В момент перехода на рекуперативное торможение, например, двух
тяговых двигателей, соединенных последовательно, суммарная
электродвижущая сила E1+ Еп должна быть
близка к напряжению контактной сети Uc. Если это условие не будет
выполнено, то, как уже отмечалось, через тяговые двигатели пойдет
недопустимо большой ток. Чтобы этого избежать, на восьмиосных
электровозах используют реле рекуперации, которые автоматически
присоединяют тяговые двигатели к контактной сети, когда Е1+Еn=
Uc. Это электромагнитные реле, принцип их действия описан на с. 132.
Рис. 103. Схема включения реле
Реле РР включают таким образом (рис. 103), что если суммарная э.
д. с. тяговых двигателей значительно отличается от напряжения
контактной сети, через его обмотку проходит ток и якорь реле
притянут к сердечнику. Контакт /, введенный в цепь тяговых
двигателей, разомкнут. Машинист, перемещая тормозную рукоятку
контроллера, изменяет э. д. с. тяговых двигателей. Когда разница
между нею и напряжением контактной сети составит 80-100 В, якорь
реле отпадет, контакт 1 замкнется. Резистор Яд1 ограничивает ток в
цепи реле.
Напряжение в контактной сети изменяется в довольно широких пределах.
Поэтому электрическое оборудование электровозов постоянного тока
рассчитывают на работу при максимальном напряжении 4000 В. В
процессе рекуперативного торможения на токоприемнике напряжение
может превысить это значение и вызвать пробой изоляции либо круговой
огонь на коллекторах тяговых двигателей или вспомогательных машин.
Чтобы предотвратить это, на электровозах устанавливают реле
повышенного напряжения РПН. Включают его по схеме, показанной на
рис. 103. При напряжении более 4000 В якорь реле РПН притягивается,
его
контакты замыкают цепь светового сигнала на пульте машиниста и
производят переключения, в результате которых уменьшается ток
возбуждения генератора преобразователя.
Если электровоз работал в тяговом режиме и в контактной сети по
каким-либо причинам напряжение превысило 4000 В, то реле отключает
цепи ослабления возбуждения тяговых двигателей.
Наблюдаются и кратковременные понижения напряжения в контактной
сети, например, при непродолжительном отключении ближайшей к
электровозу тяговой подстанции. Контактная сеть в это время питается
от далеко расположенных подстанций. Резкое повышение (бросок)
напряжения при включении подстанции может вызвать опасные для
электровоза броски тока и силы тяги. Чтобы предупредить машиниста о
понижении напряжения, на электровозах устанавливают реле пониженного
напряжения РНН (см. рис. 103), которые при определенном напряжении
включают световой сигнал. Машинист в этом случае принимает
необходимые меры, например включает в цепь тяговых двигателей
пусковые реостаты или отключает их.
Кроме рассмотренных, имеются и другие устройства, защищающие
оборудование электровозов при ненормальных режимах. Так, на
электровозах ВЛ10 устанавливают
малогабаритный быстродействующий выключательБВЭ-ЦНИИ, обеспечивающий совместно с дифференциальными реле
защиту вспомогательных цепей. На электровозах ВЛ11, ВЛ8 и ВЛ23 с
этой целью применяют дифференциальные реле и специальный контактор
вспомогательных цепей (КВЦ).
На электровозах переменного тока автоматический контроль частоты
вращения ротора расщепителя фаз осуществляется с помощью реле
оборотов. Такой контроль необходим, так как
асинхронные тяговые двигатели могут быть повреждены, если их
включать при неработающем расщепителе фаз или медленно вращающемся
роторе расщепителя. Асинхронные двигатели включаются после того, как
частота вращения ротора расщепителя фаз достигнет 1430 об/мин.
На этих же электровозах применяется защита главного контроллера с
помощью реле времени от замедленного вращения кулачкового вала
переключателя. Катушка реле времени получает питание на всех
фиксированных позициях кулачкового вала переключателя ступеней
главного контроллера. Во время поворота кулачкового вала от одной
позиции к другой цепь питания ее прерывается специальными
блок-контактами. Но якорь реле при этом отрывается от сердечника не
сразу, а с выдержкой времени, которую создает медное кольцо,
имеющееся на сердечнике: после снятия напряжения с катушки реле
медное кольцо поддерживает (в течение нескольких секунд) магнитный
поток катушки и якорь удерживается притянутым.
Чтобы обеспечить высокое напряжение и большую мощность силовых
полупроводников преобразователей на электроподвижном составе,
необходимо применять в этих преобразователях вентильные группы,
содержащие последовательно и параллельно соединенные силовые
полупроводниковые приборы (см. рис. 63). К вентилям предъявляют
достаточно жесткие требования. Так, в преобразовательной установке
должны быть полупроводниковые приборы одного класса (понятие было
дано ранее); разница падений напряжения в открытых приборах не
должна превышать 0,03 В. Кроме того, тиристоры в одной установке
должны быть одной и той же группы по времени включения и
выключения. Однако даже при выполнении этих требований возможно
несовпадение прямых и обратных ветвей вольт-амперных характеристик
силовых полупроводниковых приборов, вследствие чего отдельные
приборы будут перегружены по току или напряжению, если не принять
специальных мер. Метод подбора идентичных вентилей не нашел
практического применения на транспорте из-за сложности подбора их на
заво-дах-изготовителях, а также из-за необходимости создания в
локомотивных депо запаса приборов с заданными характеристиками.
При последовательном соединении полупроводниковых вентилей к вентилю,
у которого обратная ветвь вольт-амперной характеристики более полога
(см. рис. 59 и 60), будет приложено большее напряжение, чем к другим.
Аналогично при параллельном соединении полупроводниковых приборов
после их включения ветвь, в которой вентили обладают более крутыми
вольт-амперными характеристиками, будет нагружена большим током. Все
сказанное относится к уста новившимся режимам.
При включении и выключении (переходных режимах) вентили (особенно
тиристоры) оказываются в еще более тяжелых условиях. В частности,
при последовательном соединении к тиристору, имеющему меньшее время
выключения, будет приложено все напряжение ветви, которое может
вызвать его самопроизвольное включение и даже пробой.
Для выравнивания распределения напряжения по последовательно
включенным приборам в установившемся режиме параллельно каждому
прибору подключают резистор Rm. В этом случае распределение
обратного напряжения будет определяться в первую очередь отклонением
от номинальных значений сопротивлений Яш- Эти отклонения имеют
сравнительно небольшие значения, допустим +5%. Поэтому обратные
напряжения на полупроводниковых приборах не будут превышать
допустимого значения с учетом выбранного коэффициента запаса по
напряжению (см. с. 88).
Чтобы облегчить условия работы вентилей в переходных режимах,
включают параллельно каждому из них еще одну цепь, содержащую
последовательно соединенные резистор R и конденсатор С (/?С-цепь). В
данном случае для защиты полупроводниковых приборов используется
свойство конденсатора С обеспечивать невозможность скачкообразного
изменения напряжения при коммутации. Задержка по напряжению создает
возможность одновременного включения и выключения полупроводниковых
приборов. Резистор R предназначен для ограничения тока в RC-цепи в
переходных режимах.
Дополнительно в параллельных ветвях преобразователей для
принудительного выравнивания в них токов применяют индуктивные
делители тока с магнитопроводами. При больших расхождениях в момент
включения тиристоров дополнительно увеличившийся по этой причине ток
может приводить к насыщению магнитной системы делителей тока.
Поэтому к системе управления преобразователями предъявляют жесткие
требования по допустимому разбросу углов включения а (см. с. 91).
Довольно широко, особенно в низковольтных цепях управления, для
защиты от токов короткого замыкания используют плавкие
предохранители. Как правило, применяют трубчатые предохранители, в
которых используются наполнители, способствующие гашению дуги.
