Меню Рубрики

Выпрямительные установки тяговых двигателей

Выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП)

Многих интересует серьезный вопрос – что такое выпрямительные установки и выпрямительно-инверторные преобразователи?

Данная тема напрямую касается электровозов и электропоездов переменного тока. На данных локомотивах и электропоездах применяют в основном тяговые электродвигатели постоянного (пульсирующего) тока. Проводится большая работа по установке на электровозы переменного тока тяговых электродвигателей переменного тока (асинхронных), но пока их внедрение носит экспериментальный характер. Высокое напряжение в контактной сети переменного тока (25000 Вольт) и значительно меньшее напряжение на коллекторах тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянного тока требует необходимости использования тяговых трансформаторов для понижения напряжения и преобразователей (диодов) для выпрямления переменного тока в постоянный.

Блок выпрямительно-инверторных преобразователей

Появление таких преобразователей – кремниевых вентилей: диодов, стало крупным научно-техническим достижением в электровозостроении. Началось их внедрение на электровозах и электропоездах. Это всем известные электровозы серии ВЛ60 всех индексов и ВЛ80 С и Т, кроме электровоза ВЛ80Р, о нем расскажу позже. Диоды, конструктивные названия которых – вентиль лавинный (ВЛ), размещаются в выпрямительных установках (ВУ), по одной установке на тележку. После выпрямления в выпрямительных установках ток, для сглаживания пульсаций, проходит через сглаживающий реактор и далее в цепь тягового электродвигателя.

Электровоз ВЛ80с

На электровозах ВЛ80 С и Т применяется реостатное торможение (торможение электродвигателями), которое требует установки еще одной выпрямительной установки возбуждения (ВУВ), которая предназначена для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД. Такое прогрессивное электрическое торможение как рекуперативное (возврат электроэнергии, вырабатываемой ТЭД в генераторном режиме в контактную сеть) для электровозов переменного тока данных конструкций было невыполнимо, до появления выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), но об этом позже.

Контроллер ЭКГ8Ж

Регулирование напряжения тяговых электродвигателей происходит на стороне низшего напряжения тягового трансформатора, путем подключения его обмоток. Для этого на электровозах установлен электрический контроллер главный – ЭКГ8Ж. Данный контроллер имеет 30 кулачковых контакторов без дугогашения и четыре с дугогашением (А, Б, В и Г), кулачковые валы и электродвигатель (сервомотор). Во избежание короткого замыкания при переключении секций устанавливается переходной реактор. Управление осуществляется контроллером машиниста, имеющим 33 позиции, причем продолжительное время можно работать на выделенных (ходовых) позициях, каждая пятая, остальные являются переходными.

Вспоминаю, в целом ЭКГ работают устойчиво, но иногда могут случаться и поломки – сгорает предохранитель сервомотора или частенько валы ЭКГ «загоняет за ноль» и приходится останавливаться, опускать токоприемники, проходить в высоковольтную камеру (ВВК) и вручную скручивать валы ЭКГ специальным ключом, ориентируясь по специальным рискам на лимбе вала. Но вот совершенно новые возможности для электровозов переменного тока открылись после появления управляемых кремниевых вентилей – тиристоров (управляемых диодов).

Тиристоры

Эти уникальные полупроводниковые приборы, устанавливаемые в мостовые схемы, могут не только выпрямлять переменный ток, но и регулировать его величину, а также постоянный ток изменять в переменный (инвертирование). Они позволили придать совершенно новые качественные характеристики локомотивам: во-первых, обеспечить плавное регулирование напряжение на ТЭД в режиме тяги; во-вторых, осуществить ранее невозможное для электровозов переменного тока — рекуперативное торможение. Принцип прост – секции трансформатора подключаются к плечам ВИП, через которые регулируется напряжение. Такая схема предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной обмотки тягового трансформатора. Ну а когда применяется электрическое торможение, то постоянный ток, вырабатываемый ТЭД в генераторном режиме, проходит через ВИП процесс инвертирования – преобразования его из постоянного в переменный, что и позволяет возвращать его в контактную сеть уже переменным.

Управляются эти процессы контроллером машиниста (небольшой штурвал или рукоятка на пульте) посредством цепей управления, контроллер имеет четыре зоны регулирования и просто плавно переводится из одной зоны в другую или обратно. Такая бесконтактная, безынерционная электронная система управления электровозом позволяет удобно и быстро изменять режимы движения. Так, переключение до полного напряжения на коллекторах ТЭД, переход на режим выбега и повторный выход на самое высокое напряжение занимает всего 1-2 секунды. Переход из режима тяги в режим рекуперативного торможения и обратно занимает около 9 секунд. И никакого ЭКГ не надо! Все происходит быстро, четко и плавно!

Конструктивно выпрямительно-инверторный преобразователь состоит из блока силового (БС) и блока питания (БП). Остовом для расположения всех элементов является сварной каркас из профильной и листовой стали. Части в каркасе расположены с учетом удобства выполнения монтажа и обслуживания при эксплуатации и теплового режима элементов. В принципе все. Когда мы пересели на электровозы ВЛ65 и ЭП1, 1М в пассажирском движении и 3ЭС5К «Ермак» в грузовом, то сразу почувствовали в полной мере все преимущества данной схемы! Как говорится – небо и земля! Необходимо отметить, что внедрение выпрямительно-инверторных преобразователей дело очень современное. Нет. В 1976 году в СССР началось серийное производство грузовых двухсекционных электровозов переменного тока оснащенных выпрямительно-инверторными преобразователями – ВЛ80Р, а в 1983 году электровозов ВЛ85, ну а затем начался серийный выпуск пассажирских электровозов — ВЛ65, ЭП1, ЭП1М, ЭП1П и грузовых – 2ЭС5К, 3ЭС5К и 4ЭС5К, объединенных одним названием «Ермак». Все они оборудованы рекуперативным торможением. Вот такой революционный прорыв в электровозостроении совершил полупроводниковый прибор – тиристор!

Читайте также:  Установка теплового зазора в двигателе

источник

Выпрямительные установки тяговых двигателей

Устройство. Выпрямительная установка выполнена по мостовой схеме и обеспечивает питание двух параллельно соединенных тяговых двигателей в одной тележке. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух прямоугольных шкафов (рис. 4.3), в каждом из которых находятся диоды двух плеч моста.

Каждое плечо выпрямительной установки ВУК-4000Т-02 (рис. 4.4, а) состоит из 48 вентилей типа BЛ-200-8 (не ниже восьмого класса), включенных в 12 параллельных ветвей по 4 последовательно соединенных вентиля в каждой цепи.

Все 4 плеча выпрямительной установки разделены на два блока, по два плеча в каждом. Например, для выпрямительной установки 61 два диодных плеча объединены в одном шкафу (блок 61-1), а два других диодных плеча находятся в другом шкафу (блок 61-2).

На боковой стенке шкафа выпрямительной установки укреплены изолированно друг от друга 96 вентилей двух плеч (12 рядов по

8 вентилей в каждом ряду), на боковой стенке другого шкафа аналогично расположены 96 вентилей двух других плеч. Радиаторы вентилей собраны на шпильках, которые для изоляции пропущены через бакелитовые трубки. Все радиаторы вентилей изолированы друг от друга текстолитовыми прокладками.

Вентили с шунтами расположены снаружи шкафа, а их радиаторы находятся внутри шкафа с зазором 40+50 мм от радиаторов вентилей другого плеча на противоположной стенке шкафа.

Радиаторы вентилей выпрямительных установок обдуваются воздухом сверху вниз со скоростью не менее 10 м/с от двух центробежных вентиляторов, расположенных на одном валу асинхронного двигателя МВЗ или МВ4, установленных сверху над блоками выпрямительных установок 61 и 62 соответственно.

Выпрямительная установка типа ВОППД-3,15к-1,4к-02, укомплектованная диодами с улучшенными параметрами типа ДЛ153-1250-24, конструктивно выполнена аналогично выпрямительной установке ВУК-4000Т-02, но имеет меньшее количество вентилей. Каждое плечо этой выпрямительной установки (рис. 4.4, б) состоит из 6 вентилей, включенных в три параллельные цепи по 2 последовательно соединенных вентиля в каждой.

Примечание. Для плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД при реостатном торможении используется выпрямительная установка возбуждения (ВУВ), собранная на тиристорах. Конструкция и работа в схеме этой выпрямительной установки в данном учебном пособии не рассматривается.

Рис. 4.3. Блок выпрямительной установки ВУК-4000Т-02: 1 — металлический каркас; 2 — шины; 3 — вентиль; 4 — радиатор вентиля; 5 — изоляторы; 6 — изоляционные шпильки

Рис. 4.4. Схема соединения диодов в диодном плече выпрямительной установки ВУК-4000Т (а) и ВОППД-3,15к-1,4к (б)

источник

Назначение и устройство выпрямительной установки ВУК-4000Т-02

Преобразовательные установки предназначаются для преобразования электрического тока из переменного в постоянный (выпрямители), из постоянного в переменный (инверторы), из переменного одной частоты в переменный другой частоты (преобразователи частоты). Процесс преобразования может происходить одновременно с регулированием напряжения. На электровозах переменного тока нашли широкое применение выпрямители, а в последнее время благодаря широкому распространению управляемых полупроводниковых вентилей применяются управляемые выпрямители, т. е. выпрямители с регулированием напряжения и инверторы (электровоз ВЛ80р), также с регулированием режима рекуперативного торможения.
Необходимость в преобразователях на электроподвижном составе переменного тока обусловлена, прежде всего, применением тяговых двигателей постоянного тока, в то время как в контактной сети переменное напряжение 25 кВ частотой 50 Гц. Поэтому на электровозах устанавливают оборудование, которое в тяговом режиме снижает это напряжение до уровня, допустимого для тяговых двигателей, преобразует переменный ток в постоянный и регулирует напряжение. Понижение напряжения осуществляется трансформатором и автотрансформатором, преобразование переменного тока в постоянный — выпрямителем. Регулирование напряжения может выполняться различными способами. При наличии в выпрямителях управляемых вентилей регулирование напряжения может осуществляться выпрямителями.
Выпрямительные установки с неуправляемыми вентилями установлены на всех электровозах переменного тока, кроме ВЛ80р. Выпрямительные установки, в которых применены управляемые вентили — тиристоры, используются на электровозах ВЛ80т и ЧС4Т для регулирования режима реостатного торможения путем изменения тока возбуждения тяговых двигателей в зависимости от необходимой силы торможения, скорости и других факторов.
На электровозе ВЛ80р выпрямительно-инверторные преобразователи выполнены на управляемых вентилях. Они в режиме тяги выполняют роль управляемых выпрямителей, а в режиме рекуперативного торможения — управляемых инверторов.
Основным элементом всех преобразователей является вентиль. При прохождении через вентиль тока часть энергии теряется — выделяется в виде тепла. Современные преобразовательные установки работают сравнительно с небольшими потерями энергии — не более 2%. Однако если не предусмотреть принудительного охлаждения — вентиляции, то эти потери могут привести к недопустимому нагреву оборудования, в первую очередь самих вентилей. Поэтому вентили монтируют в специальных охладителях — радиаторах с развитой поверхностью в виде ребер, а преобразователи оборудуют системой принудительного охлаждения потоком воздуха.
Для преобразователей большой мощности требуются десятки, а иногда сотни вентилей. Ток и напряжение должны равномерно распределяться между всеми вентилями. Поэтому в преобразователях используют устройства, выравнивающие ток и напряжение между вентилями. Наконец, преобразователи с управляемыми вентилями оборудуют системой, обеспечивающей подачу открывающих импульсов на управляющие электроды тиристоров, системами защиты и сигнализации: Все перечисленные устройства в комплексе составляют преобразовательную установку.

Читайте также:  Двигатели для гребных электрических установок

Краткая характеристика выпрямительной установки ВУК-4000Т-02

Назначение. Выпрямительная установка ВУК-4000Т-02 предназначена для выпрямления переменного тока в постоянный для питания тяговых двигателей.
Конструкция. Конструктивно каждая выпрямительная установка выполнена в виде двух блоков — шкафов прямо­угольной формы, основу которых составляет сварной металлический каркас 1 (рис. 1). Поскольку каждый вентиль 3 с радиатором 4 должен быть изолирован от соседних вентилей, радиаторы укреплены на изоляционных шпильках 6 и между ними проложены изоляционные прокладки. Шины 2, которыми выпрямительные установки подсоединены к цепям трансформатора и двигателей, установлены на изоляторах 5. Вентили одного плеча расположены с одной стороны, а вентили другого плеча — с другой. В каждую из 12 параллельных ветвей плеча входят четыре вентиля, расположенных друг под другом. Радиаторы охлаждаются потоком воздуха, направленного от вентилятора через переключающее устройство сверху вниз. Корпуса вентилей со стороны гибкого вывода охлаждаются благодаря естественной циркуляции воздуха. На каждой секции электровоза установлены четыре блока выпрямительных установок ВУК-4000Т-02.

Рисунок 1 – Общий вид выпрямительной установки ВУК-4000Т-02

Рисунок 2 – Фото выпрямительной установки

В каждом блоке размещено по шесть диодов с охладителями. Установка укомплектована диодами ВЛ200-8 не ниже 8-го класса. Для удобства замены диодов в эксплуатации они по значению прямого падения напряжения разбиты на две подгруппы, каждая из которых имеет следующую маркировку:

  • подгруппа I (0,52; .0,53; 0,54 В) — цвет черный;
  • подгруппа II (0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В) — цвет белый.

Одна выпрямительная установка содержит 192 диода.
Плечо моста содержит 4 последовательно и 12 параллельно соединенных диодов (рис.3).

Рисунок 3 – Схема соединений

Цифра 200 в обозначении диода указывает значение номинального прямого тока диода (200 А); класс диода характеризует значение обратного напряже­ния или напряжение лавинообразования; 8-й класс — не менее 869В.
Основой кремниевого выпрямительного диода (рис. 4) служит тонкая круглая пластинка из сверхчистого монокристаллического кремния, обладающего электронной проводимостью. В качестве электродов выпрямительного элемента в кремниевых диодах использованы никелированные вольфрамовые диски, припаиваемые с двух сторон к кремниевой пластинке и защищающие ее от механических повреждений. Для повышения надежности работы диода в обратном направлении боковую поверхность кремниевой пластинки стачивают на конус.

Рисунок 4 — Конструкция кремниевого диода

Выпрямительный элемент 2 припаян к массивному медному основанию 1, представляющему собой короткий болт с шестигранной головкой, на торце которой имеется цилиндрическое углубление для выпрямительного элемента. Нарезка на стержне болта служит для ввинчивания в тело охладителя 8, способствующего лучшему отводу тепла от диода. Сверху в основание завальцован стальной цилиндрический кожух 4, защищающий выпрямительный элемент от воздействия окружающей среды. К верхнему электроду элемента припаян гибкий провод 3, выходящий наружу сквозь изолирующую втулку 5 из свинцового стекла, укрепленную в верхней части кожуха. Наружный конец гибкого провода верхнего вывода 6, являющегося одним из электродов диода, снабжен стандартным наконеч­ником 7 для включения диода в цепь.

Фрагмент работы с оформлением в формате PDF можно посмотреть ЗДЕСЬ

В комплект входит чертеж выпрямительной установки ВУК4000Т-02 на формате А1 в программе «Компас» (формат CDW)

источник

ТЕМА 5.3 УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ВУК 4000Т-02

Введение. Общие сведения о выпрямительных установках

Преобразовательные установки предназначаются для преобразования электрического тока из переменного в постоянный (выпрямители), из постоянного в переменный (инверторы), из переменного одной частоты в переменный другой частоты (преобразователи частоты). Процесс преобразования может происходить одновременно с регулированием напряжения. На электровозах переменного тока нашли широкое применение выпрямители, а в последнее время благодаря широкому распространению управляемых полупроводниковых вентилей применяются управляемые выпрямители, т. е. выпрямители с регулированием напряжения и инверторы (электровоз ВЛ80р), также с регулированием режима рекуперативного торможения.
Необходимость в преобразователях на электроподвижном составе переменного тока обусловлена, прежде всего, применением тяговых двигателей постоянного тока, в то время как в контактной сети переменное напряжение 25 кВ частотой 50 Гц. Поэтому на электровозах устанавливают оборудование, которое в тяговом режиме снижает это напряжение до уровня, допустимого для тяговых двигателей, преобразует переменный ток в постоянный и регулирует напряжение. Понижение напряжения осуществляется трансформатором и автотрансформатором, преобразование переменного тока в постоянный — выпрямителем. Регулирование напряжения может выполняться различными способами. При наличии в выпрямителях управляемых вентилей регулирование напряжения может осуществляться выпрямителями.
Выпрямительные установки с неуправляемыми вентилями установлены на всех электровозах переменного тока, кроме ВЛ80р. Выпрямительные установки, в которых применены управляемые вентили — тиристоры, используются на электровозах ВЛ80т и ЧС4Т для регулирования режима реостатного торможения путем изменения тока возбуждения тяговых двигателей в зависимости от необходимой силы торможения, скорости и других факторов.
На электровозе ВЛ80р выпрямительно-инверторные преобразователи выполнены на управляемых вентилях. Они в режиме тяги выполняют роль управляемых выпрямителей, а в режиме рекуперативного торможения — управляемых инверторов.
Основным элементом всех преобразователей является вентиль. При прохождении через вентиль тока часть энергии теряется — выделяется в виде тепла. Современные преобразовательные установки работают сравнительно с небольшими потерями энергии — не более 2%. Однако если не предусмотреть принудительного охлаждения — вентиляции, то эти потери могут привести к недопустимому нагреву оборудования, в первую очередь самих вентилей. Поэтому вентили монтируют в специальных охладителях — радиаторах с развитой поверхностью в виде ребер, а преобразователи оборудуют системой принудительного охлаждения потоком воздуха.
Для преобразователей большой мощности требуются десятки, а иногда сотни вентилей. Ток и напряжение должны равномерно распределяться между всеми вентилями. Поэтому в преобразователях используют устройства, выравнивающие ток и напряжение между вентилями. Наконец, преобразователи с управляемыми вентилями оборудуют системой, обеспечивающей подачу открывающих импульсов на управляющие электроды тиристоров, системами защиты и сигнализации: Все перечисленные устройства в комплексе составляют преобразовательную установку.

Читайте также:  Установка 1kz двигателя на уаз

Краткая характеристика выпрямительной установки ВУК-4000Т-02

Назначение. Выпрямительная установка ВУК-4000Т-02 предназначена для выпрямления переменного тока в постоянный для питания тяговых двигателей.
Конструкция. Конструктивно каждая выпрямительная установка выполнена в виде двух блоков — шкафов прямо­угольной формы, основу которых составляет сварной металлический каркас 1 (рис. 1). Поскольку каждый вентиль 3 с радиатором 4 должен быть изолирован от соседних вентилей, радиаторы укреплены на изоляционных шпильках 6 и между ними проложены изоляционные прокладки. Шины 2, которыми выпрямительные установки подсоединены к цепям трансформатора и двигателей, установлены на изоляторах 5. Вентили одного плеча расположены с одной стороны, а вентили другого плеча — с другой. В каждую из 12 параллельных ветвей плеча входят четыре вентиля, расположенных друг под другом. Радиаторы охлаждаются потоком воздуха, направленного от вентилятора через переключающее устройство сверху вниз. Корпуса вентилей со стороны гибкого вывода охлаждаются благодаря естественной циркуляции воздуха. На каждой секции электровоза установлены четыре блока выпрямительных установок ВУК-4000Т-02.

Рисунок 1 – Общий вид выпрямительной установки ВУК-4000Т-02

Рисунок 2 – Фото выпрямительной установки

В каждом блоке размещено по шесть диодов с охладителями. Установка укомплектована диодами ВЛ200-8 не ниже 8-го класса. Для удобства замены диодов в эксплуатации они по значению прямого падения напряжения разбиты на две подгруппы, каждая из которых имеет следующую маркировку:

  • подгруппа I (0,52; .0,53; 0,54 В) — цвет черный;
  • подгруппа II (0,55; 0,56; 0,57; 0,58 В) — цвет белый.

Одна выпрямительная установка содержит 192 диода.
Плечо моста содержит 4 последовательно и 12 параллельно соединенных диодов (рис.3).

Рисунок 3 – Схема соединений

Цифра 200 в обозначении диода указывает значение номинального прямого тока диода (200 А); класс диода характеризует значение обратного напряже­ния или напряжение лавинообразования; 8-й класс — не менее 869В.
Основой кремниевого выпрямительного диода (рис. 4) служит тонкая круглая пластинка из сверхчистого монокристаллического кремния, обладающего электронной проводимостью. В качестве электродов выпрямительного элемента в кремниевых диодах использованы никелированные вольфрамовые диски, припаиваемые с двух сторон к кремниевой пластинке и защищающие ее от механических повреждений. Для повышения надежности работы диода в обратном направлении боковую поверхность кремниевой пластинки стачивают на конус.

Рисунок 4 — Конструкция кремниевого диода

Выпрямительный элемент 2 припаян к массивному медному основанию 1, представляющему собой короткий болт с шестигранной головкой, на торце которой имеется цилиндрическое углубление для выпрямительного элемента. Нарезка на стержне болта служит для ввинчивания в тело охладителя 8, способствующего лучшему отводу тепла от диода. Сверху в основание завальцован стальной цилиндрический кожух 4, защищающий выпрямительный элемент от воздействия окружающей среды. К верхнему электроду элемента припаян гибкий провод 3, выходящий наружу сквозь изолирующую втулку 5 из свинцового стекла, укрепленную в верхней части кожуха. Наружный конец гибкого провода верхнего вывода 6, являющегося одним из электродов диода, снабжен стандартным наконеч­ником 7 для включения диода в цепь.

Фрагмент работы с оформлением в формате PDF можно посмотреть ЗДЕСЬ

В комплект входит чертеж выпрямительной установки ВУК4000Т-02 на формате А1 в программе «Компас» (формат CDW)

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *