Электромагнитные и полупроводниковые преобразователи

Статический электромагнитный преобразователь частоты ПЧ-50/25.

Эти преобразователи предназначены для преобразования переменного тока частотой 50 Гц в переменный ток частотой 25 Гц, применяемый для питания рельсовых цепей.

Преобразователи частоты выпускают трех типов: ПЧ50/25-100УЗ для питания рельсовых цепей числовой кодовой автоблокировки

25 Гц; ПЧ50/25-150УЗ - для группового питания импульсных рельсовых цепей 25 Гц на станциях при электротяге переменного тока; ПЧ50/25-300УЗ-для питания станционных рельсовых цепей 25 Гц с фазочувствительными двухэлементными реле ДСШ-13 и ДСШ-13А.

Числа 100, 150 и 300 обозначают выходную мощность переменного тока частотой 25 Гц (В • А), буква У - климатическое исполнение, буква 3 - категорию размещения.

Преобразователи всех типов работают от однофазной сети переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 110 и 220 В. При включении преобразователя в сеть напряжением 220 В перемычку устанавливают между выводами 2-3 обмотки 1, а при включении в сеть напряжением ПО В - между выводами 1-2 и 3-4 (рис. 243, а). Преобразователь частоты разделен на две части: ферромагнитный блок (магнитная система с обмотками и диодами) и блок конденсаторов. Ферромагнитные блоки располагают горизонтально (разрешается подвешивать

Рис. 243. Ферромагнитный блок (а) и блок конденсаторов (б) преобразователя

типа ПЧ50/25-150УЗ

только блок типа ПЧ50/25-100УЗ). Конденсаторные блоки (рис. 243, б) размещают горизонтально или подвешивают вертикально.

Блок конденсаторов преобразователей мощностью 100 и 150 В • А имеет емкость 80 мкФ и состоит из восьми конденсаторов каждый емкостью по 10 мкФ на рабочее напряжение переменного тока 250 В. Блок конденсаторов ПЧ50/25-300УЗ имеет емкость 120 мкФ и состоит из 12 конденсаторов.

Преобразователи частоты обладают высокими стабилизирующими свойствами и не требуют специальных устройств для стабилизации выходного напряжения. При колебаниях напряжения сети в пределах (220 ± 20) В напряжение контура изменяется не более чем на 5% и при нагрузке на выходе 50% номинальной остается практически неизменным. При перегрузке преобразователя ток в первичной обмотке не увеличивается.

Преобразователи не нуждаются в специальной защите от коротких замыканий. После устранения короткого замыкания преобразователь автоматически включается в работу. Если ток нагрузки превышает значение, определяемое расчетной мощностью преобразователя, процесс преобразования частоты нарушается и преобразователь не работает.

Принцип действия статического преобразователя частоты основан на явлении параметрического возбуждения колебаний в контуре с индуктивностью и емкостью. Сущность этого явления заключается в том, что при принудительном изменении одного из параметров колебательного контура - емкости или индуктивности - с частотой, вдвое большей собственной частоты контура, в нем возникают и поддерживаются незатухающие колебания, частота которых близка к собственной частоте контура. Изменить параметры контура можно, например, перемещением в катушке индуктивности стального сердечника с заданной частотой 2/. За счет механической энергии в контуре возникнут параметрические колебания в виде переменного тока частотой 1.

Параметрические колебания можно также получить, используя изменение индуктивности катушки трансформатора с насыщающимся стальным сердечником.

Индуктивность катушки со стальным сердечником где (і - относительная магнитная проницаемость материала сер дечника катушки;

р.0 - 4я-107 - магнитная постоянная, Гн/м; ш - число витков катушки;

5 - площадь поперечного сечения сердечника, м2;

I - длина катушки, м.

Изменение индуктивности может быть достигнуто изменением магнитной проницаемости стали сердечников, так как Ь = 1(р).

Рис. 244. Схема преобразователя частоты ПЧ50/25 Гц (а) и ПЧ50/25-300УЗ (б)

Этот принцип используется и в преобразователе частоты ПЧ50/25 Гц (рис. 244, а).

Последовательно соединенные обмотки да двух сердечников из электротехнической стали подключают к сети переменного тока частотой 50 Гц. Индуктивность Ь средней обмотки шх совместно с емкостью С образует колебательный контур, настроенный на частоту 25 Гц. Обмотки да включают таким образом, чтобы создаваемые ими магнитные потоки в средней части сердечника были направлены навстречу друг другу, поэтому в средней обмотке дах переменный ток частотой 50 Гц не индуцируется. Последовательно с обмотками включается диод V, преобразующий переменный ток 50 Гц в однополупе-риодный. В результате этого магнитный поток в сердечниках будет изменяться 50 раз за 1 с. При насыщении сердечников будет изменяться относительная магнитная проницаемость р, а следовательно, и индуктивность Ь средней обмотки. При настройке контура на частоту 25 Гц с выхода преобразователя можно получить переменный ток частотой 25 Гц.

Преобразователь типа ПЧ50/25-100УЗ может питать две рельсовые цепи с независимо установленным напряжением, необходимым для каждой из них. Используя основную и дополнительную вторичные обмотки, от преобразователя можно получить 34 различных напряжения от 5 до 175 В с интервалом 5 В. Габаритные размеры преобразователя 215 х 112 X 203 мм, масса 14,6 кг; габаритные размеры блока конденсатора 142 X 120 х 180 мм, масса 3,4 кг.

Преобразователи типа ПЧ50/25-150УЗ устанавливают на станциях. С обмотки преобразователя через выводы секций можно получить различные напряжения - от 5 до 220 В. При этом в интервалах напряжений от 5 до 20 В, от 100 до ПО В и от 180 до 190 В - ступенями через 5 В, а в интервалах от 80 до 100 В, от 130 до 210 В - через 10 В Габаритные размеры преобразователя 216 X 147 х

X 210 мм, масса 16,8 кг. Блок конденсаторов преобразователя такой же, как у преобразователя типа ПЧ50/25-100УЗ.

Преобразователь типа ПЧ50/25-300УЗ (рис. 244, б) конструктивно отличается от предыдущих применением крестообразного магни-топровода и двух обмоток, расположенных под углом 90°. Такое расположение обмоток на магнитопроводе исключает передачу энергии индуктивным путем с одной обмотки на другую, так как магнитный поток одной обмотки не пересекает витков другой обмотки.

Секции вторичной обмотки (см. рис. 244, б) позволяют получать напряжения ступенями через 5 В в интервалах от 5 до 20 В, от 85 до 115 и от 210 до 220 В. Габаритные размеры преобразователя 199 >, X 152 х 225 мм, масса 6,5 кг. В этом блоке имеются три остеклованных резистора сопротивлением 5 Ом каждый, соединенных параллельно между собой и включенных последовательно с конденсаторами для подавления гармоник частоты 50 Гц, возникающих при повышении напряжения сети питания до 250-270 В.

Полупроводниковый преобразователь типа ПП-300М. Он выполнен в виде блока и предназначен для резервирования питания устройств железнодорожной автоматики при выключении сети переменного тока (автономный режим) и для питания рельсовых цепей отличной от 50 Гц частотой переменного тока (режим с внешним сигналом управления). Источником питания преобразователя служит аккумуляторная батарея или трехфазный мостовой выпрямитель с номинальным напряжением 24 В.

Основные характеристики полупроводникового преобразователя типа ПП-300М:

Напряжение иа выходе преобразователя, В:

при номинальной нагрузке...... 220±10 на холостом ходу не более......260

Частота выходного напряжения преобразователя в автономном режиме, Гц ....... 60±1

Номинальная мощность нагрузки, Вт, при соз<р =

= 0,9.............300

При номинальной нагрузке:

к. п. д., 7о, не менее........80 ток холостого хода, А, не более..... 4

Преобразователь типа ПП-300М (рис. 245) состоит из генератора б, формирователя импульсов ФИ, инвертора И и пускозащитного устройства ПЗУ.

Генератор С выполнен на транзисторах УТ1 и УТ2 по схеме двухтактного релаксационного генератора с самовозбуждением. При помощи резистора и стабилитрона напряжение питания генератора поддерживается постоянным на уровне 9-10 В при изменении напряжения аккумуляторной батареи от 21,6 до 26,4 В. Средний ток, потребляемый генератором, 200 мА. Стабильность частоты преобразователя обеспечивается включением в цепь обратной связи контура,

Рис. 245. Схема преобразователя типа ПП-300М

состоящего из емкости СЗ и трансформатора Т7, и составляет ±4 Гц. Для настройки частоты генератора обмотка 7-11 трансформатора ТЗ секционирована.

Формирователь импульсов ФИ имеет дифференцирующую цепочку распределительные диоды VD2 и VD3. Прямоугольные импульсы, поступающие от генератора G, превращаются в узкие управляющие импульсы, которые через диоды VD2 и VD3 поочередно посылаются в цепи управления тиристорами VD17 и VD12.

Инвертор Я преобразует напряжение постоянного тока в переменное напряжение на выходе преобразователя. Он состоит из трансформатора Т2, тиристоров VD11 и VD12, конденсатора С5, дросселей Др1, Др2 и ДрЗ, диодов VD5 и VD6. Питание инвертора осуществляется через пускозащитное устройство ПЗУ от источника постоянного тока напряжением (24 ± 2,4) В.

При поступлении управляющего импульса на тиристор VD11 последний открывается и по верхней полуобмотке трансформатора Т2 проходит ток, индуцирующий напряжение во вторичной обмотке и заряжающий конденсатор С5. С поступлением следующего управ ляющего импульса открывается тиристор VD12. В этот момент по нижней полуобмотке трансформатора Т2 проходит ток и изменяется полярность напряжения на его вторичной обмотке. При открытии вентиля VD12 заряжается конденсатор С5, ток разряда которого направлен навстречу току, протекающему через VD11 и совпадающему с направлением тока через VD12, в результате чего ток вентиля VD11 уменьшается до тока выключения и вентиль закрывается.

После закрытия VD11 конденсатор С5 перезаряжается и подготавливает условия для коммутации тока в следующий полупериод.

В дальнейшем схема работает аналогично, обеспечивая попеременное открытие (управляющие импульсы) и закрытие (разряд конденсатора С5) управляемых вентилей. Дроссель Др1 исключает разряд конденсатора С5 через источник питания, а дроссели Др2 и ДрЗ уменьшают крутизну нарастания тока при открытии тиристора.

Таким образом, при поступлении управляющих импульсов на вход инвертора (цепи управления тиристорами) происходит поочередное открытие тиристоров VD11 и VD12 и по полуобмоткам 1-2, 2-3 трансформатора Т2 протекает переменный ток, индуцирующий во вторичной обмотке, к которой подключена нагрузка, переменное напряжение.

Пускозащитное устройство ПЗУ имеет резисторы R2, R7-R10, диоды VD4, VD7-VD10, автоматический выключатель многократного действия АВМ, реле К и Я, которые обеспечивают автоматический повторный запуск преобразователя, если по каким-либо причинам его работа будет приостановлена (например, кратковременное короткое замыкание в нагрузке). Реле К и П питаются через выпрямитель с выхода преобразователя. При коротком замыкании в нагрузке переменный ток на обмотках трансформатора Т2 исчезает и питание обоих реле выключается, чем обеспечивается кратковременный разрыв цепи питания преобразователя. После отпускания якоря реле Я через его тыловой контакт замыкается пусковая цепь. На инвертор И подается отрицательный потенциал по цепи: МБ, автоматический выключатель АВМ, вывод 9 преобразователя, тыловой контакт реле Я, резистор R7, дроссель Др1, точка 0\ начинает работать инвертор и через 0,2 с автоматически восстанавливается действие преобразователя.

Автоматический выключатель многократного действия АВМ предусмотрен на случай, если в нагрузке будет длительное короткое замыкание. Периодически, через 1-2 мин, этот выключатель кратковременно выключает пусковую цепь преобразователя и восстанавливает его работу после устранения повреждения в нагрузке.

Модернизированный преобразователь типа ПП-300М позволяет задавать частоту и фазу выходного напряжения от внешнего сигнала. Такое включение преобразователя используют для питания рельсовых цепей с двухэлементными путевыми реле частотой, отличной от частоты сети. Диапазон частот работы модернизированного преобразователя 40-80 Гц, напряжение входного сигнала 5-15 В, мощность нагрузки не менее 80 Вт.

Полупроводниковый преобразователь типа ППС-1,7. Он служит для резервирования питания стрелочных электроприводов с двигателями постоянного тока на номинальное напряжение 160 В от низковольтной аккумуляторной батареи. Преобразователь применяется совместно с выпрямительным устройством типа ВУС-1,3 и рассчитан на перевод одной стрелки с любой маркой крестовины. В зависимости от напряжения питания инвертора 24 или 48 В выпускаются два типа преобразователей: ППС-1,7-24 и ППС-1,7-48 (рис. 246). Преобразователь можно перестроить из одного типа в другой при помощи перемычек на трансформаторе Т5, дросселе Др1 и конденсаторов С9-С21, С22 и С23.

Основные технические характеристики преобразователей ППС-1,7:

Напряжение аккумуляторной батареи, В, для преобразователя типа:

ППС-1,7-24..........24

ППС-1,7-48 со средним выводом .... 48

Максимальная мощность нагрузки, кВт 1,7

Напряжение на выходе преобразователя, В, не менее.............210

Частота выходного напряжения, Гц 400+10

Ток, А, на входе преобразователя типа ППС-1,7-24 не более при:

холостом ходе..........30 максимальной нагрузке.......100

Ток, А, на входе преобразователя типа ППС-1,7-48 не более при:

холостом ходе.......... 15 максимальной нагрузке.......50

Преобразователь типа ППС-1,7-49 состоит из автогенератора в, формирователя импульсов ФИ и инвертора И.

Схема преобразователя типа ППС-1,7-24 аналогична схеме преобразователя ППС-1,7-48 с включением дополнительных перемычек, показанных штриховой линией.

Особенностью инвертора И преобразователя типа ППС-1,7-24 является подключение дополнительных конденсаторов С22 и С23 к вторичной обмотке силового трансформатора Т5, что сокращает общее число конденсаторов, необходимых для нормальной работы инвертора при напряжении аккумуляторной батареи 24 В. Конденсаторы С22 и С23 улучшают коммутацию за счет компенсации индуктивного тока нагрузки в момент запирания тиристоров.

Задающий каскад включается тыловым контактом реле А при отсутствии сети переменного тока. Инвертор включается только на время перевода стрелки. Для этого в цепи питания пусковых стрелочных реле ПС (на схеме не показаны) установлено реле включения преобразователя ВПС. Реле ВПС имеет сопротивление обмотки

1800 Ом, так что при включении реле ПС оно срабатывает, а пусковое стрелочное реле не притягивает якорь. Через контакты реле ВПС включается групповое управляющее реле ГУС, а вслед за ним по высокоомной обмотке 2-4 - реле ГПС. Усиленными фронтовыми контактами реле ГУС через резистор Rn образуется пусковая цепь инвертора. Для улучшения запуска преобразователя обмотки реле ГУС включают параллельно. После срабатывания ГПС цепь питания реле ГУС прерывается. При появлении переменного тока на выходе преобразователя от выпрямительного устройства типа ВУС-1,3 через контакты 61-63 К и 41-42 ГУС срабатывает контактор К. Усиленным контактом 11-12 К инвертор подключается непосредственно к батарее. Реле ГУС, выдержав замедление на отпускание за счет конденсатора Сг, отключает пусковую цепь преобразователя. Контактор К остается под током от двухполуперйодного выпрямителя со средней точкой с выхода выпрямителя ВУС-1,3 по цепи: РПБ, контактор К, 42-41 ГПС, RIO, VD15, вывод 10 трансформатора Т5. Напряжение питания этой цепи (ПО В) вдвое ниже напряжения РПБ -РМБ, а напряжение на обмотке контактора уменьшено резистором RIO до 45 В. Контактом31 -32 К шунтируется обмотка реле ВПС, и все напряжение питания прикладывается к цепи пускового стрелочного реле, контактами которого включается электродвигатель (на схеме контакты не показаны). После окончания переходных

Рис. 246. Схема преобразователя частоты типа ППС-1,7

процессов, связанных с пуском двигателя, резистор Пг шунтируется тыловым контактом реле ВПС. Замедление на отпускание реле ВПС за счет конденсатора Св перекрывает время пуска двигателя. Реле ГПС удерживает якорь притянутым по низкоомной обмотке 1-3 рабочим током двигателя до окончания перевода стрелки. После этого реле ГПС отпускает якорь и размыкается цепь контактора К. Усиленным контактом К инвертор отключается. Следовательно, инвертор включается и выключается вхолостую, когда преобразователь не нагружен.

При опрокидывании инвертора исчезает переменный ток на выходе трансформатора Т5. Контактор К обесточивается и отключает инвертор.

Конструктивно преобразователь ППС-1,7 выполнен в виде блока со штепсельным разъемом типа ШР и может быть закрытым (в кожухе) для установки на стативах и открытым для установки в шкафах.

Полупроводниковый преобразователь постоянного тока типа ППШ-3. Он представляет собой комбинированное электропитающее устройство для преобразования переменного или постоянного тока напряжением 12 В в постоянный ток напряжением (22 ± 1) В, (55 ± 2) В и (77 ± 3) В. Преобразователь выполнен в виде блока питания, помещенного в кожухе реле типа НШ, и представляет собой генератор, собранный на двух триодах по двухтактной схеме (рис. 247). Напряжение на выходе полупроводникового преобразователя снимается с обмотки III повышающего трансформатора Т1 и подается через тыловой контакт аварийного реле А на выпрямительный мост.

При преобразовании переменного тока 12 В в постоянный напряжение снимается с вторичной обмотки трансформатора Т2 и подается через фронтовой контакт реле А на выпрямительный мост. Ток нагрузки преобразователя 77 мА.

Преобразователь типа ППШ-3 обладает низким к. п. д., что не позволяет держать его подключенным к батарее, и требуется защита от коротких замыканий в линии.

Преобразователь-выпрямитель типа

ППВ-1. Он служит для заряда кислотной аккумуляторной батареи от сети переменного тока (режим выпрямления) и преобразования энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный при отключении сети (режим преобразования). Совместно с полупроводниковыми реле напряжения РПН преобразователь обеспечивает оптимальное содержание аккумуляторной батареи в буферном режиме и форсированный заряд после включения сети переменного тока.

Преобразователь выполнен в виде блока, который не имеет кожуха, и предназначен для установки в закрытых шкафах и местах, защищенных от попадания влаги, пыли и посторонних предметов. В основном его применяют в панельных устройствах электропитания постов ЭЦ промежуточных станций со статическими преобразователями.

Основные технические характеристики преобразователя ППВ-1 следующие:

В режиме преобразования

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В........... 24

Номинальная мощность нагрузки, кВт ... 1

Номинальное действующее значение выходного напряжения, В.......... 220±?°

Частота выходного напряжения, Гц . 50±0,5

В режиме выпрямления

Номинальное напряжение в сети переменного тока, В............ 220

Ток заряда аккумуляторной батареи, А . . 0-20

Ток, потребляемый от сети переменного тока при максимальном токе заряда, А, не более . 7

Преобразователь ППВ-1 (рис. 248) состоит из усилителя генератора <3, формирователя импульсов ФИ, инвертора (управляемого выпрямителя) И, фазорегулятора ФР, режимного устройства РУ и

Рис. 248. Структурная схема преобразователя типа ППВ-1

пускозащитного устройства ПЗУ. Функции режимного устройства РУ выполняют два полупроводниковых реле напряжения РНП, установленных вне преобразователя ППВ-1. Реле РНП совместно с включенными на выходе реле ФЗ и 3 переключают токи заряда аккумуляторной батареи. Релейный блок выполнен в отдельном кожухе.

Из режима выпрямления в режим преобразования и наоборот преобразователь переключается контактами аварийных реле А и АП, расположенных вне преобразователя, и их повторителя АП, установленного в релейном блоке преобразователя.

В режиме преобразования, когда реле А и АП без тока, автогенератором С? задается частота преобразователя. При помощи формирователя импульсов ФИ прямоугольное выходное напряжение генератора преобразуется в импульсы, которые управляют работой инвертора И. Инвертор преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи Б в переменный.

В режиме выпрямления реле А к АП под током и переменное напряжение подается на управляемый выпрямитель И, собранный по мостовой двухполупериодной схеме. Выпрямительный мост нагружен на аккумуляторную батарею. Регулировка тока заряда достигается изменением фазы управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры выпрямителя, относительно фазы переменного напряжения. Сдвиг фазы переменного напряжения выполняется фазорегулятором ФР. Работой фазорегулятора управляет режимное устройство РУ, которое в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи подключает к фазорегулятору ФР один из трех резисторов, устанавливающих оптимальный ток выпрямителя. Усилитель-генератор О преобразует синусоидальное напряжение, поступающее с выхода фазорегулятора, в прямоугольное. Формирователь импульса ФИ вырабатывает короткие импульсы, синфазные с этим напряжением, которые поступают на управляющие электроды тиристоров.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Выпрямители, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Особенности электроснабжения устройств