В соответствии с рассмотренными принципами регулирования выпрямленного напряжения и особенностями построения структурной схемы электровоза (см. рис. 1 и 2) выполнена схема силовых и вспомогательных цепей (рис. 16).
Электрические цепи высокого напряжения 25 кВ, цепи вспомогательных машин, освещения, отопления, питания электровозных цепей управления мало отличаются от аналогичных цепей электровозов ВЛ80к [4] и поэтому здесь не описаны. Не имеют также отличия цепи реверсирования и ослабления возбуждения тяговых двигателей.
Тяговый трансформатор 3 имеет две силовые одинаковые вторичные обмотки a1—x1 и а2—х2, секционированные каждая на три части для осуществления 4-зонного регулирования. Кроме того, он имеет обычную обмотку вспомогательных цепей а3—х3 (с промежуточными выводами а4, а5) и дополнительную вторичную обмотку а6—х4 со средней точкой а7 для питания цепей возбудителя ВУВ (от трансформатора только 1-й секции электровоза, на 2-й секции эта обмотка остается холостой).
Для снятия опасных перенапряжений на вторичных силовых обмотках установлены конденсаторы 21—28, емкостно-омические цепочки 7—R7, 8—R8, 37—R11, 38—R12, 39—R13, 40— R14 и полупроводниковые ограничители напряжения 13, 14. На вспомогательной обмотке с этой же целью установлен конденсатор 9.
К силовым вторичным обмоткам тягового трансформатора подключены ВИПы: к a1—x1—61, к а2—х2—62. Любой ВИП может быть независимо от других отключен дистанционно из коридора кузова от всех выводов трансформатора с помощью двухпозиционных переключателей 81 или 82.
На полное напряжение вторичных обмоток подключены трансформаторы 11 и 12, подающие пониженное напряжение, синхронизированное с напряжением сети, к панелям питания системы управления и синхронизации. В шинах выводов больших секций вторичных обмоток установлены датчики углов коммутации системы автоматического поддержания постоянных углов запаса 29—36.
В целях упрощения изображения и чтения схемы силовых цепей на ней полностью изображены только цепи I-й секции электровоза и отличающиеся цепи 2-й секции, причем тиристорные преобразователи ВИП и ВУВ показаны блоками, т. е. условно, так как в главе IV они рассматриваются подробно.
Для снижения пульсаций выпрямленного тока в цепь каждой пары тяговых двигателей включен сглаживающий реактор 55 (56). Цепи якорей двигателей защищаются быстродействующими автоматическими выключателями 51—54.
Включение тягового или тормозного режима осуществляется двухпозиционным тормозным переключателем 49 (50). В тяговом режиме собираются как обычно цепи питания тяговых двигателей последовательного возбуждения.
В тормозном режиме все восемь обмоток тяговых двигателей соединяются последовательно и получают питание от тиристорного преобразователя ВУВ 60, собранного по схеме выпрямления с выводом средней точки.
Для обеспечения большей устойчивости рекуперативного торможения, а также для улучшения распределения тока между двумя параллельно включенными якорями двигателей в цепь каждого из них включен балластный резистор R5. В эти же цепи включены и токовые датчики системы противокомпаундирования ДТ1—ДТ4. Между цепями якорей каждой пары двигателей постоянно подключены цепи реле буксования 43, 44, а в рекуперативном режиме — также цепи реле защиты от юза — 15 (16). Для защиты цепей возбудителя предусмотрены токовые реле РТВ1, РТВ2 и контакторы 46, 47, а также реле заземления 83.
Вспомогательные цепи электровоза ВЛ80р отличаются установкой дополнительного мотор-вентилятора МВ5, который охлаждает ВУВ и балластные резисторы в тормозном режиме, цепями питания блоков и панелей системы управления тиристорными преобразователями ВИП и ВУВ, которые рассматриваются ниже.
Контрольно-измерительные приборы электровоза дополнены вторым счетчиком электрической энергии 383, учитывающим возврат энергии при рекуперации.
Как и на других типах электровозов, в схеме предусмотрена возможность питания тяговых двигателей через рубильники 19 (20) от низкого напряжения (розетка 106) сети депо. Любой тяговый двигатель может быть отключен независимо от других двигателей с помощью отключателей ОД1—ОД4. На случай заземления силовой цепи на электровозе имеется земляная защита, состоящая из трансформатора 77, дросселя 78, резисторов R27, R28, выпрямителя 86 и реле заземления 88.
Рассмотрим порядок прохождения тока по цепям и состояние оборудования в различных режимах работы электровоза.
На стоянке или на выбеге, когда один из токоприемников поднят, ГВ и быстродействующие автоматы включены, тормозные переключатели стоят в положении тягового режима, отключатели ВИП 81 и 82 включены, вспомогательные машины работают, небольшой ток протекает по первичной обмотке трансформатора и по вторичной обмотке а3—х3, питая вспомогательные цепи. На тиристоры не подаются импульсы управления и они находятся в запертом состоянии, однако ВИПы находятся под напряжением. При этом по их вспомогательным цепям защиты (шунтирующие цепочки и цепи защиты от пробоя) протекает очень малый ток. Потребляют незначительную мощность также цепи защиты от перенапряжений и системы управления. Счетчик расхода электроэнергии 384 учитывает потребление электроэнергии из сети (его контакт БП замкнут).
В тяговом режиме переменный ток протекает по вторичным обмоткам силового трансформатора a1—x1, а2—х2 и обмотке собственных нужд а3—х3. Тиристоры ВИП отпираются в порядке, описанном в параграфе
3. При этом, например, на I зоне в один из полупериодов питающего напряжения ток проходит по цепи: секция вторичной обмотки 2—1, замкнутый контакт отключатели ВИП 81, обмотка токового реле защиты РТ1, провод В41, тиристорное плечо 3 ВИП 61, провод В63, сглаживающий реактор 55, провод В65. Далее выпрямленный ток разветвляется на две параллельные цепи. Одна из них состоит из быстродействующего автоматического выключателя 51, провода В71, якоря M1 тягового двигателя, провода В73, шунта амперметра 89, провода В75, контакта тормозного переключателя 49, контакта реверсора 63, провода В99, обмотки возбуждения К—КК двигателя, провода В81, контакта реверсора 63, провода В83, отключатели двигателя ОД1, провода В85, контакта тормозного переключателя 49, а другая — из быстродействующего автомата 52, провода В101, якоря м2 тягового двигателя, провода В103, контакта тормозного переключателя 49, провода В107, контакта реверсора 63, провода B111, обмотки возбуждения К.К—К, провода В109, контакта реверсора 63, провода В113, отключатели двигателя ОД2, провода В115, контакта тормозного переключателя 49. Далее обе параллельные цепи вновь объединяются и ток проходит по тиристорам плеча 6 ВИП 61. Во второй полупериод питающего напряжения, когда э.д.с. секции вторичной обмотки силового трансформатора направлена от 1-го ко 2-му выводу, ток протекает по контакту отключатели ВИП 81, проводу В35, токовому реле защиты РТ3, проводу В43, тиристорам плеча 5 и далее по цепям, описанным выше, а затем возвращается во вторичную обмотку по тиристорам плеча 4. При работе на других зонах изменяются только цепи включения тиристоров плеч ВИП и соответствующих секций вторичной обмотки трансформатора.
Аналогично протекают токи и по цепям ВИП 62, который питает два других тяговых двигателя 1-й секции электровоза (м3 и М4). Здесь следует отметить, что для унификации изготовления и упрощения монтажа ВИП 61 и ВИП 62 их плечи обозначены одинаково, однако управляются различными каналами БУВИП: для ВИП 61 четные плечи управляются нечетными каналами, нечетные — четными. Таким образом, для ВИП 61 таблица работы тиристоров (см. рис. 14) будет справедлива, если поменять местами четные и нечетные плечи.
На 2-й секции электровоза токи протекают по таким же цепям 2-го силового трансформатора, который питает ВИПы 61 и 62, преобразующие переменный ток в постоянный для приведения во вращение тяговых двигателей М5—М8.
В режиме электрического торможения образуется несколько независимых контуров, которые отличаются по направлению протекания токов в зависимости от того, какой вид торможения применяется — рекуперация (Π—IV зоны торможения) или торможение противотоком (I зона).
Контур тока возбуждения при обоих видах торможения остается неизменным: в один полупериод питающего напряжения, когда э. д. с. вторичной обмотки х4—а6 направлена от вывода а7 к выводу а6, ток возбуждения протекает по проводу В141, замкнутому контакту контактора 46, проводу В147, открытым тиристорам плеча ВУВ, расположенного на 2-й секции электровоза, замкнутому контакту тормозного переключателя 50, проводу В86, контакту отключатели двигателя 0Д4, контактам реверсоров и обмоткам возбуждения четырех тяговых двигателей М5—М8 2-й секции, шунту амперметра тока возбуждения 92 на 2-й секции, контактору 47, проводу В149 и через межсекционное соединение снова на 1-ю секцию.
Здесь ток возбуждения течет по обмоткам возбуждения четырех тяговых двигателей M1—М4 (против направления тока, который протекал по обмоткам возбуждения в тяговом режиме), контактам тормозных переключателей 50 и 49 и контактам реверсоров 63 и 64, по шунту амперметра тока возбуждения 92 в 1-й секции, проводу В144, контакту контактора 47, проводу В143, обмотке защитного реле РТВ2, проводу В142 к выводу а7 (средней точке обмотки).
В другой полупериод напряжения, когда э. д. с. направлена от вывода а7 к выводу х4, ток возбуждения проходит по проводу В145, контакту контактора 46, проводу В146, обмотке защитного реле РТВ1, проводу В147, тиристорам второго плеча ВУВ, расположенного на 1-й секции электровоза, проводу В148 и по межсекционному соединению — на вторую секцию электровоза по цепи, описанной выше. Таким образом, выпрямленный с помощью ВУВ ток протекает по всем восьми обмоткам возбуждения тяговых двигателей. Регулирование тока возбуждения осуществляется бесконтактным способом — путем изменения момента открытия тиристоров ВУВ.
В режиме рекуперации тяговые двигатели, работающие как генераторы постоянного тока с независимым возбуждением, являются источниками электрической энергии. Ток, вырабатываемый каждым генератором, замыкается по своей электрической цепи. Так, например, цепь тока 1-го тягового двигателя замыкается следующим образом: якорь M1, провод В73, шунт амперметра 89, провод В75, контакт тормозного переключателя 49, провод В93, первичная обмотка датчика тока системы противокомпаундирования, балластный резистор R5, открытые тиристоры четного плеча (или плеч), вторичная обмотка силового трансформатора (число секций, обтекаемых током, зависит от зоны работы), тиристоры нечетного плеча (или плеч) в соответствии с рис. 14, б, провод В63, сглаживающий реактор 55, быстродействующий автомат защиты 51, провод В71, якорь M1. При этом тиристоры ВИП отпираются тогда, когда э. д. с. генератора направлена встречно напряжению контактной сети. Аналогично работают контуры и других тяговых двигателей.
В первичной обмотке АХ силового трансформатора 3 при этом наводится э. д. с., под действием которой по внешней цепи потребления (электроподвижной состав в тяговом режиме, бытовые промышленные нагрузки) протекает ток. Однако во внешнюю цепь передается не вся энергия рекуперации, а только та ее часть, которая остается за вычетом энергии, расходуемой на вспомогательные цепи и цепи возбуждения. Счетчик рекуперируемой энергии 383 учитывает только ту энергию, которая возвращается в контактную сеть и расходуется другими потребителями (за вычетом потерь энергии при передаче). Второй счетчик расхода электрической энергии в тяговом режиме при этом отключен (контакт БП счетчика 384 разомкнут).
В режиме торможения противотоком (I зона, низкая скорость) тяговые двигатели работают как двигатели с независимым возбуждением при обратном направлении протекания тока возбуждения. Контур якорей двигателей остается прежним, однако моменты открытия тиристоров выбираются так, чтобы ток протекал под действием э. д. с. контактной сети. Электрическая энергия в этом режиме потребляется из сети и счетчик рекуперируемой энергии вращается в обратную сторону, снижая показания, которые были получены при рекуперации. Однако следует отметить, что энергия, приходящаяся на торможение противотоком, незначительна и составляет несколько процентов от энергии рекуперации.
Применение противотока при низком напряжении на коллекторах тяговых двигателей не представляет для них опасности, однако при высоком напряжении на коллекторах этот режим опасен и при его возникновении может возникнуть круговой огонь на коллекторах всех тяговых двигателей электровоза. Во избежание этого должно строго соблюдаться условие сбора цепей рекуперации, описанное в параграфе 17. Весь процесс электрического торможения протекает непрерывно, без переключений в электрических цепях. Тормозная сила регулируется в области высоких скоростей плавным изменением тока возбуждения, который контролируется машинистом по амперметру 99, а в области средних и низких скоростей — плавным изменением моментов открытия тиристоров ВИП. Тормозной ток машинист контролирует по двум амперметрам 93 и 94 в цепях якорей двигателей 1-й и 2-й секций электровоза. Кроме того, режим работы двигателей определяется по показанию вольтметра 80, подключенному на якорь м2. Зону работы машинист определяет по положению штурвала контроллера машиниста, а также по значению выпрямленного напряжения.
В случае неисправности одного из ВИП или выключения из работы одного из тяговых двигателей электрическое торможение схемой не предусматривается.
При выходе из строя одного расщепителя фаз схемой предусмотрено, как и на других типах электровозов, питание вспомогательных машин от расщепителя фаз другой секции.