Преобразовательные установки для режима электрического торможения,
рекуперативное торможение
На электровозах переменного тока может быть применено как
рекуперативное, так и реостатное электрическое торможение.
Рекуперативное торможение. При рекуперации на электровозах
переменного тока, как и на электровозах постоянного тока, тяговые
двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и
потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы
передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать
в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется
инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза
переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована
и как инвертор. Инвертирование, как и выпрямление, осуществляют по
различным схемам (см. рис. 62).
Объясним принцип инвертирования на примере мостовой схемы (рис. 66,
а). Для осуществления рекуперации тяговые двигатели переводят в
генераторный режим, обеспечивая их независимое возбуждение.
Одновременно изменяют полярность обмоток якорей для того, чтобы
направление генерируемого тока соответствовало прямой проводимости
тиристоров. Сделать это нетрудно: необходимо установить
соответствующее направление тока в обмотках возбуждения ОВ.
Рис. 66. Принципиальная схема инвертора
Напряжение от тяговых двигателей, работающих в генераторном
режиме, подводится к инвертору, плечи которого соединены по схеме
моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка тягового
трансформатора Т.
Чтобы передать электрическую энергию в контактную сеть, необходимо
прежде всего обеспечить прохождение тока двигателя, работающего в
режиме генератора, через вторичную обмотку Н2-К2. Ток в ней должен
быть направлен встречно по отношению к напряжению в этой обмотке.
Предположим, что в первый полупериод напряжение во вторичной обмотке
действует слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить
справа налево. Для этого необходимо открыть тиристоры KS2 и VS4, а в
следующий полупериод - тиристоры VS1 и VS.? и т. д. Так как частота
тока в контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз
менять направление тока в обмотке Н2-К2. Кроме того, необходимо,
чтобы напряжение, наводимое в первичной обмотке трансформатора, было
бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом ток
из первичной обмотки трансформатора пойдет в контактную сеть.
Укажем на одну очень важную особенность инвертирования. Как уже было
сказано, тиристор закрыть при прохождении через него тока нельзя.
Поэтому, если, допустим, были открыты тиристоры VS1 и IAS3, а затем
в начале следующего полупериода откроются тиристоры VS2 и 1AS4, то
образуются две короткозамкнутые цепи: через вентили VS1, VS4 и через
VS2, VS3.
Произойдет так называемое опрокидывание инвертора. Не вдаваясь в
физическую суть процесса, отметим лишь, что во избежание короткого
замыкания необходимо подать импульс, открывающий тиристоры VS2, VS4
до момента, в который изменяющееся синусоидально напряжение во
вторичной обмотке достигнет нулевого значения (рис. 66, б). Угол р,
отсчитываемый от момента открытия этих тиристоров до момента, в
который напряжение и2 становится равным нулю, называют углом
опережения открытия вентилей. В следующий полупериод должны быть
открыты с тем же углом опережения тиристоры VS1, VS3 и т. д.
Преобразователи, установленные на электровозе ВЛ80Р (см. рис. 65,
а), являются управляемыми выпрямителями в тяговом режиме работы
электровоза и инверторами в режиме рекуперативного торможения.
Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) выполнен на
тиристорах Т2-320 14-го и 15-го классов. Каждое из восьми плеч ВИП
содержит семь параллельных ветвей с тремя последовательно
соединенными тиристорами (исключение составляют 5-е и 6-е плечи,
имеющие по два последовательно соединенных тиристора). Таким
образом, ВИП содержит 154 силовых управляемых вентиля.
ВИП рассчитан на номинальные выпрямленные ток 1760 А и напряжение
1250 В. Каждый выпрямительно-инверторный преобразователь соединен с
двумя тяговыми двигателями, т. е. на электровозе ВЛ80Р установлено
четыре ВИП, общее число тиристоров в них равно 616. Коэффициент
полезного действия ВИП 98%. В режиме рекуперативного торможения
сохраняется тот же принцип четырехзонного плавного регулирования
напряжения инвертора и соответственно тока и тормозного усилия, что
и в режиме выпрямления.
В режиме рекуперации тормозное усилие регулируется при высоких
скоростях плавным изменением тока возбуждения тяговых двигателей,
работающих в генераторном режиме, а при средних и малых - плавным
изменением э. д. с. трансформатора, что осуществляется с помощью ВИП.
Изменение тока возбуждения на высоких скоростях движения электровоза
осуществляется с помощью управляемой вентильной установки
возбуждения (ВУВ). Она унифицирована для электровозов ВЛ80Т, ВЛ80С и
ВЛ80Р. Обмотки возбуждения всех двигателей электровоза при этом
соединены последовательно.
Эксплуатация электровозов ВЛ80Р показала, что среднее количество
электрической энергии, возвращаемой в контактную сеть, составляет
10-14% от расходуемой в тяговом режиме на Дальневосточной дороге и
7-10% на других дорогах.
