СХЕМА СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ВИП
Каждое плечо ВИП (рис. 40) собрано из семи параллельных рядов тиристоров Т2-320, которые работают одновременно и обеспечивают протекание рабочих токов в обмотках якорей двух тяговых двигателей — 1760 А в часовом режиме и 3100 А в режиме 15-минутного пуска.
Плечи 1, 2, 7, 8 имеют по 3 последовательно включенных тиристора 15-го класса, плечи 3, 4 — по 3 14-го класса, а плечи 5 и 6 — по 2 тиристора 14-го класса.
Для улучшения деления тока по параллельно включенным тиристорам в каждый ряд двух смежных плеч включены индуктивные делители тока. Кроме того, для этой же цели производится подбор тиристоров по прямому падению напряжения, описанный выше. Рис. 41 поясняет включение всех индуктивных делителей ВИП.
Равномерное деление напряжений между последовательно включенными тиристорами каждого плеча, а также снятие коммутационных перенапряжений обеспечиваются включением емкостноомических блоков выравнивания напряжений БВН1 и БВН2, Каждый из них состоит из одинаковых ячеек, число которых соответствует числу последовательно включенных тиристоров. Ячейка состоит (см. рис. 40) из шунтирующих резисторов (R1 и R3) и включенной параллельно им емкостно-омической цепочки C1—R5 (для одной ячейки БВН2).
Оборудование ВИП рассчитано так, что при выходе из строя одного тиристора он может продолжать работать без ограничения мощности до захода электровоза в депо.
Для упрощения вспомогательных цепей управления и защиты между всеми средними рядами тиристоров, работающих параллельно, включены резисторы связи R225—R231 (для плеча 5), которые имеют малое сопротивление (около 0,1 Ом). Эти резисторы образуют контуры тока для нормальной работы блоков выравнивания напряжений (БВН) и цепей управления тиристорами.
Рис. 41. Упрощенная схема включения индуктивных делителей ВИП
Схема включения резисторов связи выбрана так, что при случайном повреждении одного из резисторов прерывается цепь управления только одного параллельного ряда тиристоров, в то время как остальные шесть рядов работают нормально. На электровозах ВЛ80р до № 1512 применялась схема, при которой повреждение одного резистора связи могло привести к отказу нескольких цепей силовых тиристоров.
Конденсаторы С85-С98 подключены к цепям управления каждого тиристора для исключения влияния помех на ложное открытие тиристора без поступления рабочего импульса управления.
В цепи управления каждого тиристора установлены раздаточные резисторы (R85—R98), служащие для выравнивания токов импульсов управления, и диоды V239—V252, предназначенные для обеспечения правильной полярности импульсов управления и подавления помех.
Каждое плечо ВИП работает в последовательности, определяемой диаграммой включения тиристоров на четырех зонах в тяговом и тормозном режимах электровоза (выпрямительный и инверторный режимы работы ВИП). На выводы управления всех тиристоров плеча одновременно подаются отпирающие импульсы тока большой крутизны. Благодаря БВН потенциальные условия на последовательно включенных тиристорах примерно одинаковы, что также создает условия их синхронной работы.
Подбор тиристоров по прямому падению напряжения и индуктивные делители тока обеспечивают распределение токов по параллельным рядам равномерно в пределах ±10%.
Для сигнализации машинисту о пробое тиристора ВИП или повреждении БВН и цепей управления служит устройство, описанное в параграфе 16.
СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ ВИП
Блок формирования импульсов управления (БФИ) включает в себя для каждого плеча ВИП один предварительный каскад ПК и два или три (по числу последовательно включенных силовых тиристоров плеча ВИП) выходных каскада ВК. На рис. 42, а в качестве примера показана схема БФИ и БИТ для 7-го плеча ВИП. Для остальных плеч ВИП схемы построены аналогично.
БФИ представляет собой двухкаскадный усилитель на транзисторах с трансформаторным выходом в виде БИТ и трансформаторной связью между каскадами.
Работа выходного усилителя протекает следующим образом. От блока питания на вход (провода 1 и 2) подается постоянное напряжение 55 В. В соответствии с алгоритмом управления от БУВИП на вывод Х4.9 поступают импульсы управления, которые через цепь помехоподавления V2, V11, R2 и R5 подаются на базу транзистора V14 ПК. Транзистор отпирается и ток протекает по цепи: «плюс» блока питания, провод 1, сдвоенный разъем, предохранитель F, провод 3, обмотка межкаскадного трансформатора Т К1—Н1, провод 12, коллектор К, эмиттер Э транзистора V14 , диоды V7—V9, провод 2, «минус» блока питания. При этом во всех пяти вторичных обмотках трансформатора Т образуются усиленные импульсы, длительность которых определяется временем насыщения Т. Обмотка Н3—К3 служит для образования положительной обратной связи, обмотка Н2—R2 — для отсечки (сокращения длительности) импульсов управления в инверторном режиме работы ВИП. Это необходимо, чтобы предотвратить возможный срыв работы ВИП при слишком длительном импульсе управления. Импульсы с этой обмотки поступают на выводы Х3 соответствующих плеч. По цепи: R9, провод 25, стабилитрон V12, провод 24, диод V5 отпирается шунтирующий тиристор V15 и транзистор V14 запирается.
С остальных трех обмоток Т (Н4—К4, Н5—К5, Н6—К6) импульсы управления подаются на базы работающих попарно-параллельно транзисторов ВК (V5 и V9), в которых происходит второе усиление импульсов. Каждая пара транзисторов обеспечивает импульсы управления на один ряд силовых тиристоров ВИП.
Рассмотрим процесс образования импульса управления на БИТ1. После подачи импульса управления со вторичной обмотки Т через ограничивающие резисторы R2 и R3 на базы транзисторов соответственно V8 и V9 они отпираются. «Плюс» источника питания по проводу 1 проходит по цепи ВК: провод 1, резистор R1, конденсатор С1, диод V3, провод 2 (минус). Конденсатор С1 заряжается и находится в таком состоянии, пока транзисторы V8 и V9 заперты. Как только они отпираются, конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку Н1—К1 импульсного трансформатора Т4 по цепи: диод V2, транзисторы V8, V9, диоды V5, V6, провод 12, сдвоенные разъемы, обмотка К1—Н1, разъемы, С1. При этом на обмотке Т4 образуется короткий импульс с крутым передним фронтом, что необходимо для надежного и одновременного отпирания силовых тиристоров данного плеча ВИП.
Одновременно с образованием короткого импульса происходит формирование и менее крутого, но более длительного импульса управления по цепи: «плюс» источника, провод 1, первичная обмотка импульсного трансформатора Τ1, Н1—К1, коллектор—эмиттер транзисторов V8, V9, диоды V5, V6, провода 12, 2, «минус» источника энергии. Увеличенная длительность импульсов управления необходима, чтобы обеспечить нормальную работу силовых тиристоров. Оба импульса управления накладываются друг на друга во вторичной цепи импульсных трансформаторов и подаются на управляющие выводы силовых тиристоров.
Резистор R4 и диод V6 образуют контур гашения противо- э. д.с. трансформатора Т. Диоды V7, V8, V9 в эмиттерной цепи транзистора V14 служат для создания отрицательного смещения и обеспечения надежной работы транзистора. С этой же целью в эмиттерные цепи транзисторов ВК включены резисторы R5, R6 и диоды V5, V6. Диод VI шунтирует переход Б—Э транзисторов в обратном направлении.
Рис. 42. Схема БФИ и БИТ плеча ВИП (а), кассеты ПК (б) и ВК (в) и схема диодного коммутатора (г):
1 — изоляционная панель; 2 — диод; 3 — конденсатор; 4 — резисторы; 5, 9 — диоды; 6 — направляющие штырь 7 — ножевые выводы; 8 — стабилитрон; 10 — охладитель; 11 — предохранитель; 12 — транзистор с охладителем; 13 — трансформатор; 14—панель; 15 — охладитель с диодом и стабилитроном; 16 — резистор; 17 — конденсатор; 18, 20 — диоды; 19 — ножевые выводы; 21 — резистор; 22 — охладитель с транзисторами
Большое внимание в блоках БФИ и БИТ уделено подавлению возможных помех, чтобы избежать образования ложных импульсов
управления или предупредить пропуски импульсов, так как эти режимы могут вызвать в силовой цепи броски или провалы тока. Так, между первичными и вторичными обмотками трансформаторов предусмотрены экранирующие заземленные обмотки (экраны), вторичные обмотки шунтированы конденсаторами C1, С4; на выходе БИТ имеются цепочки помехоподавления, состоящие из диодов V4, V5 и тиристора V13, в цепи управления которого также имеется защита от помех в виде диода V1 и стабилитрона V10. Тиристор включения отсечки импульсов управления арег в моменты отпирания ВИП в инверторном режиме (при угле β) также имеет цепочки помехоподавления — конденсатор С3, резистор R8, диод V5 и стабилитрон V12.
От токов короткого замыкания и перегрузки предусмотрена защита цепей плавким предохранителем F, при перегорании которого загорается сигнальная лампа Н.
Для удобства обслуживания в эксплуатации в кассетах (блоках) ПК и ВК (рис. 42, б и в) имеются контрольные точки, выведенные на лицевую сторону панелей. Места подсоединения контрольных точек указаны на рис. 42, а кружками.
Для согласования выходов цепей БУВИП с входами ПК БФИ служит диодный коммутатор (рис. 42, а), имеющий 10 диодов V1—V10.
Правильность работы БФИ и БИТ можно проверить по формам напряжения на соответствующих элементах (рис. 43). На вход выходных транзисторных усилителей (каскад ПК) подаются от БУ ВИП импульсы управления (рис. 43, а) длительностью не менее 50 мкс трапецеидальной формы. В базовой цепи транзистора V14 (см. рис. 42, а) импульс расширяется до 700—1200 мкс и теряет крутизну фронта (рис. 43, б). Аналогичную форму и длительность имеют базовые импульсы на транзисторах V8 и V9 в BK (рис. 43, а). Форма напряжений на коллекторах транзисторов V8, V9, V14 также одинакова (рис. 43, г). Напряжения на импульсных трансформаторах Т1 и Т4 (рис. 43, д и е) складываются и образуют выходной импульс, поступающий на управляющие выводы тиристоров (рис. 43, ж).
Следует иметь в виду, что в режиме рекуперации на некоторых плечах силовых преобразователей длительность импульсов управления искусственно сокращается для предотвращения возможности «опрокидывания» инвертора до начала зоны коммутации. В других режимах указанные параметры импульсов должны обеспечиваться системой формирования.
Блок питания БФИ представляет собой (см. рис. 16) трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов (ТРПШ), и регулятор напряжения (панель РЩ). В отличие от обычной конструкции в блоке питания БФИ установлен дополнительный мощный блок конденсаторов для уменьшения колебаний напряжения при формировании импульсов управления на большом числе силовых тиристоров.
Блок защиты ВИП от пониженного напряжения цепей питания БФИ (рис. 44) служит для предотвращения подачи на силовые тиристоры преобразователя импульсов управления малой амплитуды тока. Такой режим опасен тем, что при определенном значении импульсов часть силовых тиристоров включится в работу, а часть может остаться запертой. При этом образуются аварийные контуры токов через резисторы связи и последние выгорают. Включение ВИП с вышедшими из строя резисторами связи приводит к повреждению силовых тиристоров. В связи с этим при понижении напряжения питания ниже допустимого значения необходимо мгновенно снять импульсы управления с ВИП, чтобы предотвратить указанный аварийный режим. Принцип работы заключается в работе транзисторного ключа на катушку быстродействующего исполнительного реле К. В диапазоне нормальных значений напряжения источника питания (49—61 В) транзистор V3 включается по цепи: «плюс» источника, провод 1, регулируемый резистор R1 (служит для подстройки уровня срабатывания реле), стабилитроны VI и V2, база транзистора V3, эмиттер, провод 2, «минус» источника.
В коллекторно-эмиттерную цепь включена катушка реле К. Группа параллельных контактов реле К подключает общий минусовый провод, идущий от катушек контакторов 193 и 194 (см. рис. 16) и становится возможной нормальная работа преобразователя.
Рис. 43. Формы напряжения на элементах БФИ и БИТ
Рис. 44. Схема блока защиты от пониженного напряжения
Одновременно начинает заряжаться конденсатор С1 но цепи: «плюс» источника, провод 1, резистор R3, замыкающий контакт реле К1, конденсатор C1, провод 2, «минус» источника. Тиристор V4 при этом заперт.
При понижении уровня напряжения питания цепей до опасного значения транзистор V3 запирается и якорь реле К1 отпадает. При этом его контакты размыкают цепь питания контакторов 193 и 194 и замыкают цепь управления тиристора V4. Последний отпирается и шунтирует катушку реле К.
Для повторного включения реле и сборки цепей управления необходимо перевести рукоятки КМЭ в положение 0 и повысить напряжение питания до такого значения, чтобы стабилитроны VI и V2 позволили включиться транзистору V3.