Электровоз ВЛ80р. Общие сведения

Технический прогресс отечественного электровозостроения определяется главным образом внедрением управляемых вентилей-тиристоров. Применение тиристоров на электровозах переменного тока позволяет осуществить такие технические решения, как, например, плавное регулирование напряжения и рекуперативное торможение. Эти технические решения претворены в жизнь созданием электровоза ВЛ80р, строящимся Новочеркасском электровозостроительным заводом. При установке на электровозах тиристорной выпрямительной установки отпадает необходимость в переходных реакторах, появляется возможность существенно упростить контакторно-переключающую аппаратуру или даже отказаться от применения некоторых сложных аппаратов (нет ЭКГ). Так, как тиристорная выпрямительная установка может не только выпрямлять переменный ток в постоянный, но и преобразовывать постоянный ток в переменный (инвертировать), она называется – Выпрямительно-инверторный преобразователем (ВИП). Большим преимуществом применения тиристорного регулирования является возможность плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях. При трогании тяжелого состава на подъёме при ступенчатом регулировании машинист набирает несколько начальных ступеней регулирования и останавливается на той, при которой ток тяговых двигателей достигает предельно возможной величины по условиям сцепления колёс локомотива с рельсами, т.е. при которой нет боксования. После того, как состав взят с места, и скорость постепенно начинает увеличиваться, ток ТЭД плавно уменьшается и сила тяги электровоза так же уменьшается. При каком-то токе машинист набирает следующую позицию, и ток скачком возрастает. Искусство и опыт машиниста в этих условиях проявляется в том, что он правильно выбирает момент набора следующей позиции, т.к. нельзя допустить, чтобы скачком тока при наборе очередной позиции вызвал боксование локомотива, ибо это грозит остановке поезда. Помимо опыта машиниста в этих условиях большую роль играет тяговые качества самого локомотива, т.к. если скачки тока при наборе позиций велики, то трогание поезда и ведение его на подъёме будут затруднены. При плавном же регулировании машинист может при трогании с места и на протяжении всего времени разгона поддерживать величину тока на уровне, близком к максимально допустимой по условиям сцепления колеса с рельсом, обеспечивая наиболее полное использование силы тяги по сцеплению. Это особенно важно для современных мощных электровозов переменного тока, которые имеют очень высокие значения коэффициентов силы тяги при часовом и длительном режимах. Вес поезда для них часто ограничивается не нагревом обмоток тяговых двигателей, а условиями сцепления. Электровоз ВЛ80р спроектирован и построен на базе механической части серийных электровозов ВЛ80к и ВЛ80т с использованием тех же тяговых двигателей, вспомогательных машин, токоприёмников, главного выключателя. Электрическое оборудование электровоза должно обеспечивать надёжную работу при повышении напряжения в контактной сети до 29 кв., и понижения до 19 кв. а так же при изменении температуры окружающей среды вне кузова от - 50˚С до + 40 ˚ С. Краткая теория плавного регулирования напряжения с помощью тиристоров. Обычный неуправляемый кремниевый диод обозначается схематически, как показано на рис.1 (а). Его Р-n переход имеет двухслойную структуру рис. 1 (б) и проводит электрический ток в направлении, указанном стрелкой при условии, если напряжение к вентилю приложено полярностью, указанной на рисунке, и замкнута электрическая цепь. Таким образом, если неуправляемый вентиль включен в цепь переменного тока,

Рис. 1

Рис. 2 а) Схема 2-х полупериодного выпрямителя

с «0» выводом;

то ток через него проходит в течение всего положительного полупериода, т. е. 0,01 сек. (смотреть рис. 2).

б) U на вентилях 1, 2 за период;

в) U два за период

Управляемый вентиль, называемый тиристором, схематически обозначается, как показано на рис. 3 а, Его структура четырёхслойная и имеет 3 Р-n переход: I. II. III.

Рис.3

Как видно на рис. 3 б, первый переход I обеспечивает проводимость слева направо, третий переход III так же проводит слева направо, а переход II имеет обратную полярность и обеспечивает проводимость справа налево, т.е. в противоположную сторону. Таким образом, управляемый вентиль не проводит ток даже, если к его аноду приложено напряжение плюс + и замкнута электрическая, т.к. переход II является запорным. Чтобы данная структура стала проводящей, на её слой Р2, называемый управляющим электродом, подают кратковременно положительный импульс напряжения. Импульс подаётся с некоторым опозданием по отношению к приложенному напряжению и так называемый углом отпирания. В течение начальной части полупериода, когда тиристоры закрыты, напряжение к тяговым двигателям от трансформатора не подводится – цепь разомкнута тиристорами. Напряжение трансформатора подключается лишь с момента отпирания a. В течение начальной части полупериода, когда тиристоры закрыты, напряжение к тяговым двигателям от трансформатора не подводится – цепь разомкнута тиристорами. Напряжение трансформатора подключается лишь с момента отпирания тиристоров – момент t1 или t2 и до конца полупериода (смотреть рис. 4).

а) б)

Рис.4

а) - схема выпрямления;

б) - Напряжение U на вентилях за период;

в) и г) – Напряжение Ug на двигателе при a1 и a2 соответственно. В этом случае напряжение тяговых двигателей определяется не всей полу синусоидой (полупериодом), а лишь частью её, показанной на рисунке заштрихованной частью. Очевидно, что в этом случае средней напряжение двигателей будет меньше, чем, когда вентили работали бы в течение полного полупериода. Если уменьшить угол отпирания a, открывая тиристоры раньше, то среднее значение выпрямленного напряжения увеличивается и, наоборот, при увеличении угла a выпрямленное напряжение уменьшится, если отпирающие импульсы подать в самом конце полупериода (a= 180º), то тиристоры окажутся запертыми, и напряжение будет равно нулю. Если импульс подать в самом начале полупериода (a=0), то напряжение будет максимальным. Сущность тиристорного регулирования заключается в том, что, изменяя момент подачи отпирающих импульсов или другими словами, изменяя угол регулирования a, можно менять среднее значение выпрямленного напряжения. Теперь не трудно представить, что если плавно менять угол регулирования, то выпрямленное напряжение так же будет изменяться плавно. В случаях, когда нужно получить плавно изменяющееся напряжение от нуля до заданной величины, поступают следующим образом устанавливают угол регулирования тиристоров, равный 180 º, при котором тиристоры заперты, и выпрямленное напряжение равно нулю. Затем угол регулирования плавно уменьшают, т.е. отпирающие импульсы подают раньше и раньше. Когда импульсы будут подавать в самом начале полупериода, т.е. угол регулирования будет равен нулю, выпрямитель будут работать как неуправляемый с наибольшим напряжением, равным среднему значению за весь полупериод. Для получения указанных выше импульсов управления на электровозах устанавливают специальную электронную аппаратуру – блоки управления.