Трансформаторы и выпрямительные установки

Устройство электровоза

 

 

конспект лекций

часть 3

Трансформаторы и выпрямительные установки

Преподаватель П.В. Старшинов

г. Свободный

2012 г.

Оглавление

Регулирование напряжения. 101

Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б. 102

Трансформатор ТРПШ-2. 105

Переходной реактор ПРА-48. 108

Сглаживающий реактор РС-53. 109

Индуктивный шунт ИШ-95. 110

Полупроводниковые приборы. 112

Схемы выпрямления переменного тока. 114

Выпрямительная установка ВУК-4000Т. 116

Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-758. 117

Выпрямительно-инверторный преобразователь. 119

 

 

Регулирование напряжения.

Регулирование напряжения на вторичной обмотке тягового трансформатора основано на изменение напряжения путем изменения коэффициента трансформации, или с помощью управляемых вентилей – тиристоров, или и то и другое вместе, т.е. комбинированный способ.

Коэффициент трансформации – это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Регулирование напряжения, изменением коэффициента трансформации осуществляется путём изменения количества витков во вторичной обмотке.

Поэтому вторичная обмотка тягового трансформатора ВЛ80 состоит из двух одинаковых полуобмоток, каждая из которых имеет основную не секционированную часть а1-х1, а2-х2 и секционированную часть – это 1-01 и 02-5 которые разделены на 4 одинаковые секции по числу витков.

Регулирование напряжения сводится к тому, чтобы к нерегулируемым частям подключить то или иное число секций регулируемой части, встречно или согласно.

С 1 по 17 позицию для получения низких напряжений нерегулируемую и регулируемую обмотки включают встречно, т.е. соединяют конец одной обмотки с концом другой.

Для постепенного увеличения напряжения на ТЭД по порядку отключают встречно включенные секции регулируемой обмотки и на 17 позиции регулируемая обмотка полностью выключается, т.е напряжение на ТЭД равно 638 В.

Между 17 и 18 позициями имеются 4 промежуточных позиции, на которых происходит переключение обмоток со встречного на согласное соединение, а выводы ПРА переключаются с отпайки 01 на 1 для одной тележки и с 02 на 5для другой тележки.

Принцип повышения напряжения с 18 по 33 позицию заключается в постепенном подключении к нерегулируемой обмотке по секции регулируемой обмотки и на 33 позиции обе обмотки полностью включены согласно и напряжение ТЭД равно 1218 В.

Схема силовой цепи электровоза ВЛ80С построена так что каждая группа ТЭД получает напряжение от обеих полуобмоток поочередно. В один полупериод от одной полуобмотки в другой полупериод от другой полуобмотки. В результате этого на не семитричных (не ходовых) позициях, когда напряжение на полуобмотках разное обеспечивается одинаковое среднее напряжение на всех ТЭД, а также за счет этого уменьшается прибавка напряжения т.е. обеспечивается плавность нарастания напряжения на ТЭД.

Переключение цепи с одной отпайки на другую должно происходить без перерыва питания ТЭД. Если же не отключить питание, то при переключении с одной отпайки на другую их секции окажутся под током короткого замыкания, что недопустимо, поэтому для перехода используют переходные реакторы ПРА.

 

Трансформатор ТРПШ-2.

Предназначен для питания цепей управления, освещения и подзаряда АБ. Обеспечивает постоянство напряжения от своей вторичной обмотки на цепи управления 50-52 В, при колебании напряжения на обмотке собственных нужд 280-460 В.

Магнитная система ТРПШ состоит из трёх магнитопроводов, набранных из листов электротехнической стали. Магнитопроводы отделены друг от друга изолированными шпильками. Основной средний магнитопровод имеет площадь сечения приблизительно в 3 раза больше чем сечение шунтов.

Первичная обмотка (1) состоит из двух катушек соединённых последовательно и имеющих по 74 витка. Каждая из катушек охватывает все 3 сердечника и намотанных на них вторичной обмотки и обмотки управления.

Вторичная обмотка (2) расположена внутри первичной и охватывает основной центральный магнитопровод. Состоит из двух катушек соединённых параллельно и имеющих по 37 витков.

Обмотка управления (3) состоит из четырёх катушек по 57 витков в каждой. Катушки расположены на стержнях шатунов, соединены последовательно, таким образом, что ЭДС наводимый переменным магнитным потоком от первичной обмотки взаимно компенсируется и равно нулю, а постоянные магнитные потоки наводимые катушками в шунтах при протекании по ним постоянного тока от трансформатора ТН (трансформатор напряжения) складывается.

После сборки ТРПШ пропитывают в лаке. ТРПШ установлен в БСА-1 посередине на полу.

Работа. При снижении напряжения в контактной сети снижается напряжение на первичной обмотке ТРПШ, что вызывает снижение напряжения на вторичной обмотке, где необходимо его постоянство для питания ЦУ. Стабилизация вторичного напряжения осуществляется с помощью обмотки управления, которая действует на изменение переменного магнитного потока в основном магнитопроводе по следующей схеме:

Первичная обмотка, питаясь переменным током наводит в шунтах и в основном магнитопроводе переменный магнитный поток. При снижении напряжения на первичной обмотке снижается переменный магнитный поток, наводимый ею в магнитопроводах. С помощью БРН (бесконтактный регулятор напряжения) в этот момент на обмотку управления подаётся постоянный ток. Обмотка управления начинает создавать постоянный магнитный поток в шунтах, насыщая им сердечники шунтов, при этом переменный магнитный поток, наводимый первичной обмоткой, вытесняется из шунтов в основной магнитопровод, увеличивая переменную ЭДС во вторичной обмотке, т.е. повышает вторичное напряжение до 52В. При этом срабатывает БРН и отключает питание обмотки управления постоянным током. Шунты размагничиваются, и переменный магнитный поток из основного магнитопровода перетекает обратно в шунты, степень насыщения основного магнитопровода снижается, что вызывает снижение напряжения в цепях управления до 50 В.

ТРПШ работает в импульсном режиме т.к. подмагничивание происходит периодически только при снижении напряжения на вторичной обмотке ТРПШ до 50 В (или в ЦУ).

 

Трансформатор Т-3 сх.№77

Предназначен для автономного питания системы «земляной защиты».

Состоит: двухстержневого магнитопровода и катушки. Катушка имеет две изолированные друг от друга обмотки. Первичная 1460 витков, вторичная 890 витков. Катушка имеет корпусную изоляцию и закреплена на м.проводе спец. клиньями. Магнитопровод шихтованный 0,35 мм. Стянут боковинами являющимися лапами для крепления на панели. С двух сторон закреплены шпильки к которым крепятся вывода. На последних сериях электровоза данный тр-р заменен на ТР-18 у которого U1 =400В, а U2=242В.

Трансформатор ТР-45 сх.№ТН

Предназначен для питания цепей БРН (бесконтактный регулятор напряжения) и управляющей обмотки ТРПШ.

Состоит: двухстержневого магнитопровода и катушки. Катушка имеет первичную и две вторичные обмотки. Между вторичными и первичной обмотками проложен экран, т.е. намотан слой медной проволоки соединенный с корпусом для исключения воздействия магнитных потоков рассеивания на вторичные обмотки Магнитопровод шихтованный, катушка закреплена на нем спец клиньями. Установлен выше ТРПШ в ВВК1.

Трансформатор ТН-1 сх.№112

Предназначен для питания сельсин датчика указателя позиций.

Состоит: двухстержневого магнитопровода и двух катушек. Магнитопровод шихтованный, катушка закреплена на нем спец клиньями. Установлен на панели №2 в трансформаторном отсеке.

Трансформатор ТК-40 сх.№23

Предназначен для питания токовой обмотки счетчика активной энергии.

Шина первичной обмотки тягового трансформатора является первичной обмоткой для данного тр-ра. Вторичной обмоткой является несколько витков провода намотанных на первичную обмотку. При протекании тока по первичной обмотке тр-ра в витках наводится ЭДС которая поступает на обмотку счетчика изменяя скорость вращения диска

 

Переходной реактор ПРА-48

Схемный №25, предназначен:

1. Для перехода с одной позиции на другую без разрыва силовой цепи.

2. Для уменьшения тока КЗ при замыкании секций ТТ при переходе с позиции на позицию.

3. Для деления напряжения секций пополам с целью уменьшения прибавки напряжения на ТЭД.

4. Разделяет ток нагрузки на два контактора ЭКГ, уменьшая подгар контактов.

Состоит: из двух одинаковых реакторов верхнего и нижнего, каждый из которых работает самостоятельно в своей полу обмотке ТТ. Каждый реактор состоит из четырёх спиральных катушек намотанных из двух параллельных алюминиевых шин сечением 8*60мм, с зазорами между ними 7мм. Каждая из катушек имеет 13 витков. Оба реактора установлены на гетинаксовым основании толщиной 30мм и в осевом направлении стянуты 8-мью дюралюминиевыми шпильками. Для уменьшения магнитных потоков рассеивания на торцевых частях каждого реактора крест на крест расположены специальные экранирующие пакеты набранные из листов электротехнической стали.

Эти пакеты необходимы для предотвращения нагрева близлежащих металлических предметов от магнитных потоков рассеивания. Шины пропитаны специальным изоляционным лаком. Для предотвращения попадания между витками посторонних предметов над верхним реактором закреплены 4 асбоцементных листа. Установлен ПРА на крышке бака ТТ под ЭКГ, масса 450кг..

Принцип работы.

Переключение происходит следующим порядком:

1. ПРА обоими выводами подключается к одной отпайке №3, и ток нагрузки делится пополам между полу обмотками реактора, каждая полу обмотка создаёт свой магнитный поток. Суммарный магнитный поток реактора в этом случае будет равен нулю, т.к. ток в полу обмотках направлен встречно, из-за чего индуктивность реактора равна нулю, т.е. он не оказывает сопротивление для протекания тока. ПРА работает как делитель тока.

2. Один вывод ПРА подключается к отпайке №4 а другой остаётся подключенный к отпайке №3, при этом ПРА работает как делитель напряжения, т.к. напряжение начинает воздействовать на половину напряжения секций, 145/2=72,5В. Через ПРА протекает ток нагрузки и ток короткого замкнутой обмотки, при этом возникает неравенство токов в полу обмотках ПРА, появляется направленный магнитный поток, который резко увеличивает индуктивное сопротивление реактора, которое ограничивает ток КЗ. Из за протекания тока КЗ по ПРА его катушки нагреваются.

Позиции на которых ПРА работает как делитель тока называются ходовыми, их 9 позиций, а остальные 24 позиции переходные. На ходовых позициях можно ехать бесконечно долго, а на неходовых ПРА работает в режиме КЗ и сильно нагревается, поэтому на них рекомендуется ездить краткое время от 30 секунд до 3-х минут.

Сглаживающий реактор РС-53

Схемный №55, 56 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи ТЭД.

Состоит из шихтованного магнитопровода на который на ребро намотана медная шина сечением 4*65мм, зазор между витками 4мм. Межвитковая изоляция выполнена на 1/3 высоты шины для лучшего охлаждения катушки, которая имеет 70 витков. С двух сторон реактор имеет 2 гитенаксовые боковины стянутые двумя дюралюминиевыми шпильками. Для лучшего охлаждения реактор сверху и снизу закрыт стеклопластиковым кожухом для подвода и отвода воздуха. Установлен между шкафами ВУК внизу. Масса реактора 800 кг. Принцип работы. Включается в силовую цепь последовательно с ТЭД увеличивая общую индуктивность цепи. Индуктивность реактора не постоянна и зависит от тока протекающего по катушке. При трогании с места, ток достигает больших значений при этом индуктивность реактора наименьшая (за счёт намагничивания сердечника).

При увеличении скорости движения, напряжение на ТЭД возрастает, что вызывает увеличение пульсаций тока и повышения индуктивности катушки реактора, за счёт которой происходит сглаживание пульсаций. При появлении индуктивности в катушке, увеличивается ЭДС самоиндукции, направление которой всегда противоположно направлению пульсаций.

 

Индуктивный шунт ИШ-95.

Схемный №ИШ-1-4 предназначен для улучшения коммутации, равномерного распределения тока между обмоткой возбуждения ТЭД и шунтирующим резистором при включении ОП.

Состоит из сердечника и катушки. Сердечник набран из листов электротехнической стали и на него намотано на ребро медная шина сечением 3*45мм с зазором между витками 2мм. Сердечник находится между двух боковин стянутых тремя шпильками. Изоляцией является лак с выпечкой в печи. Установлены шунты в форкамере БСА-1 и БСА-2. Масса 110кг.

Принцип работы. Пульсирующий ток состоит из двух составляющих: переменной и постоянной. На переменную составляющую оказывает большое влияние индуктивное сопротивление сглаживания. Для постоянной составляющей, индуктивность роли не играет.

При включении резистора параллельно обмотке возбуждения, который обладает большим активным сопротивлением и малым индуктивным сопротивлением, появляется контур для прохождения тока с увеличенной переменной составляющей, которая протекая по якорю ухудшает коммутацию, в результате происходит переброс по коллектору. Для исключения неравномерного распределение тока между ОВ и резистором, т.е. исключение контура, в параллельную цепь добавили индуктивный шунт, увеличивающий индуктивное сопротивление и улучшает коммутацию ТЭД.

 

Дроссели и фильтры

Дроссель Д51 сх. №ДП

Предназначен для снижения уровня радиопомех при работе электровоза. Состоит из опорного изолятора на котором в изоляционных планках закреплена катушка из меди сечением 3×20 мм. Установлен на крыше электровоза рядом с токоприемником.

Дроссель ДС1 сх.№ДС1

Предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепях управления. Состоит из трехстержневого магнитопровода на средний стержень которого намотана катушка. Катушка находится в изоляционном цилиндре из стеклопластика и пропитана в лаке. В цепь включается последовательно, установлена в ВВК1 рядом с ТРПШ.

 

Дроссель ДС3 сх.№ДС3

Предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в заряда аккумуляторной батареи. Состоит из двухстержневого магнитопровода на один из стержней которого намотана катушка. Катушка пропитана в лаке и покрыта эмалью, установлена рядом с ДС1.

 

Полупроводниковые приборы

Основой полупроводникового вентиля является монокристалл кремния или германия с одной стороны которого вводятся атомы фосфора а с другой бора с различным числом электронов, в следствии чего со стороны фосфора образуется отрицательная область n(-), а со стороны бора положительная Р(+). При взаимодействии двух областей образуется Р-n переход который создает сопротивление R для протекания тока через пластину монокристалла.

При подключении обратного напряжения заряженные частицы уходят к краям пластины увеличивая Р-n переход в результате чего электрический ток через пластину не протекает.

При подключении прямого напряжения свободные заряженные частицы подходят к друг другу максимально уменьшая Р-n переход в пластине, при этом начинается обмен заряженных частиц т.е. через пластину начинает протекать электрический ток.

Диод – это полупроводниковый вентиль пропускающий ток только в одном направлении.

Лавинный диод – это диод который после пробоя и уменьшения обратного напряжения восстанавливает свои свойства полупроводника, т.е. не выходит из строя.

Тиристор – это полупроводниковый вентиль который имеет три Р-n перехода и пропускает электрический ток только в одном направлении, но только после подачи отпирающего электрического импульса на его управляющий электрод

Основные параметры характеризующие вентиль

1. Предельный ток – это максимально допустимое значение тока длительно протекающего через вентиль при максимально допустимой температуре.

2. Прямое падение напряжения – характеризует сопротивление вентиля в прямом направлении от которого зависит распределение тока в параллельно включенных вентилях.

3. Обратное напряжение – это наибольшее мгновенное значение напряжения прикладываемого к вентилю в обратном направлении, а к тиристору и в прямом закрытом направлении.

4. Отпирающий ток управления.

5. Отпирающее напряжение.

6. Время выключения тиристора при максимальной температуре.

Вентили изготовленные из полупроводниковых приборов по конструктивному исполнению делятся на штыревые и таблеточного типа.

В штыревых вентилях анодный или катодный вывод выполнен в виде шпильки (9) для крепления к радиатору. В этих вентилях кремневый элемент (7) помещают в специальный герметичный корпус состоящий из основания (8) со шпилькой и верхней цилиндрической части (6). Кремневый элемент припаивают к основанию от которого осуществляется подача тока к элементу, от верхней части элемента ток отводится через гибкий медный шунт (2) с наконечником (1). Анодная часть от катодной изолируется стеклянным изолятором (5).

 

Для эффективного отвода тепла и во избежание перегрева вентиля, он своим хвостовиком вкручивается в радиатор до плотного соприкосновения поверхностей.

Однако контакт алюминиевого радиатора с медным корпусом вентиля с течением времени может ухудшиться, что приведет к увеличению переходного сопротивления, ухудшению распределения тока, перегрева, что может привести к пробою вентиля. Поэтому между вентилем и радиатором прокладывают токоотводящую медную пластину, которая одновременно является выводом для включения вентиля в силовую цепь.

По конструкции вентиля таблеточного типа проще чем штыревые, что позволяет изготавливать на большую мощность, это сокращает их количество в выпрямительных установках, что повышает надежность последних.

 

Устройство электровоза

 

 

конспект лекций

часть 3

трансформаторы и выпрямительные установки

Преподаватель П.В. Старшинов

г. Свободный

2012 г.

Оглавление

Регулирование напряжения. 101

Тяговый трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б. 102

Трансформатор ТРПШ-2. 105

Переходной реактор ПРА-48. 108

Сглаживающий реактор РС-53. 109

Индуктивный шунт ИШ-95. 110

Полупроводниковые приборы. 112

Схемы выпрямления переменного тока. 114

Выпрямительная установка ВУК-4000Т. 116

Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-758. 117

Выпрямительно-инверторный преобразователь. 119

 

 

Регулирование напряжения.

Регулирование напряжения на вторичной обмотке тягового трансформатора основано на изменение напряжения путем изменения коэффициента трансформации, или с помощью управляемых вентилей – тиристоров, или и то и другое вместе, т.е. комбинированный способ.

Коэффициент трансформации – это отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Регулирование напряжения, изменением коэффициента трансформации осуществляется путём изменения количества витков во вторичной обмотке.

Поэтому вторичная обмотка тягового трансформатора ВЛ80 состоит из двух одинаковых полуобмоток, каждая из которых имеет основную не секционированную часть а1-х1, а2-х2 и секционированную часть – это 1-01 и 02-5 которые разделены на 4 одинаковые секции по числу витков.

Регулирование напряжения сводится к тому, чтобы к нерегулируемым частям подключить то или иное число секций регулируемой части, встречно или согласно.

С 1 по 17 позицию для получения низких напряжений нерегулируемую и регулируемую обмотки включают встречно, т.е. соединяют конец одной обмотки с концом другой.

Для постепенного увеличения напряжения на ТЭД по порядку отключают встречно включенные секции регулируемой обмотки и на 17 позиции регулируемая обмотка полностью выключается, т.е напряжение на ТЭД равно 638 В.

Между 17 и 18 позициями имеются 4 промежуточных позиции, на которых происходит переключение обмоток со встречного на согласное соединение, а выводы ПРА переключаются с отпайки 01 на 1 для одной тележки и с 02 на 5для другой тележки.

Принцип повышения напряжения с 18 по 33 позицию заключается в постепенном подключении к нерегулируемой обмотке по секции регулируемой обмотки и на 33 позиции обе обмотки полностью включены согласно и напряжение ТЭД равно 1218 В.

Схема силовой цепи электровоза ВЛ80С построена так что каждая группа ТЭД получает напряжение от обеих полуобмоток поочередно. В один полупериод от одной полуобмотки в другой полупериод от другой полуобмотки. В результате этого на не семитричных (не ходовых) позициях, когда напряжение на полуобмотках разное обеспечивается одинаковое среднее напряжение на всех ТЭД, а также за счет этого уменьшается прибавка напряжения т.е. обеспечивается плавность нарастания напряжения на ТЭД.

Переключение цепи с одной отпайки на другую должно происходить без перерыва питания ТЭД. Если же не отключить питание, то при переключении с одной отпайки на другую их секции окажутся под током короткого замыкания, что недопустимо, поэтому для перехода используют переходные реакторы ПРА.