Силовая цепь схемы возбуждения тягового
генератора на тепловозе 2ТЭ116
Обмотка возбуждения тягового генератора
является нагрузкой силовой цепи системы возбуждения. В эту цепь входят
возбудитель СВ, управляемый выпрямительный мост УВВ и узел коррекции,
включающий в себя трансформатор ТК и выпрямительный мост БСТ1 (см. рис.
163).
В качестве возбудителя СВ применен однофазный синхронный генератор
переменного тока. Возбуждение его осуществляется от общей цепи питания
электрической схемы управления (от
стартер-генератора) и подается на обмотку статора И1—И2. Выходное
переменное напряжение возбудителя с колец ротора Cl—С2 подается на вход
управляемого выпрямительного моста УВВ. Он представляет собой
несимметричный мостовой выпрямитель, в два плеча которого включены
управляемые вентили — тиристоры +Т и —Т, а два других — обычные
неуправляемые вентили. Последовательно с тиристорами включены диоды для
обеспечения возбуждения тягового генератора в аварийном режиме при
выходе из строя тиристоров или схемы управления ими. Защита вентилей
моста от коммутационных перенапряжений, возникающих при выпрямлении
переменного тока возбудителя, осуществляется шунтирующими цепочками из
резисторов и конденсаторов, а от токов короткого замыкания —
быстродействующим плавким предохранителем Пр1.
Ток возбуждения в цепи тягового генератора регулируют изменением
переменного напряжения на выходе возбудителя и выпрямленного напряжения
выпрямителя УВВ. Первое производится, как и у тягового генератора, путем
увеличения частоты вращения ротора возбудителя при наборе позиций
контроллера. При одном и том же токе возбуждения выходное переменное
напряжение, наводимое в обмотке ротора возбудителя, увеличивается
пропорционально частоте вращения ротора и достигает на 15-й позиции
наибольшего значения около 260 В при частоте 220 Гц.
Выпрямленное напряжение регулируется с помощью тиристоров путем
изменения момента их включения, а следовательно, продолжительности их
открытого состояния. Первоначально тиристоры закрыты и при подаче на них
переменного напряжения с возбудителя на выходе моста выпрямленное
напряжение будет равно нулю. Еслн теперь на управляющий электрод одного
из них, например +7\ подать положительное напряжение (достаточно
кратковременного определенной величины положительного импульса), то
тиристор открывается и начинает проводить ток. Так как на управляемый
мост подается синусоидальное напряжение возбудителя (рис. 165), то, как
и во всяком выпрямительном мосте, один тиристор будет работать в
положительный полупериод, а другой — в отрицательный. Например, путь
тока при открытии тиристора +Т в положительный полупериод показан на
рис. 163, а сплошной линией. Управляющие импульсы для открытия
тиристоров подаются поочередно на управляющий электрод соответствующего
тиристора в положительный или отрицательный полупериод синхронно с
поступающей на них волной синусоидального напряжения. На выходе моста
будет пульсирующее выпрямленное напряжение (см. рис. 165).
Как и в обычной мостовой схеме с диодами, запирание тиристоров
происходит в момент изменения синусоидального напряжения с положительной
полуволны на отрицательную (в момент перехода через нуль). Промежуток
времени от момента подачи положительной полуволны переменного напряжения
с возбудителя на анод тиристора +Т до момента отпирающего импульса на
его управляющий электрод называется углом регулирования а (углом
зажигания). Как видно на гра-фике рис. i$5> с увеличением угла
регулирования « (от 0 до IJ&F) уменьшается общее время прохождений тока
через тиристор и среднее значение выпрямленного напряжения t/cp. Его
можно считать пропорциональным заштрихованной площади, ограниченной
кривой выпрямленного напряжения. Изменяя угол регулирований от некоторой
минимальной величины «Мйй до 180°, можно уменьшить выпрямленное
напряжение и ток от наибольшего до тока, близкого к нулю» Величину
импульсов и момент их подачи (угол регулирований ш) ш каждый полупериод
питающего напряжения формирует блок управ* ления возбуждением БУВ,
являющийся выходным узлом системы автоматического регулирования
возбуждения. Благодаря этому ток возбуждения и выходное напряжение
тягового генератора изменяются от наибольшего значения до величины,
близкой к нулю.
Значительная индуктивность обмотки возбуждения тягового генератора
приводит к тому, что в момент перехода питающего напряжения через нуль
ток каждой полуволны выпрямленного напряжения не может мгновенно
исчезнуть, так как э. д. с, самоиндукции обмотки возбуждения стремится
тому воспрепятствовать, поддерживая уменьшающий ток. В мостовой схеме с
неуправляемыми диодами (аварийный режим возбуждения) этот ток, например
II, в положительный полупериод спадает до нуля еще через некоторый
промежуток времени, В то же время ток f'a в другой ветви выпрямительного
моста в отрицательный полупериод будет возрастать. Для выпрямителя
наступает такой режим, когда ток протекает одновременно в обеих ветвях
через все четыре диода. Такой режим одновременной работы диодов называют
периодом коммутации выпрямителя и обозначают у. В период коммутации
обмотка возбуждения возбудителя оказывается коротко-замкнутой и ток,
который в ней протекает, называют током коммутации. Выходное переменное
напряжение возбудителя (/„ в период коммутации практически равно нулю и
возрастает скачкообразно после окончания периода коммутации.
Выпрямленное напряжение и ток начинают возрастать также после периода
коммутации.
В несимметричной управляемой мостовой схеме (нормальный режим) играют
роль оба названных фактора (угол сдвига а и угол коммутации у), поэтому
процесс выпрямления имеет более сложный характер (рис. 166). В момент
окончания работы тиристора —Т в отрицательный полупериод и на период
задержки открытия тиристора +7’ на угол а, т. е. в интервал времени,
когда тиристоры закрыты, выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя
практически равно нулю. При этом ток в обмотке возбуждения тягового
генератора ие прерывается, а поддерживается за счет э. д. с.
самоиндукции этой обмотки, проходя в том же направлении через
неуправляемые диоды ДЗ и Д4 (штрих-пунктирная линия на рис. 166). Как
видно на графике рис. 166, процесс коммутации происходит между
управляемыми вентилями и диодами разных ветвей моста (+Т и Д4, —Т и ДЗ).
Угол коммутации у1 тиристоров + Ти—Т соответствует моменту открытия этих
вентилей после задержки на угол а. Угол коммутации соответствует
окончанию работы этих тиристоров. По этой причине переменное напряжение
на выходе возбудителя имеет в периоды коммутации и у2 характерные
провалы, так как обмотка Cl—С2 возбудителя
оказывается в эти периоды короткозамкнутой. В промежутке между периодами
коммутации, когда тиристоры + Т и —Т закрыты, напряжение возрастает до
величины напряжения холостого хода возбудителя. Выпрямленное напряжение
и ток в выпрямителе протекают после задержки включения тиристора на угол
а и угол коммутации у,.
Узел коррекции силовой схемы возбуждения предназначен для подпитки
постоянным током обмотки возбуждения возбудителя U1— U2. Это сделано с
целью компенсации падения напряжения возбудителя, из-за влияния реакции
якоря, при возрастании тока (нагрузки) возбуждения тягового генератора.
В узел коррекции входят трансформатор тока ТК и выпрямительный мост БСТ1
(см. рис. 163, а). Первичная обмотка HI—К1 трансформатора ТК включена в
силовую цепь обмотки возбуждения генератора (провода 531, 364). Поэтому
выходной ток вторичной обмотки Н2—К2 (ток подпитки) трансформатора
ТК-пропорционален току возбуждения тягового генератора. С вторичной
обмотки Н2—К2 (провода 368, 367) переменное напряжение подается на
контакты 2, 12 и 1, 11 ШР выпрямительного моста БСТ1. Отсюда
выпрямленное напряжение поступает на обмотку возбуждения возбудителя Ul—U2.
С ростом тока возбуждения тягового генератора пропорционально
увеличивается ток подпитки в обмотке возбуждения
возбудителя, поддерживая неизменными напряжение и
ток на выходе возбудителя.
Для уменьшения перенапряжений, возникающих при разрыве цепи возбуждения
тягового генератора, а также уменьшения подгара главных контактов
контактора КВ параллельно им включен резистор гашения поля СГП.