Регулирование напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги

Для удобства рассмотрения принципов регулирования на рисунке 6 приведена упрощенная силовая схема электровоза, где цифрами 1 - 8 обозначены плечи ВИП, цифрами I - III секции обмоток трансформатора. При этом секция I соответствует секциям a1 - 1, а2 - 3 обмоток тягового трансформатора Т5, секция II - секциям 1 - 2, 3-4, секция III – секциям 2-x1, 4-x2.

Тиристоры ВИП открываются с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых блоком управления А96 (МСУД - Н).

Алгоритм управления тиристорами - в соответствии с таблицей 1.

На первой зоне регулирования тяговые двигатели питаются от выпрямитель­ных мостов, образуемых плечами 3-6, подключенными на выводы секции II обмотки трансформатора.

Тиристоры плеч 3, 5 открываются импульсами с постоянной фазой α ₀, соот­ветствующей минимальному углу открытия, а тиристоры плеч 4, 6 - импульсами с регулируемой фазой α _Р. Если в один из полупериодов нагрузку взяли тиристоры плеч 4, 5, то в следующий полупериод при открытии тиристоров плеча 3 в момент α ₀ происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристоры плеча 3, а энер­гия цепи выпрямленного тока разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч 4, 3, сглаживающий реактор, тяговый электродвигатель. При угле открытия α _Р ти­ристоров плеча 6 происходит коммутация тока с тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6 и далее ток нагрузки проходит через тиристоры плеч 3 и 6.

В последующий полупериод при угле открытия α ₀ тиристоров плеча 5 за­крываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур разряда энергии по це­пи: тиристоры плеч 6, 5, сглаживающий реактор. Таким образом, происходит че­редование нулевых вентилей для различных полупериодов напряжения сети, что позволяет не усиливать по току плечи ВИП, работающие в первой зоне регулиро­вания

Чем большую часть проводящего полупериода проходит ток через тиристо­ры, тем больше среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых двига­телях.

Для реализации изложенных режимов работы ВИП в первой зоне необхо­димо на тиристоры плеча 5 в один и тот же полупериод напряжения сети подавать импульсы управления, регулируемые по фазе от π до α ₀ и импульсы управления с фазой α ₀.

Это объясняется тем, что тиристоры плеч 3 и 5, на которые подаются им­пульсы управления в начале полупериода (α ₀), не удерживаются в открытом со­стоянии до прихода импульсов с фазой α _Р на тиристоры плеч 4, 5. Поэтому пода­чей дополнительных импульсов на тиристоры плеча 5 будет создана цепь тока че­рез тиристоры плеч 4, 5, что позволит запасти электромагнитную энергию в реак­торе. В дальнейшем тиристоры плеча 5, получая импульсы управления с фазой α ₀ будут удерживаться в открытом состоянии за счет разряда электромагнитной энергии реактора, и импульсы с фазой α _Р с тиристоров плеча 5 могут быть сняты.

Во второй зоне плавным изменением фазы открытия тиристоров плеч 1, 2 осуществляется регулирование выпрямленного напряжения от 1/4U_НОМ до 1/2U_H0M.

Протекание тока в течение полупериода будет происходить следующим об­разом:

В начале полупериода ток будет проходить от секции II обмотки трансфор­матора через тиристоры плеча 3, цепи тяговых двигателей, плечо 6. В момент от­крытия тиристоров плеча 1 происходит коммутация тока с тиристоров плеча 3 на тиристоры плеча 1. С этого момента тяговые двигатели питаются от секций I, II обмотки трансформатора.

Аналогично ток будет проходить и во второй полупериод, но в работе будут участвовать тиристоры плеч 2, 4 и 5.

Для дальнейшего увеличения выпрямленного напряжения, при полностью открытых тиристорах плеч 1 и 2, нагрузка переводится с секций I, II на секцию III обмотки трансформатора.

Перевод осуществляется без потери тяги и бросков тока и происходит сле­дующим образом:

Нагрузка с тиристоров плеч 1, 2, 5, 6 переводится на тиристоры плеч 5, 6, 7, 8 без изменения тока якоря. Это достигается подачей на блок логики аппарату­ры управления синхроимпульсов в момент времени ω t = π /2. Если синхроимпульс поступает при полностью открытых тиристорах плеч 1, 6, то за время ω t = π /2+α ₀ должны быть выполнены логические операции, запрещающие подачу импульсов управления в следующий полупериод на тиристоры плеч 2 и 5 и разрешающие открытие тиристоров 6, 7. Тогда под действием э.д.с. всей вторичной обмотки трансформатора происходит коммутация тока с тиристоров плеча 1 на тиристоры плеча 7. Ток нагрузки проходит по цепи: тиристоры плеч 6, 7 секция III обмотки трансформатора. Тиристоры плеча 6 при таком переходе нагружены током в те­чение периода. Это происходит один раз, и дальше тиристоры плеч 6, 7 чередуют­ся с 5, 8, находясь под током половину периода. Если же синхроимпульс поступает при открытых тиристорах плеч 2, 5, тогда тиристоры плеча 5 остаются в от­крытом состоянии еще на один полупериод, так как должны быть открыты тири­сторы плеч 5 и 8 в соответствии с таблицей 1.

Дальнейшее повышение напряжения осуществляется путем подачи импуль­сов на открытие тиристоров плеч 5, 8 и 6, 7 с углом α ₀ и плавным изменением угла открытия тиристоров плеч 3 и 4 от максимального значения до α ₀.

При этом выпрямленное напряжение будет плавно изменяться от 1/2U_НОМ до 3/4U_H0M.

Ток по тиристорам указанных плеч в течение полупериода будет протекать следующим образом:

если ток протекает в начале полупериода через тиристоры плеч 5, 8 (или 6, 7), то с момента подачи импульса на открытие тиристоров плеча 3 (или 4) проис­ходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 (или 6) на тиристоры плеча 3 (или 4).

На четвертой зоне регулирования к работающим тиристорам плеч 3, 8 и 4, 7 дополнительно подключаются тиристоры плеч 1 и 2 с углом открытия α _Р. Таким образом, к секциям III, II обмотки трансформатора прибавляется секция I.

В момент открытия тиристоров плеч 1 и 2 с углом открытия α ₀ выпрямлен­ное напряжение будет иметь наибольшее значение.

Для уменьшения напряжения последовательность переходов обратная.

Выше рассматривался упрощенный алгоритм работы тиристоров преобра­зователя для режима тяги. Этот алгоритм позволяет рассмотреть основной прин­цип регулирования выпрямленного напряжения.

Теперь остановимся на некоторых особенностях работы преобразователя с параллельным соединением мостов. Так, например, на третьей зоне в режиме тяги тиристоры плеч 5, 8 и 6, 7 открываются в начале полупериода управляющим им­пульсом с фазой α ₀, с тиристоры плеч 3 и 4 - импульсом с фазой α _Р. Если в один из полупериодов ток тек по контуру: плечо 8, секции III и II, плечо 3, тяговые электродвигатели, то в начале следующего полупериода управляющие импульсы с фазой α ₀ подаются на тиристоры плеч 6 и 7. При этом образуются два контура коммутации тока:

а) плечи 3, 7- секции II, III;

б) плечи 6, 8 - секции III.

Первой начинается коммутация в контуре, где напряжение выше, то есть в контуре 1. Во время этой коммутации тиристоры плеча 7 открываются, а тиристо­ры плеча 3 закрываются. После завершения коммутации тока в контуре 1 (угол коммутации γ ₀) начинается коммутация в контуре 2 (угол коммутации γ '₀), при которой открываются тиристоры плеча 6.

Поскольку коммутация тока происходит поочередно в контуре с большим напряжением и в контуре с меньшим напряжением, потенциальные условия для начала коммутации в плечах, находящихся в контуре с меньшим напряжением, могут создаваться позже воздействия на них управляющих импульсов с фазой α ₀. В этом случае коммутация тока в контуре с меньшим напряжением может совсем не начаться, либо не все тиристоры плеча возьмут нагрузку, что приведет к нару­шению параллельной работы тиристоров.

Чтобы исключить подобные режимы, осуществляется автоматическое сле­жение за окончанием коммутации тока в контуре с большим напряжением и управляющий импульс на тиристоры малого контура подается в тот момент, когда напряжение на обмотке трансформатора восстановиться и создадутся потенци­альные условия для начала коммутации тока в меньшем контуре.

В конце второй, третьей и четвертой зон регулирования при подаче управ­ляющих импульсов на тиристоры с углом открытия α _Р во время коммутации ти­ристоров с углом открытия α ₀ может возникнуть режим с нарушением параллель­ной работы тиристоров, т.е. когда часть тиристоров плеча закрыта. Это возможно при снятии управляющих импульсов до окончания коммутации, когда ток через отдельные тиристоры может быть меньше тока удержания вследствие резкого снижения напряжения обмоток трансформатора и, следовательно, анодного на­пряжения тиристоров при коммутации. С целью исключения подобных режимов предусмотрено автоматическое ограничение фазы импульса - α _Р.