Полупроводниковые преобразователи для режима тяги

Неуправляемые выпрямители. На электровозах переменного тока для питания тяговых двигателей в режиме тяги широко применя­ют неуправляемые выпрямители. Они предназначены для преоб­разования переменного тока в постоянный (пульсирующий). Вы­прямители могут быть соединены с обмоткой трансформатора раз­личными способами и вследствие этого имеют различную струк­туру.

Наиболее простая схема выпрямления приведена на рис. 12.3, а, где выпрямитель состоит из одного диода VD.

Напряжение во вторичной обмотке трансформатора, как и в первичной, изменяется по синусоиде. Когда оно приложено к выпрямителю таким образом, что потенциал анода диода выше, чем у катода, через выпрямитель проходит ток. В противном слу­чае выпрямитель ток не пропускает. Таким образом, по цепи на­грузки проходит не постоянный, а пульсирующий ток, который постоянен только по направлению (рис. 12.3, б).

Рассмотренная схема однополупериодного выпрямления на электровозах не используется.

Для того чтобы через нагрузку проходил ток в оба полуперио­да, применяют схему двухполупериодного выпрямления — либо с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, либо мостовую.

В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, а выпрямитель и двигатель включают так, как показано на рис. 12.4, а. В первый полупериод проводит ток (открыт) тот диод, к которому напряжение приложено в пря­мом направлении, а другой диод закрыт. В следующий полупериод состояние диодов меняется на противоположное. Таким образом, в течение каждого полупериода через двигатель проходит ток, сила которого изменяется от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля.

Недостаток такой схемы выпрямления заключается в том, что постоянно работает только половина обмотки трансформатора, а это приводит к неэффективному использованию устройства.

Выпрямительная установка, собранная по мостовой схеме, со­стоит из четырех плеч (рис. 12.4, б). Если в первый полупериод ток проходит от обмотки трансформатора через диод VD1, нагрузку (двигатель) и диод VD4 в обмотку трансформатора, то во второй полупериод при изменении направления напряжения — через диод VD2, нагрузку, диод VD3 в обмотку трансформатора. Следователь­но, как и в предыдущей схеме, ток в каждый полупериод прохо­дит через нагрузку в одном и том же направлении (рис. 12.4, в), однако в мостовой схеме вторичная обмотка тягового трансфор­матора работает полностью.

Каждое плечо моста содержит несколько последовательно со­единенных диодов и параллельных ветвей. Так, плечо моста вы­прямителя восьмиосного электровоза ВЛ80^р включают в себя 12 параллельных ветвей (рис. 12.5), в каждую из которых входят четыре последовательно соединенных лавинных диода. Таким образом, в состав одного выпрямителя входят 4x4x12 = 192 диода.

Выпрямитель рассчитан на номинальную силу выпрямленного тока 3 200 А и номинальное напряжение 1 350 В. Он питает два тяговых двигателя. Поэтому на восьмиосных электровозах устанав­ливают четыре таких выпрямителя; общее число диодов в них равно 768. Коэффициент полезного действия выпрямителя составляет 99 %. Выпрямитель размещен в двух шкафах и работает только с прину­дительным охлаждением. Каждый выпрямитель снабжен довольно сложной системой защиты.

Управляемые выпрямители. Собранные на тиристорах управля­емые выпрямители позволяют не только осуществить преобразо­вание переменного тока в постоянный, но и перейти от ступен­чатого к плавному регулированию напряжения, подводимого к тяговым двигателям электровозов переменною тока.

Рассмотрим, как осуществляется плавное регулирование на­пряжения. В выпрямителе, собранном на тиристорах VS по мосто­вой схеме (рис. 12.6, а), можно изменять угол их открытия, т.е. подавать в соответствующие моменты управляющие импульсы тока. При этом можно регулировать среднее значение напряжения U_ср от нуля до максимального возможного (рис. 12.6, б). Последнее соответствует среднему значению выпрямленного напряжения в неуправляемых выпрямителях.

Как видно из рис. 12.6, б, при таком регулировании, называе­мом глубоким, возникают большие пульсации напряжения и вы­прямленного тока, что существенно осложняет работу тяговых дви­гателей.

Для устранения таких пульсаций на электровозе ВЛ80^р осуще­ствляется более плавное регулирование напряжения (рис. 12.7). Здесь тяговый трансформатор имеет три секции вторичной обмотки, а выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, — восемь плеч. Предусмотрены четыре зоны регулирования выпрямленного на­пряжения, в каждой из которых осуществляется плавное регули­рование в пределах четверти амплитуды подаваемого напряжения. Тиристоры позволяют осуществлять переключение с одной сек­ции на другую при отсутствии тока, что исключает необходимость применения контакторов с дугогашением.

Напряжение, возникающее в процессе его плавного измене­ния в пределах регулируемой секции, складывается с напряжени­ем, индуцируемым в секциях, где уже был завершен этот процесс. Поэтому глубокое регулирование осуществляется только в пер­вой секции вторичной обмотки (когда на двигатели подается не­большое напряжение).