводит в них э. д. с. Выбирая определенное соотношение вит­ков первичной и вторичной обмоток, можно получить на вы­ходе вторичной обмотки требуемое напряжение. Чтобы можно было регулировать напряжение, приходящееся на тяговые двига­тели, вторичную обмотку трансформатора обычно выполняют в виде отдельных секций, каждая из которых имеет свои выводы.

Машинист, переводя по мере разгона электровоза рукоятку контроллера, замыкает тем самым в определенной последователь­ности выводы секции обмотки, т. е. увеличивает напряжение, подводимое к тяговым двигателям. Чем больше введено сек­ций, тем выше напряжение на двигателях.

Таким образом, получается набор пусковых характеристик электровоза, каждая из которых соответствует определенному значению напряжения, подводимого через выпрямитель к тяговым двигателям, а следовательно, скорости движения и силе тяги электровоза.

Другой статический преобразователь э. п. с.— выпрямитель,
собранный из кремниевых полупроводниковых элементов, преобра-
зует переменный однофазный ток в пульсирующий.

Схему выпрямления выполняют таким образом, что в течение каждого периода изменения напряжения в контактной сети ток протекает по вто­ричной обмотке то в одном, то в другом направлении (рис.43.7,а). Это схема выпрямления с так называемым нулевым выводом. Еще выше степень использования трансформатора, когда полу­проводниковые элементы преобразователя включены в четыре его плеча таким образом, что в один полупериод работает одна пара плеч, в другой — другая.

Рис. 4.35. Общий вид трансформатора электро­воза (а) и схема его охлаждения (б): / — бак; 2 — маслоохладитель; 3—воздухопровод; 4—выводы вторичной обмотки; 5 — расширитель для масла; 6, в — кронштейны установки контрол­лера; 7—ввод первичной обмотки; 9—электронасос прокачки масла; 10 — маслопроводы; // — пробка; 12 — трубки охладителя

Рис. 4.36. Кремниевые вентили: а — диод; б — управляемый вентиль (тиристор); 1 — наконечник; 2 — гибкий внешний вывод; 3 —соединительная втулка; 4 — изолятор; 5 — крышка корпуса; 6 — внутренний гибкий вывод; 7 — плас-тина монокристалла кремния; 8 — корпус медный;9 — соединительный стержень корпуса; 10 —вывод управляющего электрода.

Рис.4.37 Схемы выпрямления тока: а- с нулевым выводом; б- с подключением мостом.

В течение обоих полупериодов изменения напряжения в контактной сети ток в тяговом двига­теле протекает в одном и том же направлении, обеспечивая неизменное направление вращающего момента (рис.4.37 б).

Каждый полупроводниковый элемент рассчитан на определен­ные напряжение и ток. Чтобы получить необходимое напряже­ние на выходе выпрямителя, все его плечи набирают в виде цепочек из последовательно соединенных элементов. Для обеспе­чения требуемого значения тока в каждом плече параллельно соединяют несколько таких цепочек. Как видим, статический полупроводниковый преобразователь представляет собой последо­вательно-параллельное соединение полупроводниковых элементов.

Более целесообразно использовать в выпрямителе управляе­мые полупроводниковые элементы — тиристоры, играющие одно­временно роль не только выпрямителей однофазного тока, но и средства регулирования напряжения на тяговых двигателях.

Неотъемлемой частью электрооборудования э. п. с. являются контакторы. Ими управляют дистанционно. Эти аппараты имеют силовую часть, переключающие элементы которой введе­ны в силовую цепь, и привод низкого напряжения с обмоткой возбуждения, изолированный от силовых цепей.

Машинист или автоматическое устройство, если оно есть, по­дает из кабины управления через контроллер импульс низкого напряжения на обмотку возбуждения привода контактора (или контакторов). Под влиянием этого импульса привод прихо­дит в действие, меняя относительное положение токоведущих силовых частей контактора и осуществляя этим необходимые переключения в силовой цепи. Дугогасительные камеры обору­дованы системами воздушного или магнитного дугогашения.

Контакторы различают по мощности в зависимости от на­значения. Контакторы небольшой мощности имеют электромаг­нитный привод, большей мощности — электропневматический, обеспечивающий более сильное прижатие токоведущих частей при их переключениях. При возбуждении катушки электромагнитного привода притягивается (отталкивается) сердечник привода и перемещаются механически соединенные с ним изолированные токоведущие части контактора, замыкая или разрывая силовую цепь.

При возбуждении катушки электропневматического привода контактора происходит впуск (выпуск) сжатого воздуха в (из) цилиндр привода и резкое перемещение его токоведущих частей; возникающая дуга гасится в дугогасительной камере.

Контакторы, производящие переключения секций вторичной обмотки трансформатора, имеют для четкой фиксации последо­вательности их срабатывания не индивидуальный, а групповой привод. На общем валу группового переключателя размещены кулачки, профиль каждого из которых при повороте вала на определенный угол соответствует требуемому положе­нию данного контактора — включен он или выключен. Вал имеет электропневматический привод, на который воздействует маши­нист с помощью контроллера.

Другим примером контакторов с групповым приводом являет­ся реверсор — аппарат, служащий для изменения направления движения э. п. с. В принципе, изменить направление движе­ния э. п. с. можно, изменив направление тока либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения. Достаточно изменить на­правление одного из них, и двигатель начнет вращаться в дру­гую сторону. Проще изменять направление тока в обмотке воз­буждения. Для этого и служит реверсор, контакторы которого подключены к выводам обмотки возбуждения. Групповой привод обеспечивает строгую последовательность срабатывания контак­торов.

С помощью реверсора машинист производит переключения только при неподвижном э. п. с. и обесточенных цепях одно­временно всех тяговых двигателей, поэтому у реверсора нет дугогасительной камеры.

В цепях главным образом управления и защиты от наруше­ний нормальных режимов работы э. п. с. широко исполь­зуются различные маломощные электромеханические преобразо­ватели — реле, замыкающие одни и размыкающие другие кон­такты в зависимости от их предназначения. Токовые реле срабатывают при увеличении тока в катушке сверх установ­ленного значения, реле оборотов — в случае превышения установ­ленной частоты вращения агрегата, реле времени — после опре­деленной выдержки времени, промежуточное реле — после сраба­тывания первичного датчика и т. п. Несмотря на то что реле являются маломощными устройствами, нельзя недооценивать их роль в обеспечении нормальной работы э. п. с.

Опыт эксплуатации показывает, что причинами нарушения нормальных режимов работы могут явиться резкое повышение по различным причинам напряжения в контактной сети, снятие этого напряжения, перенапряжения, возникающие в силовых цепях, воздействие грозовых разрядов, неправильные действия локомотивной бригады при управлении и т. п.

Основным аппаратом защиты силовых цепей э. п. с. перемен­ного тока в режиме тяги является главный воздушный выклю­чатель (рис. 3.3), расположенный на крыше электровоза. Он включен в цепь питания первичной обмотки трансформатора; вы­ключатель оборудован мощной дугогасительной камерой, пред­ставляющей собой пустотелый изолятор 1. При его срабаты­вании практически мгновенно (в течение сотых и тысячных долей секунды) прекращается питание электровоза от контактной сети, снимается напряжение со всех аппаратов. Срабатывание главного выключателя при движении поезда (срабатывание под нагрузкой), т. е. разрыв силовой цепи электровоза, сопровож­дается мощной вспышкой электрической дуги. Кроме того, прекра­щение питания электровоза вызывает резкую оттяжку состава и, как следствие, продольный удар в поезде. Вернуть выключа­тель в исходное положение машинист может, нажав на кнопку «Возврат ГВ» на пульте управления, в результате чего будет подано напряжение на катушку его привода.

Однако восстановление выключателя произойдет лишь при отсутствии повреждения в цепи э. п. с.

Рис. 3.3. Главный воздушный выключа­тель показан в выключенном положении после разрыва цепи двигателей. Его основные узлы: пустотелый горизонталь иый изолятор 1. неподвижный кон такт 2, заземляющий кронштейн 3, нож разъединителя 4, жестко укрепленный на поворотном изоляторе 5, корпус 6, воздушный резервуар 7.

На э. п. с. постоянного тока основным аппаратом защиты силовых цепей является быстродействующий выключатель, также оборудованный мощной дугогасительной камерой (рис. 4.39).

Ранее на электропоездах роль аппаратов защиты выполняли так называемые линейные контакторы, включенные между токо­приемником и пусковыми резисторами.

Для защиты силовых цепей в режиме рекуперации исполь­зуют быстродействующие электромагнитные контакторы, мощ­ность которых меньше, чем у быстродействующих выключа­телей э. п. с. постоянного тока или главных выключателей э. п. с. переменного тока.

Рис. 4.39. Быстродействующий выключатель: 1-магнитопровод;

2-удерживающая катушка; 3-размагничивающий виток; 4- якорь;

5- пневмопривод; 6- пружина; 7- силовые контакты; 8- дугогасительная катушка; 9- дугогасительная камера.