Способы уменьшения числа выводов из обмотки трансформатора при амплитудном регулировании
Для обеспечения плавного пуска электровоза требуется около 30—40 ступеней регулирования напряжения. Реализовать такое количество ответвлений от вторичной обмотки трансформатора затруднительно. Усложняется конструкция обмотки трансформатора. Возникают трудности с размещением большого количества проходных изоляторов на крышке бака трансформатора. Решить эти проблемы можно только путем уменьшения числа выводов из обмотки трансформатора.
Встречно-согласное включение обмоток трансформатора.
Вторичная обмотка трансформатора (рис. 3.19, а) разделена на две части: нерегулируемую с напряжением Uнр и регулируемую с напряжением Uр и промежуточными выводами 1, 2, 3,..., У. Переключение этих выводов осуществляется по одной из схем, описанных в п. 3.8, которая на рис. 3.19, а условно показана переключателем П. Контакторы I и II обеспечивают встречное и согласное соединение регулируемой и нерегулируемой обмоток.
Рис. 3.19. Встречно-согласное включение обмоток трансформатора: а — схема; б —диаграмма регулирования напряжения; в — потеря напряжения; г — внешние характеристики
Внешние характеристики выпрямителя при встречно-согласном регулировании имеют наименьший наклон на средней позиции, когда работает только нерегулируемая обмотка (рис. 3.19, г). Наибольший наклон имеют внешние характеристики первой и последней позиций, когда полностью включены нерегулируемая и регулируемая обмотки.
Встречно-согласное включение позволяет увеличить в два раза число ступеней напряжения по сравнению с числом секций регулируемой обмотки трансформатора.
Встречно-согласное регулирование применено на электровозах ВЛ60, ВЛ80к, ВЛ80т, ВЛ80с.
Согласное включение обмоток трансформатора.
Если в схеме встречно-согласного включения обмоток трансформатора (см. рис. 3.19, а) изменить подключение контактора I, то получим схему согласного включения (см. рис. 3.20, а). Порядок работы переключателя П и контакторов I и II остается таким же, как и для схемы на рис. 3.19, а. Но при этом на первом этапе пуска при замкнутом контакторе I работает только регулируемая часть вторичной обмотки трансформатора. Переход на согласное включение регулируемой и нерегулируемой обмоток проходит аналогично со схемой встречно-согласного включения. Разница только в том, что для схемы согласного включения переход с позиции N на позицию 1 может сопровождаться повышением напряжения U2, если
(рис. 3.20, б).
Рис. 3.20. Согласное включение обмоток трансформатора: а — схема, б —диаграмма регулирования напряжения
В рассмотренной схеме регулирования напряжения число витков вторичной обмотки трансформатора пропорционально напряжению U2. Индуктивное сопротивление обмотки трансформатора и, следовательно, потери выпрямленного напряжения
будут пропорциональны квадрату числа витков w2, аналогично со схемой простого регулирования (см. рис. 3.18, а). Наклон внешних характеристик увеличивается при переходе на высокие позиции аналогично с простым регулированием (см. рис. 3.18, б).
По сравнению с встречно-согласным регулированием данный способ обеспечивает большую жесткость характеристик и меньшую склонность к боксованию, а также меньшие потери в трансформаторе и более высокий коэффициент мощности на первом этапе пуска. Увеличение жесткости характеристик, однако, приведет к увеличению бросков тока на первом этапе разгона электровоза. Данная схема была применена на опытных электровозах ВЛ80см.
Поочередное регулирование напряжения по полупериодам.
В схеме с вентильным переходом (см. рис. 3.17) можно применить поочередное регулирование напряжения по полупериодам. Для этого необходимо добавить два контактора 11 и 12 (рис. 3.21, а), порядок работы которых указан в табл. 3.4.
Данная схема имеет следующие особенности.
- На четных позициях амплитуды напряжения по полупериодам одинаковы.
Таблица 3.4
Таблица замыкания контакторов с поочередным регулированием напряжения по полупериодам
- На нечетных позициях амплитуды напряжения по полупериодам неодинаковы. Это повышает пульсацию выпрямленного тока, а в цепи вторичной обмотки возникает постоянная составляющая, которая не может быть уравновешена намагничивающей силой первичной обмотки, где постоянной составляющей возникнуть не может.
Постоянная составляющая вторичной обмотки вызывает насыщение сердечника трансформатора, увеличение намагничивающего тока в первичной обмотке и искажение его формы. Поэтому на позициях с неодинаковым напряжением по полупериодам нельзя допускать длительную работу.
Рассмотренная схема применена на электропоездах ЭР9, ЭР9Т, ЭД9Т.
Уравновешенная схема с поочередным регулированием напряжения по полупериодам.
Постоянную составляющую намагничивающей силы при регулировании напряжения по полупериодам можно уравновесить, если предусмотреть две вторичные обмотки трансформатора, каждая из которых питает половину тяговых электродвигателей. На рис. 3.22 эти две вторичные обмотки обозначены α1-х1-01 и α2-х2-02.
Рис. 3.21. Поочередное регулирование напряжения по полупериодам
Для уменьшения числа выводов каждая вторичная обмотка разделена на две части: нерегулируемую (a1-x1 и a2-x2) и регулируемую (х1-01 и х2-02), что позволяет соединять их встречно или согласно. Для упрощения чертежа на рис. 3.22 показано только согласное соединение.
Выводы регулируемых обмоток, к которым подключены переключатели, соответственно обозначены у1 и y2. Первичная обмотка трансформатора на рис. 3.22 не показана.
Пусть в некотором полупериоде ЭДС вторичных обмоток трансформатора имеют направления х1-α1 и α2-х2. Тогда первая группа тяговых электродвигателей получает напряжение U от первой группы обмоток трансформатора у1-xl-а 1 через диоды V1 и V3 (одинарная сплошная линия).
Вторая группа ТЭД получает напряжение U" от обмоток α2-х2- у2 через диоды V5 и V7 (одинарная штриховая линия). В следующем полупериоде ЭДС вторичных обмоток трансформатора имеют обратные направления al-x1 и х2-α2. Первая группа ТЭД получает напряжение U " от второй группы обмоток трансформатора через диоды V2 и V4 (пунктирная линия). Вторая группа ТЭД получает напряжение U от первой группы обмоток трансформатора через диоды V6 и V8 (штриховая линия), а от второй группы — через диоды V5, V7 (штрих-пунктирная линия).
Если в обмотках a1-y1 и α2-x2 включено разное число витков, то обе группы ТЭД получают выпрямленное напряжение с поочередным регулированием по полупериодам. Суммарная намагничивающая сила вторичных обмоток трансформатора одинакова в оба полупериода, независимо от соотношения напряжения обмоток a1y1 и α2-y2. Поэтому подмагничивание постоянным током со стороны вторичной обмотки отсутствует.
Суммарный ток в перемычке Z в одном полупериоде равен нулю, а в другом определяется разностью напряжений обмоток a1-y1 и а2-у2.
Рис. 3.22. Уравновешенная схема с поочередным регулированием напряжения по полупериодам
В нормальном режиме работы ток в этой перемычке невелик. При сквозном пробое любого из плеч выпрямителя через эту перемычку начинает протекать ток короткого замыкания. Защиту от этого аварийного режима можно обеспечить, установив на перемычке реле, реагирующее на скорость нарастания тока.