Блок БА-520 для тепловоза
Устройство, принцип действия
В электрооборудовании ряда тепловозов магистрального и маневрового движения используется блок управления возбуждением тягового генератора. Принцип его действия при описании электрической схемы, как правило, не рассматривается, поэтому редакция попросила ведущего научного сотрудника ВНИИЖТа канд. техн. наук И.П. АНИКИЕВА подготовить техническую консультацию на эту тему.
Блок управления возбуждением (БУВ) типа БА-520 предназначен для управления
тиристорами управляемого выпрямителя возбуждения (УВВ] тягового генератора. Данные устройства применяются на тепловозах с передачей мощности переменно-постоянного тока — ТЭП70,2ТЭ116 и ТЭМ7.
Принципиальная схема системы возбуждения этих локомотивов приведена на рис. 1. Обмотка независимого возбуждения тягового синхронного генератора (СГ), расположенная на явно выраженных полюсах ротора, через выпрямитель УВВ подключена к синхронному возбудителю (СВ). Синхронный генератор через выпрямительную установку (ВУ) питает тяговые двигатели постоянного тока (на рис. 1 условно показан только один из них).
Управляемый выпрямитель возбуждения представляет собой несимметричный мост, который содержит два
тиристора Т1, Т2 и два
диода Д1, Д2. Тиристоры отпираются импульсами напряжения, формируемыми БУВ. Необходимо отметить, что в реальном выпрямителе возбуждения УВВ имеются не два, а четыре диода. Дополнительные диоды не влияют на его работу. Но при выходе из строя какого-либо элемента системы возбуждения они позволяют преобразовать управляемый выпрямитель УВВ в неуправляемый мост и, тем самым, сохранить, пусть с некоторой потерей, работоспособность тепловоза.
Возбудитель СВ выполнен в виде однофазного синхронного генератора повышенной частоты. Так как данные генераторы отличаются круто падающей внешней характеристикой, что объясняется влиянием реакции якоря и падением напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки якоря, то предусмотрена стабилизация напряжения СВ при изменении тока его якоря. Она осуществляется с помощью схемы двойного питания — от вспомогательного генератора с напряжением 110 В через регулировочный резистор R8, а также от узла коррекции. Последний, содержащий трансформатор тока ТК и выпрямитель В1, подпитывает обмотки возбуждения СВ током, пропорциональным току нагрузки.
В результате при постоянной частоте вращения ротора синхронного возбудителя и изменении тока его обмотки якоря напряжение СВ остается практически постоянным. Возбудитель СВ также питает трансформаторы постоянного тока (ТПТ) и постоянного напряжения (ТПН). Обмотка управления ТПН с помощью резистора R13 подключена к выходу ВУ. Трансформаторы ТПТ и ТПН соединены со вторичными обмотками распределительного трансформатора Тр, на первичную обмотку которого подается напряжение СВ, и вырабатывают сигналы, пропорциональные выпрямленным току и напряжению ВУ соответственно.
Кроме того, от возбудителя СВ получают питание блок БУВ, соединенный со вторичной обмоткой TP через балластный резистор R10 и та-хометрический блок (блок задания возбуждения БЗВ), который предназначен для вырабатывания напряжения, пропорционального частоте вращения коленчатого вала дизеля, а также питания индуктивного датчика (ИД). Ток ИД выпрямляется мостом В2 и протекает по резистору R7. Блок управления возбуждением питается также от вспомогательного генератора напряжением, стабилизированным с помощью
стабилитрона СТ и резистора R9.
Блок БУВ содержит две обмотки — стабилизирующую и управления. Стабилизирующая обмотка, обеспечивающая устойчивость системы, подключена к блоку стабилизации, в который входят резисторы Rl 1, R12 и конденсаторы С1, С2. Конденсатор С1 сглаживает высокочастотные пульсации напряжения, снимаемого с резистора R11, который соединен с выходом УВВ. Емкость конденсатора С1 выбрана такой, чтобы его емкостное сопротивление протеканию тока высокой частоты было значительно меньше сопротивления части резистора R11, находящейся между его движком и минусовым выводом УВВ. Поэтому высокочастотная составляющая падения напряжения на резисторе Rl 1 не проникает на вход цепочки С2 — R12.
Автоколебания, способные возникать в системе возбуждения, имеют низкую частоту, на которой емкостное сопротивление конденсатора С1 много больше сопротивления отмеченной ранее части резистора R11. Поэтому на цепочку С2 — R12 будет поступать низкочастотная составляющая падения напряжения на резисторе R11. Под действием этой составляющей по стабилизирующей обмотке БУВ протекает ток, изменяющий таким образом фазы импульсов, отпирающих
тиристоры Т1 и Т2, что возникающие колебания подавляются.
Обмотка управления обеспечивает регулирование напряжения возбуждения СГ по заданному закону. Она подключена к селективному узлу, состоящему из потенциометров обратных связей (ПОС) и уставок (ПУ). Потенциометры ПОС образуют резисторы R1 — R3, из которых R1 и R3 — балластные для ТПТ и ТПН соответственно. На резисторах ПОС выделяются в виде падений напряжения сигналы, пропорциональные выпрямленному току 1р тягового генератора — Uot. мощности тягового генератора на зажимах ВУ — Uom и выпрямленному напряжению Up тягового генератора — Uoh.
Потенциометры ПУ образуются резисторами R4 — R6, подключенными к блоку БЗВ. Но движках этих резисторов также в виде падений напряжения выделяются сигналы уставок: по току If — Ut, по мощности тягового генератора на зажимах ВУ — Um и по напряжению Up — Uh-Минусовые выводы потенциометров соединены между собой через обмотку управления блока БУВ, а выводы с положительными потенциалами соответствующих сигналов обратных связей и уставок — через
диоды ДЗ — Д5. В результате каждая пара сигналов образует канал регулирования тока, мощности или напряжения тягового генератора. Под действием разности между напряжением обратной связи и уставки по обмотке управления БУВ будет протекать ток, в зависимости от величины которого последний изменяет фазы импульсов напряжения, отпирающих
тиристоры выпрямителя УВВ.
В канал регулирования мощности включен резистор R7, на котором выделяется падение напряжения, пропорциональное току индуктивного датчика ИД. Если отмеченный резистор закоротить перемычкой, то ИД не будет оказывать влияния на работу системы, и внешняя характеристика тягового генератора будет формироваться только под действием селективного узла (данную характеристику принято называть селективной). В противном случае падение напряжения на резисторе R7 складывается с напряжением уставки U/y\- Очевидно, что при изменении тока индуктивного датчика будет изменяться суммарная величина уставки по мощности. Зависимость напряжения генератора от его тока, получаемая при совместном действии ПУ и ИД, называется внешней характеристикой тягового генератора.
Принципиальная схема блока БУВ приведена на рис. 2. Блок содержит следующие узлы: преобразователь напряжения (ПН), с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное, прямоугольной формы;
синхронизирующую цепь (СЦ), обеспечивающую синхронизацию напряжения преобразователя ПН с напряжением возбудителя СВ;
фазосдвигающее устройство, предназначенное для изменения фазы управляющих
тиристорами УВВ импульсов и представляющее собой магнитный усилитель (МУ) с внутренней положительной обратной связью и двумя, отмеченными ранее, управляющими обмотками;
распределительную цепь (РЦ) для управления блокинг-генераторами;
два блокинг-генератора (БГ1 и БГ2), которые формируют тиристорами УВВ управляющие импульсы напряжения.
Преобразователь напряжения блока управления возбуждением выполнен по обычной двухтактной схеме и действует следующим образом. Пусть в некоторый момент времени полярность переменного напряжения СВ, подаваемого к блоку БУВ, такова, что положительный потенциал приложен к контакту разъема 10, а отрицательный — к контакту 9 (см. рис. 2). Возникают условия, когда ток начинает протекать по цепи (рис. 3,а|: контакт 10,
диод Д2, эмиттер-базовый переход
транзистора Т1, резистор R1, контакт 9. При этом транзистор Т2 будет закрыт положительным напряжением, приложенным к его базе, а транзистор Т1 начнет открываться, что вызовет появление тока в цепи: контакт И, эмиттер-коллекторный переход Т1, обмотка W2, контакт 12.
Во всех обмотках трансформатора Тр 1 появятся э.д.с., причем э.д.с. обмотки W3 будет удерживать транзистор Т2 в закрытом состоянии, а обмотки W4 — обеспечивать переход транзистора Т1 в режим насыщения. Так как этот переход происходит быстро, то э.д.с., индуктируемые во вторичных обмотках, практически в течение всего полупериода сохраняют постоянное значение. Протекание токов по элементам преобразователя ПН в этот полупериод напряжения возбудителя СВ показано утолщенными линиями на рис. 3,а.
В следующий полупериод напряжения СВ, подаваемого на контакты 9 и 10, транзистор Т1 будет закрыт напряжением, поданным на его базу с контакта 9 через резистор R1, а транзистор Т2 перейдет в режим насыщения, так как по его эмиттер-базовому переходу будет протекать ток: контакт 9, резистор R1, диод Д1, эмиттер-базовый переход Т2, контакт 10 (рис. 3,6). Открытый транзистор Т2 подключает к стабилизированному источнику постоянного напряжения обмотку W1: контакт 11, эмиттер-коллекторный переход Т2, обмотка W1, контакт 12.
Обмотки W1 и W2 включены согласно, но так как направление тока в обмотке W1 будет обратным по отношению к току в обмотке W2 (который протекал по ней в предыдущий полупериод), то э.д.с. вторичных обмоток изменяют знаки. Протекание токов по элементам преобразователя ПН во второй полупериод напряжения синхронного возбудителя СВ показано утолщенными линиями на рис. 3,6.
Таким образом, синхронизирующая цепь поочередно открывает транзисторы Т1 и Т2. Во вторичных обмотках Тр1 под действием напряжения СВ, подаваемого к контактам 9 и 10, будут формироваться синхронные и синфазные, по отношению к этому напряжению, э.д.с. прямоугольной формы (см. на рис. 6 диаграммы изменения напряжений СВ — Ucb и на зажимах вторичной обмотки W5 — Uwsl- Стабилитроны СТ1 и СТ2 ограничивают прямое, а диоды Д1 и Д2 — обратное напряжение, прикладываемое к эмиттер-базовым переходам транзисторов Т1 и Т2. Резистор R10 (см. рис. 1) — балластный для
стабилитронов. Резисторы Rl — R3 ограничивают базовые токи транзисторов преобразователя ПН.
Рассмотрим теперь работу магнитного усилителя, распределительной цепи и блокинг-генераторов. Пусть в некоторый момент времени полярность напряжения на зажимах обмотки W5 такова, что «плюс» приложен к точке о (см. рис 4). Пока сердечник МУ не насыщен, по резистору R8, диоду Д6 и рабочей обмотке ОР1 протекает небольшой ток холостого хода ixx. Падение напряжения на резисторе R8 будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона СТЗ, и ток через него не протекает.
В момент насыщения сердечника магнитного усилителя, который определяется величиной тока управления iy, ток рабочей обмотки ОР1, который обозначим i0pi, значительно увеличивается (iopi > ixx). Соответственно, увеличивается и падение напряжения на резисторе R8. Стабилитрон СТЗ переходит в проводящее состояние, и конденсатор С1 начнет заряжаться током id по цепи: точка о, стабилитроны СТ4 и СТЗ, диод Д7, эмиттер-базовый переход транзистора ТЗ, конденсатор С1, точка 6 (см. рис. 4).
Транзистор начинает открываться и, вследствие действия э.д.с. обмотки W1, быстро перейдет в режим насыщения. При этом формируется передний фронт импульса, индуктируемого в обмотке W2 трансформатора Тр2, который через контакты 7 и 8 подается к управляющему электроду тиристора Т1 выпрямителя возбуждения (см. рис. 1). Когда транзистор ТЗ полностью откроется, напряжение, приложенное к обмотке W3, остается постоянным, и формируется вершина управляющего тиристором Т1 импульса. Его длительность определяется временем насыщения сердечника трансформатора Тр2.
После насыщения сердечника Тр2 э.д.с. вторичных обмоток резко уменьшаются и меняют знаки. Теперь э.д.с. обмотки W1 будет действовать согласно с запирающим напряжением, подаваемым на базу ТЗ с моста В1, что вызовет быстрое закрытие этого транзистора. Управляющий переход тиристора Т1 (см. рис. 1 и 4) защищается от импульса обратной полярности диодами Д8 и Д10.
В следующий полупериод напряжения преобразователя ПН «плюс» будет приложен к точке 6 (см. рис. 5). В момент насыщения сердечника МУ начнет протекать ток перезаряда конденсатора С1 по цепи: точка б, конденсатор С1, диод Д8, эмиттер-базовый переход транзистора Т4, стабилитроны СТЗ и СТ4, точка а Бло-кинг-генератор БГ2 сформирует так же, как и блокинг-генератор БГ1 в предыдущий полупериод напряжения преобразователя ПН, импульс напряжения, который будет подан через контакты 13 и 14 на управляющий электрод тиристора Т2. Стабилитроны СТ5 и СТ6 защищают транзисторы ТЗ и Т4 от перенапряжений, а стабилитроны СТЗ и СТ не допускают ложного срабатывания блокинг-генераторов от напряжения холостого хода МУ, выделяющегося на резисторе R8.
Диаграммы напряжений, характеризующих работ/ блока БУВ и выпрямителя УВВ, показаны на рис. 6. Здесь приняты следующие обозначения: питающего данные аппараты — UcB/ на зажимах обмотки W5 — Uy/5, приложенных к резистору R8 — Urs, диодам Д10 и Д12 — Ццю и Цц12 соответственно и к обмотке возбуждения СГ — Ug. Ток на диаграмме его изменения при перезаряде конденсатора С1 обозначен iQ.
Пока сердечник МУ не насыщен, по резистору R8 протекает ток холостого хода аппарата, создающий на нем падение напряжения, равное Uxx (см. рис. 6). После насыщения сердечника ток обмотки W5 увеличивается до iopi, а падение напряжения на резисторе R8, соответственно, до Up. В момент резкого увеличения напряжения Urs начинает протекать ток id перезаряда конденсатора С1. Этим током открывается транзистор ТЗ (в отрицательный полупериод Т4, см. рис. 2 и 4), и в обмотке W2 трансформатора Тр2 формируется импульс напряжения Цщо, управляющий тиристором Т1 выпрямителя УВВ. В отрицательный полупериод импульс напряжения Цщ2, отпирающий тиристор Т2 управляемого выпрямителя, будет сформирован в обмотке W2 трансформатора ТрЗ (см. рис. 2 и 5).
Параметры управляющих тиристорами УВВ импульсов напряжения: амплитуда Uy = 7 ± 0,7 В; длительность tn = 300 ± 90 мкс. Когда тиристоры отпираются, напряжение на них уменьшается до величины его падения в прямом направлении. При этом напряжение источника питания практически полностью прикладывается к нагрузке — обмотке возбуждения СГ (рис. 6, диаграмма Ug). В моменты времени, когда Ug = 0, ток lg протекает по обмотке возбуждения СГ, а также диодам Д1 и Д2 (см. рис. 1) за счет действия э.д.с. самоиндукции этой обмотки.
Включение и отключение тиристоров сопровождается коммутацией, при которой происходит смена вентилей, проводящих ток. В процессе коммутации напряжение на зажимах СВ падает до нуля (см. отрезки времени yi и У2 на рис. 6). Когда увеличивается или уменьшается величина тока iy, протекающего по обмотке управления МУ, изменяется угол (момент времени) насыщения его сердечников б и, соответственно, фаза управляющих тиристорами УВВ импульсов напряжения. В конечном итоге, изменяется величина напряжения Ug, приложенного к обмотке возбуждения СГ.
Чтобы предохранить обмотку управления МУ от протекания по ней тока, превышающего допустимую величину, предусмотрены диод Д13 и резистор R12, а также источник постоянного напряжения, который включает в себя обмотку W8 трансформатора Тр1, выпрямительный мост ВЗ и конденсатор С4 (см. рис. 2). Ток ior отмеченного источника протекает по диоду Д13 и резистору R12. При iy < ior = iyMAX ДИ°Д Д13 открыт, и ток, протекающий через него, равен Щ13 = ЮГ ~ iy (см. рис. 4 и 5). Когда iy = ior, диод Д13 заперт, и в цепь обмотки ОУ оказывается включенным резистор R12 (см. рис. 4 и 5), имеющий большую величину. За счет этого происходит ограничение тока iy.
21.06.2011, 12:31
Похожие темы
Почта
