Системы управления ЭПС - Амплитудное регулирование со стороны высшего напряжения трансформатора

Амплитудное регулирование со стороны высшего напряжения трансформатора

Особенности регулирования со стороны высшего напряжения (ВН).

1. При напряжениях первичной и вторичной обмоток 25 кВ и 1000 В ток в первичной обмотке в 25 раз меньше, чем во вторичной. Поэтому коммутирующие аппараты в цепи ВН имеют контакты меньших размеров. Снижаются масса и габариты токоведущих частей этих аппаратов, а также расход меди на их изготовление.
2. Из основного соотношения для трансформатора

следует, что для повышения напряжения U2 число витков первичной обмотки необходимо уменьшать, следовательно, наибольшее число витков должно быть включено на первой позиции.

1. На первой маневровой позиции напряжение вторичной обмотки должно равняться приблизительно

где П2п — напряжение вторичной обмотки на последней позиции (рис. 3.23, а).
В процессе пуска напряжение U2 необходимо повысить до U2n, т.е. увеличить в 30 раз. При этом число витков первичной обмотки должно быть уменьшено в 30 раз. Первичная обмотка будет работать как повышающий автотрансформатор. При номинальном режиме ТЭД напряжение на всей первичной обмотке достигнет величины 30Uс = 750 кВ (рис. 3.23, б), что потребует применения принципиально иной конструкции изоляции.
4.   Обмотка трансформатора с регулированием со стороны ВН должна быть выполнена как понижающий автотрансформатор АТ с выходным напряжением (рис. 3.23, в). Будем называть коэффициент трансформации АТ коэффициентом регулирования

Рис. 3.23.Амплигудное регулирование со стороны высшего напряжения трансформатора: а — трогание с места; б — окончание разгона; в — схема с понижающим автотрансформатором

Часть витков обмотки автотрансформатора со стороны токоприемника выполняется с усиленной изоляцией для защиты от атмосферных перенапряжений. Поэтому Kp изменяется в пределах от 0,03Uc до 0,96Uc.
5. Для согласования выходного напряжения автотрансформатора U1 с напряжением ТЭД, а также для изоляции их от контактной сети необходим еще трансформатор Т с коэффициентом трансформации
АТ и Т могут быть выполнены раздельно или конструктивно объединены.

Рис. 3.24. Трехстержневой трансформатор при соотношении сечений стержней 1:2:1:
а — схема; б — зависимости Ф и U2 οт коэффициента регулирования; в — распределение магнитного потока по стержням трансформатора (начало)

Система с трехстержневым трансформатором при соотношении сечений стержней 1:2:1 (рис. 3.24, а).

Такой трансформатор выпускался фирмами ВВС, ABB, ADtranz и широко применялся на многих электровозах европейских железных дорог. В СССР такой трансформатор применялся на электровозах серии К.
Работа трансформатора описывается следующими уравнениями:

Рис. 3.24. Трехстержневой трансформатор при соотношении сечений стержней 1:2:1 (окончание):
г — распределение тока по обмотке автотрансформатора

Система с трехстержневым трансформатором при соотношении сечений стержней 1:1,5:0,5. Первичная и вторичная обмотки такого трансформатора (рис. 3.25) состоят из двух секций каждая, расположенных на разных стержнях трансформатора и включенных согласно (рис. 3.25, а).

Число витков этих секций равно:

Работа трансформатора описывается следующими уравнениями:

Выводы:

1. При регулировании со стороны ВН переключатель выполняется на ток в 30 раз меньший, чем при регулировании НН. Это позволяет уменьшить габариты переключающего устройства и затраты цветного металла.
2. Трансформатор с регулированием на стороне ВН имеет более высокий коэффициент типовой мощности. КПД и коэффициент мощности такого трансформатора меньше, а масса на единицу мощности больше.
3. Масса сердечника трехстержневого трансформатора 1:2:1 в два раза больше, чем при регулировании со стороны НН. Масса сердечника трехстержневого трансформатора 1:1,5:0,5 в полтора раза меньше, чем при 1:2:1.
4. По суммарной массе трансформатора и переключающего устройства системы с регулированием на ВН и НН примерно равноценны. По КПД и коэффициенту мощности система ВН уступает системе НН.

Рис. 3.25. Трехстержневой трансформатор при соотношении сечений стержней 1:1,5:0,5:
а — схема; б — зависимости Ф и U2 от коэффициента регулирования; в —распределение магнитного потока по стержням трансформатора

Рис 3.26. Характеристики выпрямителя с регулированием на стороне высшего напряжения трансформатора:
а — потеря напряжения, б — внешние характеристики

1. Система с регулированием на стороне ВН получила распространение на электровозах зарубежного производства. Фирма «Шкода» выпускает электровозы с трансформаторами 1:1,5:0,5.
2. Падение напряжения в преобразователе при регулировании со стороны ВН определяется зависимостью, приведенной на рис. 3.26, а. Наибольший наклон имеет внешняя характеристика на средней позиции. Наименьший наклон — на первой и последней позициях рис. 3.26, б.