Выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП2-2200М

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) предназначен в режиме тяги для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавного регулирования напряжения, в режиме рекуперативного торможения для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой

50 Гц и плавного регулирования э. д. с. инвертора. Технические данные ВИП следующие:

Номинальный выпрямленный ток, А.............1760

Номинальное выпрямленное напряжение, В..........1250

Наибольшее значение тока в течение 15 мин, А...... 3100

К.п.д., %........................ 98

Габаритные размеры блока, мм:

ширина..........................2100

глубина ........................ 1015

высота............. ...........1590

Масса блока, кг......................1700

Охлаждение.......................воздушноепринудительное

Конструкция и принцип действия. В комплект, предназначенный для установки на электровоз, входят четыре выпрямительно-инверторных блока с системой формирования импульсов и блок конденсаторов.

Силовая часть ВИП имеет восемь плеч (рис. 61). ВИП комплектуют тиристорами Т2-320-323-02 и Т2-320-333-02, плечи 1, 2, 5, 6, 7, 8 - тиристорами 15-го класса, а плечи 3, 4 - 14-го. Каждое плечо состоит из семи параллельных ветвей. Плечи 5, 6 имеют по два, а плечи 1, 2, 3, 4,7, 8 - по три последовательно соединенных тиристора.

Для обеспечения равномерного распределения напряжения по последовательно соединенным тиристорам используют шунтирующие резисторы, а для снятия внутренних коммутационных перенапряжений параллельно шунтирующим резисторам подключают цепочки 1^С (блоки БВН). Равномерное распределение тока по параллельным ветвям тиристоров достигается благодаря применению индуктивных делителей, а также подбором последовательно соединенных тиристоров по суммарному падению напряжения при двух значениях тока: предельном и 0,25 предельного.

Силовая схема ВИП предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения. Очередность открытия плеч ВИП в выпрямительном (тяга) и инверторном (рекуперация) режимах определяется алгоритмом работы системы управления преобразователями электровоза (БУВИП), приведенном в табл. 7.

БУВИП формирует и в соответствии с заданным алгоритмом распределяет по плечам всех четырех ВИПов изменяемые по фазе управляющие импульсы, запускающие систему формирования импульсов (СФИ ВИП), которая в свою очередь формирует и рас-

Рис. 61. Упрощенная силовая схема электровоза

ТаНлаца 7

пределяет по тиристорам управляющие импульсы требуемых параметров с заданной фазой и в заданной алгоритмом последовательности.

Тяговый режим. В зоне I (работает секция II вторичной обмотки трансформатора, см. рис. 61) регулирование выпрямленного напряжения производится открытием тиристоров плеч 3, 5 в момент а0 (рис. 62), а плеч 4 и 6 - в момент, соответствующий регулируемому углу осР. Здесь а0 - наименьший допустимый угол открытия тиристоров в начале каждого полупериода напряжения, равный (9±1)° (фаза управляющего импульса). При искаженной форме напряжения в контактной сети значение а0 корректируется системой управления ВИП (БУВИП) путем задержки выдачи сигнала до тех пор, пока анодное напряжение на тиристорах не достигнет значения, достаточного для уверенного открытия всех тиристоров плеча ВИП.

При включении ВИП в работу в полупериод, когда э. д. с. тягового трансформатора направлена справа налево (см. рис. 61), тиристоры плеча 3 открываются в момент а0, а тиристоры плеча

Рис. 62. Диаграммы выпрямленного напряжения при регулировании в зонах I (а) и IV (б) в тяговом режиме

6 - в момент аР. Длительность управляющего импульса, поданного в момент осо, не перекрывает разницы в фазах а0 и аР, и к моменту подачи ар на тиристоры плеча 6 тиристоры плеча 3 закроются, контур для прохождения тока не образуется. Чтобы избежать такого явления в следующий полупериод, когда э. д. с. тягового трансформатора направлена слева направо, на тиристоры плеча 5 сигнал управления подается дважды: первый - в момент а.о, а второй - в осР.

Поскольку каждым выходным усилителем кассеты БВУ-428 может формироваться только один импульс, то другой импульс с фазой аР подается на тиристоры плеча 5 другим усилителем, обозначенным в табл. 7 5° (плечи преобразователя на схеме рис. 61 и соответствующие выходные усилители аппаратуры БУВИП обозначены одним и тем же порядковым номером).

Нормальная работа схемы в зоне I начинается с момента подачи управляющих импульсов в аР одновременно на тиристоры плеч 4 и 5, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке после завершения коммутации тока с плеча 6 на плечо 4, т. е. в моментар+ур, где ур - время коммутации (см. рис. 62,а).

В последующий полупериод при подаче на тиристоры плеча 3 управляющих импульсов в а0 они открываются, после чего происходит коммутация тока с тиристоров плеча 5 на тиристоры плеча 3. Энергия, запасенная в цепи выпрямленного тока за время коммутации ур (до открытия плеча 6), разряжается по нулевому контуру: тиристоры плеч 4, 3, сглаживающий реактор, тяговый двигатель. При открытии тиристоров плеча 6 в аР происходит коммутация тока с тиристоров плеча 4 на тиристоры плеча 6, и далее ток нагрузки проводят тиристоры плеч 3 и 6.

В следующий полупериод в момент а0 открываются тиристоры плеча 5, закрываются тиристоры плеча 3 и возникает нулевой контур для разряда энергии по цепи: тиристоры плеча 5, 6, сглаживающий реактор, тяговый двигатель. Таким образом происходит чередование использования тиристоров в качестве нулевых вентилей; один полупериод - плечи 3, 4, второй - 5, 6, что позволяет не усиливать по току эти плечи преобразователя, работающие в зоне I регулирования. Регулирование фазы управляющих импульсов производится в диапазоне от артах До аРтіп = а0+То'.

В зоне II выпрямленное напряжение увеличивается от 'Д^нДО '/г^н, а регулирование осуществляется за счет изменения фазы от крытия тиристоров ллеч 1, 2 в диапазоне от аРтах до аРтт = = а0+7о+То'- При этом плечи 5, 6 открываются в момент а0, а плечи 3, 4 - в момент а0з, т. е. управляющий импульс задерживается на время коммутации в контуре плеч 1, 2, 5, 6.

В зоне III производится перевод нагрузки с секций I, II трансформатора на равновеликую по напряжению секцию III. После этого изменением угла открытия аР плеч 3, 4 в диапазоне от артах до аРт1п = ао+Т°'+ То' выпрямленное напряжение плавно увеличивается от 7г£/н до 3Д^н.

Для сохранения направления тока в обмотке трансформатора при переводе нагрузки на секцию III должна быть изменена полярность плеч, для чего на плечи 5, 6 управляющие импульсы с момента перехода подаются от других выходных усилителей (5', 6') в полупериод противоположной полярности. При этом плечи 7, 8 открываются импульсами в а0, а плечи 5, 6 - в а0з = а0+Т°-

В зоне IV регулирования в работу вводятся тиристоры плеч 1 я 2 изменением угла открытия аР в диапазоне от артах до артт = ао+у°+То • ^Ри этом выпрямленное напряжение увеличивается от 3Д^н до иа (см. рис. 62, б). Тиристоры плеч 7, 8 открываются импульсами а0, а плеч 3, 4 - задержанными аоъ-

Как видно из описания, аппаратура управления ВИП (БУВИП) предусматривает при работе в зонах II, III и IV автоматическую задержку управляющих импульсов ар, подаваемых на тиристоры плеча в контуре с меньшим напряжением до окончания тока в контуре с бблыпим напряжением.

Режим открытия плеч импульсами аР во время коммутации тока, при которой напряжение на обмотке трансформатора на все время коммутации в обоих контурах (уо=То+Т°) резко снижается, опасен тем, что напряжение может оказаться недостаточным для уверенного открытия тиристоров. Поэтому управляющий импульс, поданный в этот момент, может прекратиться прежде, чем ток во всех тиристорах плеча достигнет тока удержания, и нагрузку возьмут не все тиристоры плеча, что может привести к недопустимой перегрузке отдельных тиристоров.

С целью исключения подобных режимов и исключения возможности подачи управляющего импульса аР до окончания коммутации тока как в контуре с малым ( То), так и в контуре с большим (то) напряжением предусмотрено автоматическое ограничение фазы импульсов осР, т. е. она должна быть всегда больше угла а =

=<*о+То+Т°'-

При уменьшении напряжения на тяговых двигателях последовательность работы преобразователей и аппаратуры управления обратная изложенной выше.

Режим рекуперативного торможения. При рекуперации в зоне высоких скоростей тормозное усилие регулируется плавным изменением тока возбуждения, а в зоне средних и малых скоростей - плавным изменением э. д. с. инвертора.

Рис. 63. Диаграмма напряжения при регулировании в IV зоне в режиме рекуперативного торможения

В зоне IV импульсы управления подаются на тиристоры плеч 2, 7 я 1, 8 с фазой, равной углу опережения зажигания ß (рис. 63), значение которого автоматически регулируется в зависимости от тока рекуперации так, чтобы угол запаса б поддерживался постоянным, равным 20-22°, т. е. с соблюдением равенства 6 = ß-у= const. Тормозное усилие и скорость движения в IV зоне регулируются плавным изменением тока возбуждения, который по мере снижения скорости для поддержания заданного тормозного усилия должен увеличиваться плавным движением тормозной рукоятки контроллера машиниста (КМЗ).

При достижении наибольшего тока возбуждения дальнейшее поддержание тормозного усилия осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч 3 и 4 с фазой осР, меняющейся от ар<£я-ß до аР min. При этом полярность этих управляющих импульсов меняется по сравнению с режимом тяги на противоположную и подаются они другими выходными усилителями 3', 4'. Для дальнейшего снижения скорости осуществляется переход на III зону (работают плечи 4, 7 и 3, 8).

После снятия управляющих импульсов с тиристоров плеч 1, 2 и при открытии тиристоров плеч 3 и 4 происходит перевод тока рекуперации на мост, подключенный к секциям 11, 1/1 трансформатора, и тиристоры плеч начинают работать с углом aP=ß.

Дальнейшее регулирование э. д. с. осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры плеч 5 и 6 с фазой, изменяющейся от аР^я-ß до czp=aPmin. При достижении на тиристорах плеч 5, 6 фазы управляющих импульсов аР = арт1п для перехода на II зону на плечи 1, 2 я 5, 6 подаются импульсы с фазой aP=ß. При этом на плечи 5, 6 импульсы подаются выходными усилителями 5°, 6°, так как выходные усилители 5, 6 на III зоне подавали импульсы aP=«pmin. Подача на тиристоры плеч 3, 4 выходными усилителями 3', 4' управляющих импульсов с фазой, меняющейся от аР<:я-ß до aP=aPmiib приводит к дальнейшему снижению скорости.

При переходе на I зону управляющие импульсы снимаются с тиристоров плеч 1, 2, а на тиристоры плеч 5, 6 подаются импульсы, регулируемые по фазе.

Фаза управляющих импульсов плеч 3-6 при вращении штурвала КМЭ в зоне I по направлению к нулю изменяется от а = я-ß до apmin. При уменьшении фазы аР до я/2 рекуперация прекращается, а при дальнейшем уменьшении угла аР начинается режим торможения противовключением, когда тяговый двигатель развивает тяговый момент, соответствующий направлению движения Назад, я электровоз начинает потреблять энергию из сети.