Тиристорный регулятор предназначен для импульсного регулирования поля возбуждения тяговых двигателей в тормозном режиме.

Силовая схема тиристорного регулятора состоит из двух тиристорных ключей: 1-й ключ подключен через контакты КСБ1 к обмоткам возбуждения первой группы тяговых двигателей, а 2-ой ключ контактами КСБ2 к обмоткам возбуждения второй группы тяговых двигателей.

Тиристорный регулятор состоит из: силового блока БС-29, блока управления БУ-13, датчика тока. Силовой блок включает тиристорные ключи, формирователи управляющих импульсов, реакторы, RC-цепи и импульсные трансформаторы.

Рис.52 Тиристорный регулятор РТ300/300

Плавное регулирование степени ослабления поля ТЭД осуществляется периодической шунтировкой их обмоток возбуждения силовым тиристорным ключом, управляющие сигналы на который поступают от бесконтактной системы управления, контролирующей с помощью датчика тока якоря их среднее значение. Ослабление поля тяговых двигателей в тормозном режиме меняется от 48% с постепенным усилением до 100%. Уставка тока якоря при регулировании поля на торможении 160-180А на положении главной рукоятки КВ Тормоз-1 и плавно возрастающая по мере снижения скорости на позициях главной рукоятки КВ Тормоз-1А, Тормоз-2 от 250-260А до 350-370А.

После достижения полного поля ТЭД и отключения тиристорных ключей происходит выведение ступеней тормозных резисторов под контролем РУТ. Циклическая схема соединения ТЭД в режиме торможения обеспечивает нормальную работу всей системы при выходе из строя одного из тиристорных ключей.

На случай отказа системы регулирования предусмотрена электронная защита с помощью тиристоров защиты Т7, Т8 и реле РЗ-3, мгновенно шунтирующих обмотки возбуждения ТЭД при возрастании тока якоря до 440-460А (срабатывает реле перегрузки РП и происходит разбор схемы линейными контакторами).

Применение тиристорного регулятора в тормозном режиме позволило обеспечить:

— ускорение процесса самовозбуждения генераторов;

— ограничение напряжения на коллекторе генератора до величины допустимой по коммутации;

— быстродействие электрического тормоза;

— плавное регулирование тока якоря и тормозной силы.

Указанные достоинства тиристорного регулятора позволили улучшить динамические показатели вагона, повысить коммутационную надежность ТЭД при торможении с больших скоростей.

Работа тиристорных ключей

Тиристорные ключи подключаются контакторами КСБ1 и КСБ2 параллельно обмоткам возбуждения 1-й и 2-й групп генераторов при переходе силовой схемы в режим электрического торможения.

В состав тиристорного ключа 1-й группы входят (тиристорный ключ второй группы аналогичен): две секции коммутирующих конденсаторов С25 и С26; два индуктивных дросселя L1 и L2, для ограничения скорости нарастания тока в процессе перезаряда конденсаторов и гашения основных тиристоров; 4-ре противозарядных диода Д1, Д2, Д5, Д6; перезарядный диод Д3, который служит для перезаряда конденсаторов при открытии основных тиристоров; два основных тиристора Т1 и Т2; вспомогательный тиристор Т5; тиристор защиты Т7 (во 2-й группе – Т8); резисторы R16 и R17, обеспечивающие равномерное распределение тока в элементах ключа; два подзарядных резистора R14 и R15; резистор R18, включенный параллельно обмоткам возбуждения, ограничивающий перенапряжение, возникающие при регулировании и коммутации основных тиристоров Т1 и Т2; датчик тока ДТ1- датчик тока якоря.

Делитель напряжения Л43-Л42 служит для уравновешивания потенциала между двумя тиристорными ключами. Конденсаторы С25 и С26 к делителю напряжения Л43-Л42 подключены по мостовой схеме, образованной резисторами R14 и R15 к основным тиристорам Т1 и Т2. Такая схема включения обеспечивает накопление энергии в конденсаторах при любой очередности включения тиристоров. Схема подключения тиристорных ключей изображена на рис.53.

Тиристорные ключи работают следующим образом: в начальный момент торможения основные тиристоры Т1 и Т2 закрыты (полное поле), тиристор Т5 открыт. От делителя напряжения Л40-Л43-Л42-Л39 происходит первоначальный заряд конденсаторов С25 и С26 до напряжения прямой полярности по цепи: R14, Д6, R16 и R17, С25 и С26, L1, Т5, делитель напряжения.

В момент возрастания тока якоря генераторов до заданного значения (160-180А) основные тиристоры по команде от блока управления открываются. Вспомогательный тиристор Т5 закрывается. Часть силового тока отводится от обмоток возбуждения, поле генераторов ослабляется. Ток в силовой цепи и тормозная сила уменьшаются. В этот момент конденсаторы перезаряжаются до напряжения обратной полярности по цепи: Т1 и Т2, Д3, L2, С25 и С26.

Блок управления, сравнив силовой ток с током уставки, открывает вспомогательный тиристор Т5, конденсаторы начинают разряжаться через основные тиристоры и гасят их по цепи: С25 и С26, L1, Т5, Т1 и Т2.

После выключения основных тиристоров разрядный ток конденсаторов идет по цепи: С25 и С26, L1, Т5, R18, Д1 и Д2, С25 и С26. Тем самым конденсаторы вновь перезаряжаются до напряжения обратной полярности.

При уменьшении разрядного тока конденсаторов они заряжаются до нормы от силовой цепи. Закрытие основных тиристоров привело к усилению возбуждения генераторов и увеличению тока силовой цепи. Блок управления, сравнив токи, открывает основные тиристоры. Работа тиристорных ключей повторяется.

Величина тока в обмотках возбуждения регулируется изменением соотношения длительности включенного и выключенного состояния ключа, что приводит к плавному регулированию степени возбуждения генераторов от 48% до 100%. После выхода на полное поле по команде от блока управления контакторы КСБ1 и КСБ2 отключается и начинается электрическое реостатное торможение под контролем РУТ.

Аппарат подвешен к раме вагона на изоляторах справа.

Основные требования и особенности регулирования электрических параметров тиристорного регулятора

Конструктивно и по электрической схеме регуляторы РТ300/300 на вагонах 81-717 (714) и на вагонах Еж3 (Ем508Т) практически одинаковы. Однако, на вагонах метро 81-717 (714) между анодами главных, вспомогательных тиристоров и тиристором защиты силового блока БС-29 отсутствует перемычка, в связи с тем, что тиристор защиты Т8 второй группы включается в схему через дополнительную катушку реле перегрузки РЗ-3, которая при срабатывании тиристора Т8 разбирает электрическую силовую схему вагона. На вагонах Еж3 (Ем508Т) при срабатывании тиристоров защиты через установленную выдержку времени реостатный контроллер уходит с 1-й позиции и начинает вывод пуско-тормозных резисторов.

Кроме того, значение токов уставок регуляторов РТ300/300 для вагонов метро 81-717 (714) и Еж3 (Ем508Т) отличаются в связи с отличием мощности и характеристик тяговых двигателей ДК-117Д и ДК-116А. В ниже приведенной таблице 7 даны сравнительные величины токовых уставок для разных типов вагонов.

Основные особенности регуляторов РТ300/300 связаны с регулировками регулятора при использовании на вагонах метро 81-717 (714) и Еж3 (Ем508Т), и в узле коррекции тока якоря. На вагонах метро 81-717 (714) на 13-ю клемму блока БУ-13А тиристорного регулятора подается сигнал с авторежимного устройства вагона на клемму 6И, который увеличивает уставку регулятора по мере загрузки вагона пассажирами с 250 до 350А, сохраняя характер поддержания тока во всем диапазоне скоростей торможения в зоне регулирования поля примерно постоянным.

При использовании регулятора РТ300/300 на вагонах Еж3 (Ем508Т) его токовые уставки от нагрузки вагона пассажирами не зависят, ток якорей в начале торможения с больших скоростей не должен превышать 220-230А, по мере снижения скорости увеличиваться до 260-280А от воздействия сигнала от датчика тока возбуждения.

2. Сброс с тормозных режимов. Силовая схема и схема управления.

Импульсное регулирование напряжения на тяговых двигателях при торможении

Электрическое торможение. В тиристорно-импульсных системах управления регулирование напряжения на тяговых двигателях (генераторах) в режиме электрического торможения осуществляется периодическим изменением цепи нагрузки с помощью тиристорного регулятора. В зависимости от характера нагрузки различают рекуперативное или реостатное торможение.

При рекуперативном торможении нагрузкой является контактная сеть с потребителями электроэнергии в виде других единиц подвижного состава, работающих в режиме тяги.

Нагрузкой при реостатном торможений является тормозной реостат, устанавливаемый на подвижном составе.

Нетрудно видеть, что надежность реостатного торможения существенно выше, чем рекуперативного, поскольку реостатный тормоз не зависит от условий токосъема, наличия потребителей в контактной сети, соотношения суммарной мощности рекуперирующего и потребляющего подвижного состава на данном участке питающей сети и т. д. С другой стороны, при реостатном торможении вся энергия движущейся транспортной единицы переходит в тепловую энергию тормозных реостатов, в то время как при рекуперативном торможении эта энергия возвращается в сеть потребителям (другим транспортным единицам).

Современные системы тиристорно-импульсного регулирования позволяют осуществить необходимое сочетание преимуществ обоих видов торможения, в частности, так называемое следящее рекуперативно-реостатное торможение.

При следящем р е ку п е р а т и в н о — р е о с т а т н о м торможении основным видом служебного торможения является рекуперативное торможение, которое само по себе обеспечивает снижение общего расхода электроэнергии на движение, а реостатное торможение является только замещающим, когда рекуперативное не может обеспечить заданных параметров торможения (замедления) по внешним причинам (нарушение токосъема, колебания уровня напряжения в контактной сети, отсутствие потребителя). Причем переход с рекуперативного торможения на реостатное и обратно происходит практически мгновенно. Следует отметить, что возможно и совместное действие рекуперативного и реостатного торможения, так как при переходе на реостатное торможение схема рекуперативного торможения сохраняется. Совмещенное рекуперативно-реостатное торможение может осуществляться в том случае, когда суммарная мощность потребителей электроэнергии на участке меньше мощности, отдаваемой в сеть рекуперирующим подвижным составом. Тогда часть энергии тормозящей транспортной единицы возвращается в сеть, а остальная энергия преобразуется в тепловую энергию тормозных реостатов.

Таким образом, следящий рекуперативно-реостатный тормоз позволяет обеспечить надежное и экономичное торможение подвижного состава в широком диапазоне скоростей движения.

Рекуперативное торможение. Принципиальная схема рекуперативного торможения с тиристорно-импульсным регулятором приведена на рис. 94, а.

При рекуперативном торможении двигатель, работающий в режиме генератора, шунтируется ТИР, который, как и при пуске, работает в импульсном режиме. Нулевой диод Д при рекуперативном торможении включается последовательно с источником питания и_т предотвращая протекание тока от этого источника через замкнутый ключ ТИР. Г-образный фильтр Ьф, Сф включен между системой регулирования и контактной сетью. Он, как и при пуске, обеспечивает сглаживание тока ікс, поступающего в контактную сеть, при импульсной форме тока і_п, подводимого к фильтру от тягового двигателя через диод До-

После замыкания ТИР ток тягового двигателя і_д под действием э.д.с. вращение Е нарастает по короткозамкнутому контуру через сопротивление резистора Д_п и индуктивность катушки Т_п. С учетом ранее сделанных допущений напряжение на генераторе и ад в этом случае будет равно нулю (рис. 94, б).

При размыкании ТИР ток двигателя і_д под действием суммы э.д.с. вращения и э.д.с. самоиндукции будет протекать через диод До и источник питания. В этот момент энергия двигателя передается источнику питания, т. е. происходит рекуперация энергии. В период рекуперации ток двигателя уменьшается по мере снижения э.д.с. самоиндукции, наводимой в суммарной индуктивности цепи двигателя Т_д.

В режиме рекуперации, когда ТИР разомкнут, напряжение на зажимах генератора С/_аб равно напряжению на конденсаторе фильтра и_п, которое, как указывалось ранее, при достаточно мощном фильтре можно принять постоянным и равным среднему напряжению в контактной сети !7_КС.

Если, как и при пуске, время замкнутого состояния ТИР обозначить через ?_и и время разомкнутого состояния (Г-/_и), то среднее напряжение на зажимах двигателя (генератора)

Это напряжение связано с э.д.с. вращения двигателя уравнением

Е=и_л + 1_аЯ_я. (66)

Принимая во внимание, что ? = сФо, с учетом уравнений (65) и (66) можно записать

Для определения пульсаций тока тягового двигателя при рекуперативном торможении запишем с учетом допущений п. 41 уравнения двигателя в режимах замкнутого и разомкнутого состояний ТИР:

Вычитая из (68) уравнение (69) и учитывая, что % = ^/Т и [=1 /Т, после алгебраических преобразований получим

Таким образом при рекуперативном торможении, как и при пуске, пульсация тока пропорциональна напряжению в контактной сети, обратно пропорциональна суммарной индуктивности в цепи двигателя и частоте регулирования ТИР.

Максимальная пульсация тока двигателя при рекуперативном торможении также соответствует A,_m=0,5, т. е.

Таким образом, кривые, приведенные на рис. 92, справедливы и для рекуперативного торможения.

Для устойчивого рекуперативного торможения необходимо, чтобы в режиме паузы (когда ТИР разомкнут) ток в тяговом двигателе уменьшался. Это условие будет выполняться, если Е

где /д, С/д — средний ток и напряжение двигателя;

/_ц — среднее значение тока источника питания; г)р — к. п. д. тиристорного регулятора.

Заменив С/д согласно формуле (65), получим

Таким образом, в диапазоне изменения скорости движения ток, отдаваемый в контактную сеть, меняется в диапазоне (1-Я)/дГ|р

Электрооборудование трамваев и троллейбусов

Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200