Принципиальная схема и основные характеристики электрической передачи

Силовые цепи. Для тепловоза ТЭП70 научно-исследовательским институтом завода «Электротяжмаш» разработана электрическая передача переменно-постоянного тока, имеющая существенные преимущества по сравнению с передачей постоянного тока, применяемой на тепловозах ТЭП60. Известно, что генераторы постоянного тока тепловозов мощностью 3000 л. с. в секции имеют недостаточную эксплуатационную надежность. Исследования, проведенные в нашей стране п за рубежом, показали также, что для более мощных тепловозов невозможно создать надежно работающий генератор постоянного тока с требуемыми параметрами (частота вращения, габариты, масса и др.). Кроме того, при равной мощности суммарная масса генератора переменного тока и выпрямительной установки меньше массы генератора постоянного тока, а эксплуатационная надежность значительно выше.

Положительный опыт эксплуатации тепловозов ТЭ109, где впервые в нашей стране была применена передача переменно-постоянного тока, подтвердил целесообразность широкого внедрения этой передачи. Применительно к передаче переменно-постоянного тока НИИ завода «Электротяжмаш» была создана новая система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора, имеющая определенные преимущества по сравнению с системой регулирования тепловозов ТЭП60, 2ТЭ10Л и др. Кроме новой электропередачи и системы автоматического регулирования, на тепловозе ТЭП70 по сравнению с тепловозом ТЭП60 автоматизировано большее число процессов управления, установлены приборы для отыскания неисправностей в электрических цепях, улучшено освещение приборов на пульте машиниста .и общее освещение, сделано более удобным управление локомотивом при маневрах и др.

Электрическая передача тепловоза состоит из синхронного генератора переменного тока Г (рис. 74) типа ГС-504Л, приводимого непосредственно от дизеля, выпрямительной установки В У типа УВКТ-5 и шести тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения ЭТ1-ЭТ6 типа ЭД-119. Напряжение па клеммах выпрямительной установки

пульсирующее, т. е., кроме постоянной составляющей, содержит спектр высших гармонических. Возникающие в связи с чтим пульсации тока в силовой цени могут неблагоприятно повлиять на коммутацию и к. п. д. тяговых электродвигателей. Для уменьшения амплитуды пульсаций и увеличения их частоты синхронный генератор выполнен с |Шестнфазной статорной обмоткой, соединенной в две звезды со сдвигом 30°. Каждая звезда генератора подключена к отдельному трехфазному выпрямительному мосту. На стороне выпрямленного тока мосты соединены параллельно. В результате получается эквивалентная двеиадцатнфазная схема выпрямления, при которой в цепи тяговых электродвигателей протекают только 12, 24 н т. д. гармонические тока, имеющие небольшую амплитуду, что практически не оказывает отрицательного влияния на коммутацию и к. п. д. тяговых электродвигателей.

Для получения требуемого диапазона изменения вращающего момента и частоты вращения тяговых электродвигателей, т. е. заданной тяговой характеристики тепловоза, предусмотрено регулирование тока возбуждения (напряжения) тягового генератора при помощи специальной системы автоматического регулирования и ступенчатое ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Ослабление возбуждения осуществляют в две ступени (62 и 38%) при помощи шунтирующих резисторов /?ш/- -Рт6 и групповых элсктропневматических контакторов КШ1 и КIII2. Для коммутации силовых цепей служат эдектро-паевматическне поездные контакторы КП1-КП6. Направление движения тепловоза изменяют путем изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей при помощи группового электротшевматического переключателя (реверсора) Р.

Система автоматического регулирования возбуждения генератора (САР) поддерживает постоянной нагрузку (мощность) дизеля при каждой фиксированной частоте вращения его вала (позиции контроллера машиниста) путем регулирования тока возбуждения (напряжения) тягового генератора, ограничивает максимальные значения напряжения и тока тягового генератора, изменяет величину ограничения максимального (пускового) тока в зависимости от частоты вращения вала дизеля по заданной характеристике, обеспечивающей наиболее благоприятное расположение пусковых характеристик тепловоза, и изменяет величину нагрузки (мощности) дизеля в зависимости от частоты вращения в соответствии с характеристикой, обеспечивающей минимальные удельные расходы топлива.

Выполнение перечисленных функций сводится к получению определенного вида внешних (зависимость напряжения 11г от тока /г) и нагрузочной (зависимость мощности Рг от частоты вращения вала дизеля лд) характеристик тягового генератора. В зависимости от климатических условий и режима работы дизель-генераторнои установки изменяется величина мощности, расходуемой на привод вспомогательных агрегатов (вентитято-ров охлаждающего устройства дизеля, вентилятора системы централизованного воздухоснабжения, возбудителя и др.)- Кроме того, мощность на валу дизеля зависит от климатических условий и температуры топлива. Следовательно, величину мощности, которая снимается с клемм тягового генератора, необходимо корректировать в соответствии с изменением свободной мощности дизеля. Для этой цели предусмотрено воздействие регулятора дизеля на САР генератора, которое осуществляют при помощи индуктивного датчика ИД, подвижной сердечник которого связан с сервомотором регулятора дизеля. Узел, обеспечивающий корректирование мощности генератора, называют объединенным регулятором мощности. Описание его дано в гл. II. Объединенный регулятор мощности компенсирует также погрешности в работе САР при 'поддержании заданного уровня мощности.

В качестве возбудителя СВ в САР использован синхронный однофазный генератор типа ВС-650В. Обмотка возбуждения СВ, расположенная на статоре, подключена к источнику постоянного напряжения 110 В через регулируемый резистор Вт н контакты контактора КВВ. От обмотки переменного тока СВ, расположенной на роторе, получают питание блок возбуждения тягового генератора БВГ, блок задания БЗВ и распределительные трансформаторы ТрР1 и ТрР2, от которых в свою очередь получают питание различные элементы САР.

Цепь возбуждения генератора коммутируют контактором КВГ. Чтобы уменьшить величину перенапряжения на обмотке возбужтения при разрыве цепи н защитить контакты КВГ от повреждения электрической дугой, параллельно им включен резистор /?гп- Быстродействующий плавкий предохранитель ПР1 защищает возбудитель от токов короткого замыкания. Напряжение возбудителя при увеличении тока нагрузки резко падает, что объясняется действием реакции якоря и значительным падением напряжения в индуктивном сопротивлении обмотки ротора. Это ухудшает работу элементов САР, требующих примерно постоянного отношения величины напряжения питания к частоте, и затрудняет получение больших величин тока возбуждения генератора, необходимых в режимах трога-ння и разгона тепловоза. Для устранения этого недостатка установлен узел коррекции напряжения возбудителя, состоящий из выпрямительного моста В, сглаживающего конденсатора С, входящих в блок БСК, трансформатора тока ЧрК. Ток на выходе трансформатора ТрК, пропорциональный току нагрузки возбудителя, выпрямляется мостом В и -поступает в обмотку возбуждения возбудителя. Ток в обмотке возбуждения равен сумме токов, протекающих от источника 110 В и узла коррекции. Параметры узла коррекции выбраны такими, что по мере роста тока нагрузки ток возбуждения увеличивается таким об-разо\і, что величина напряжения возбудителя поддерживается примерно постоянной. При номинальной частоте вращения вала дизеля (1000 об/мин) напряжение возбудителя устанавливают равным 250+10 В.

Ток возбуждения тягового генератора регулируется тиристорным усилителем (блок БВГ типа БВК-1012). Усилитель выполнен в виде полууправляемого выпрямительного моста, в два плеча которого включены тиристоры Т1 и 72. а в два других плеча - неуправляемые кремниевые диоды ДЗ и Д4.

Назначение диодов Д1 и Д2 будет описано ниже при рассмотрении схемы возбуждения генератора в аварийном режиме. Для защиты от перенапряжений плечи моста шунтированы цепочками/?/-С1-Д4- С4.

Управление тиристорами осуществляется от блока управления выпрямителем БУВ, который генерирует импульсы управления, открывающие в определенные моменты времени тиристоры. От возбудителя на вход усилителя подается переменное напряжение Дев (рис. 75).

С выхода усилителя на обмотку возбуждения генератора поступает пульсирующее напряжение и в, среднее значение которого регулируется изменением моментов подачи на тиристоры управляющих импульсов.

Регулируя при помощи БУВ угол отпирания тиристоров а от 180° до некоторого близкого к 0° значения, можно изменять ток возбуждения 1Н генератора Г от пуля до максимальной величины. Несмотря на то что напряжение Дв пульсирующее, ток /'в сглажен благодаря большой величине индуктивности обмотки возбуждения генератора.

Рассмотрим некоторые особенности работы тиристорного усилителя. Обозначим іц, гї2 - анодные токи тиристоров ТІ и Т2;

Рис. 75. Диаграммы изменении напряжения возбудителя «св, напряжения на обмотке возбуждения тягового генератора «в; тока возбуждения тягового генератора ів>' токов в плечах выпрямительного моста Iгь *’т2, /д3, <Д4;> тока, поступающего от возбудители, напряжения на выходе преобразователя напряжения «пп; напряжения на выходе магнитного усилителя «му; входных ТОКОВ і охи ІВХ2, блокинггенсраторов БГ1 и БГ2; токов управления тиристорами І11МІІ їй м 2

/дз> іц4 - токи диодов ДЗ и Д4; і,_ - ток, поступающий от возбудителя. Предположим, что к тиристорному усилителю приложена положительная полуволна питающего напряжения 0Св. До тех пор, пока на тиристор 77 не подан от блока БУВ управляющий импульс, напряжение (4В на обмотке возбуждения генератора Г равно нулю. После подачи управляющего импульса в момент времени, характеризуемый углом отпирания а, тиристор ТІ открывается и в обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток от возбудителя СВ по цепи; клемма «~ 1», тиристор 77, диод Д1, контакт КВГ, обмотка возбуждения генератора Г, диод Д4, клемма «~2». Из-за индуктивности обмоток возбудителя токи Д и 1Ті нарастают не мгновенно, а в течение периода времени, характеризуемого углом коммутации у2- В дальнейшем до конца положительного полупериода к обмотке возбуждения приложено напряжение ивсв и протекает ток г'в=Д =гт1 = 7д4- По этой же причине (индуктивность обмотки возбудителя) в конце положительного полупериода Псв токи іт1 и Д не уменьшаются до нуля, а протекают еще некоторый промежуток времени, характеризуемый углом коммутации уь в отрицательный полупернод. Соответственно в начале положительного полупериода иса в течение интервала уд протекают токи Д н іт2. проходившие в предыдущий отрицательный полупернод через тиристор Т2.

После запирания тиристора 77 (отрицательный полупернод Дев) в интервале (а-у і) заперты оба тиристора, а ток Д =0. Затем от блока БУВ поступает управляющий импульс на тиристор Т2 (угол отпирания а) и ток от возбудителя начинает протекать по цепи: клемма «~2», диод ДЗ, контакт КВГ, обмотка возбуждения генератора Г, диод Д2, тиристор Т2, клемма «~1». После интервала коммутации у2 и до конца отрицательного полупериода ток гЕ=П = іТ2=ілз- Когда тиристоры закрыты, ток возбуждения протекает через диоды ДЗ и Д4 за счет энергии, накопленной обмоткой возбуждения генератора в период открытого состояния тиристоров. При ЭТОМ 1дЗ=7д4=г’в-

В интервалах коммутации уд и у2 одновременно открыты один из тиристоров и диоды ДЗ, Д4. В результате возбудитель СВ оказывается замкнутым накоротко н напряжение на его клеммах уменьшается до нуля. Это создает провалы в кривой напряжения 14св, длительность которых равна интервалам коммутации уі и у‘2. Наличие коммутационных провалов напряжения Нсв может привести в некоторых режимах к нарушению работы САР. Например, при совпадении угла коммутации трансформатора постоянного тока с провалом напряжения /св уменьшается ток выхода трансформатора, что может послужить причиной появления незатухающих колебаний тока тягового генератора. Для устранения провалов напряжения, питающего трансформаторы постоянного тока и напряжения, в цепь первичной обмотки распределительного трансформатора ТрР2

включен фильтр, состоящий из дросселя L (блок БФ), регулируемого резистора /?ф и конденсатора С (блок БФ). f' При углах отпирания тиристороь, близких к 180', даже в случае очень большой величины индуктивности обмотки возбуждения генератора Г диаграммы изменения токов тиристорного усилителя отличаются от показанных на рис. 75. Однако такие режимы работы САР не характерны для тепловоза, поэтому их не рассматриваем.

Блок управления выпрямителем БУВ типа БА-520 (см. рис. 74) состоит из преобразователя напряжения ПН, преобразующего постоянное напряжение в переменное прямоугольной формы; синхронизирующей цепи СЦ, обеспечивающей синхронизацию напряжения ПН по частоте с напряжением возбудителя СВ; блокинг-генераторов БГ1 и БГ2, формирующих импульсы управления тиристорами 77 н Т2; магнитного усилителя МУ (модулятора), предназначенного для изменения фазы импульсов управления блокинг-генераторами БГ1 п БГ2 в зависимости от величины сигнала рассогласования (тока в обмотке управления ОУ); распределительной цепи РЦ, формирующей импульсы управления блокинг-генераторами и распределяющей их между ними в зависимости от полярности питающего напряжения. Преобразователь напряжения ПН и блокинг-генсраторы БГ1, БГ2 получают питание от стабилизатора напряжения, состоящего из стабилитронов СТ1 и СТ2 (блок БСЗ) и балластного резистора Rpl, которые через замыкающий контакт контактора КВВ подключены к источнику постоянного тока с напряжением ПО В. Стабилитроны СТ1 и СТ2 включены последовательно для повышения величины стабилизированного напряжения (13,5 В). В блоке БУВ (рис. 76) установлен сглаживающий конденсатор С5.

Преобразователь напряжения ПН (см. рис. 76) состоит из трансформатора Тр1, транзисторов Tin Т2; диодов ДЗ и Д4, выпрямительных мостов В1-ВЗ, сглаживающих конденсаторов С2-С4, токоограничивающих резисторов R2-R5 и R12. Трансформатор Тр1 выполнен на Ш-образном сердечнике и имеет две коллекторные обмотки Wl, W2, две базовые обмотки (обратной связи) W3, W4 и четыре выходные обмотки W5-W8. От обмотки W5 подается питание на рабочие обмотки магнитного усилителя МУ, а обмотки W6-W8 совместно с выпрямительными мостами В1-ВЗ, сглаживающими конденсаторами С2-С4 и резисторами R4, R5, R12 образуют изолированные источники постоянного тока. От двух из них (мосты В1, В2) подается напряжение смещения па эмиттер-базовые переходы транзисторов ТЗ и 77, а третий (мост ВЗ) является составной частью схемы, обеспечивающей ограничение тока в обмотке управления 0<У магнитного усилителя. Переключение транзисторов Т1 и Т2 синхронно с частотой напряжения возбудителя осуществляется от синхронизирующей цепи, состояк.

щей из диодов Д1, Д2, резистора R1, встречно включенных ста* билитронов CTI, СТ2 н балластного резистора Rp2 (установлен вне блока, см. рис. 74). Стабилитроны CTI, СТ2 и резистор Rp2 ограничивают амплитуду напряжения, подаваемого па цепи управления транзисторов Т1 и Т2.

При положительной полуволне напряжения возбудителя (плюс на клемме 10) ток от клеммы 10 протекает по цепи: диод Д2, переход эмиттер - база Т1, резистор R1, клемма 9. Благодаря этому открывается транзистор Т1 и начинает протекать ток от источника постоянного тока по цепи: клемма 11, переход эмиттер-коллектор Т1, обмотка W2 трансформатора Tpi, клемма 12. При этом в остальных обмотках Tpi наводятся э. д. с. Выводы обмоток Tpi с одинаковой полярностью (в данном случае положительной) обозначены точками. Э. д. с. обратной связи обмотки W4 увеличивает ток перехода эмиттер-база Т1, что ускоряет процесс отпирания транзистора Т1 и обеспечивает получение крутого переднего фронта напряжения

па выходных обмотках ТрІ. Э. д. с., наводимая в обмотке обратной связи W3, увеличивает ток, протекающий через диод Д2. При этом на базу транзистора Т2 подается положительный потенциал, а на эмиттер - отрицательный, что обеспечивает закрытое состояние транзистора Т2. Напряжение па переходе база - эмиттер /^ограничено величиной падения напряжения на диоде Д2. Э. я. с. обмотки W1 складывается с паиряже- Ь пнем питания и увеличивает напряжение па переходе эмиттер- ^ коллектор запертого транзистора Т2 почти в 2 раза по сравнению с величиной напряжения питания. Когда транзистор ТІ полностью открыт (режим насыщения), его коллекторный ток и напряжение на выходных обмотках Tpi не изменяются.

В отрицательный полупериод напряжения возбудителя изменяется .полярность управляющего сигнала и ток управлення протекает по цепи: клемма 9, резистор RI, диод ДІ, переход эмиттер - база Т2, клемма 10. При этом транзистор ТІ начинает запираться, а ток в обмотке W2 уменьшается. Следствием этого является резкое уменьшение токов в остальных обмотках Tpi и появление в них э. д. с. обратной полярности. От обмот- д ки W4 положительный потенциал подается на базу Т1 (ток протекает через диод Д1), что способствует форсированному запиранию транзистора ТІ. Э. д. с. обратной связи, наводимая в обмотке W3, увеличивает ток управлення Т2, чем ускоряет открытие транзистора Т2. При этом ток от источника постоянного тока начинает протекать но цепи: клемма II, переход эмиттер - коллектор Т2, обмотка W1, клемма 12. Процесс переключения происходит очень быстро, и в конце его транзистор Т2 переходит в режим насыщения (полностью открыт), а транзистор 77 - в режим отсечки (полностью закрыт). Для защиты эмиттер-коллекторных переходов транзисторов Т1 и Т2 от перенапряжений, возникающих в моменты их запирания и обусловленных индуктивностью обмоток трансформатора Tpi, установлены шунтирующие диоды ДЗ и Д4. Диаграмма напряжения «па на выходных обмотках трансформатора Tpi показана на рис. 75.

Магнитный усилитель МУ (модулятор) выполнен на двух тороидальных сердечниках из пермаллоя 50НП. Рабочие обмотки усилителя МУ включены по схеме с внутренней положительной обратной связью (диоды Д5, Д6) и выходом на переменном токе. Нагрузкой служит резистор R8. В каждый полу-перпод напряжение на резисторе R8 (иму на рис. 75) возрастает скачком после того, как намагничивающий ток обеспечит насыщение соответствующего сердечника магнитного усн лителя и величина индуктивного сопротивления его рабочей обмотки станет близкой к нулю. Тогда практически все напряжение обмотки W5 трансформатора Тр! за вычетом небольшого падения напряжения в цепи будет приложено к резистору R8. Момент насыщения сердечника, а следовательно, и момент появления полного напряжения на резисторе Я8 зависят от ве личины тока /у в обмотке управления ОУ. Изменяя величину /у, можно перемещать передний фронт напряжения иму, т. е. изме пять величину утла а (см. рис. 75). В период времени, когда протекает небольшой намагничивающий ток, напряжение на резисторе Я8 также небольшое (ихх) и недостаточное для за пуска блокнигтенератора.

Для ограничения величины тока в цепь обмотки управления ОУ включены, диод Д13 и источник постоянного напряжения (№8, ВЗ, С4, Я12). До тех пор, пока ток /ог, протекающий от источника постоянного напряжения, больше тока /у в обмотке ОУ, диод Д13 открыт, а ток в нем равен разности токов 0*ог-(у)¦ При этом на величину тока г'у параметры цепи ограничения тока влияния не оказывают. Когда величина /у становится равной г'ог, диод Д13 запирается. Если после этого напряжение на клеммах 3 и 6 продолжает увеличиваться,“то ток /у остается равным /ог и протекает по цепи: клемма 3, обмотка ОУ, резистор В12, мост ВЗ, клемма 6. Поскольку величина сопротивления резистора Я12 большая, то ток /у = гп,- увеличивается незначительно по сравнению с исходной величиной /ог, которую устанавливают равной максимально допустимому значению тока /у.

Распределительная цепь, состоящая из конденсатора СІ, стабилитронов СТЗ и СТ4, диодов Д7 и Д8, подключена к резистору Я8 и в зависимости от полярности напряжения па нем подает управляющие импульсы поочередно на блокииг-генера-торы БГ1 и ВГ2.

Блокннг-генсраторы состоят из следующих элементов: БГ1 - транзистора ТЗ, трансформатора Тр2, стабилитрона СТ5, диодов Д9 и Д10, резисторов Я6 ,и ЯД; БГ2 - транзистора Т4, трансформатора ТрЗ, стабилитрона СТО, диодов ДН и Д12, резисторов Я7 и ЯП- Трансформаторы Тр2 и ТрЗ выполнены на тороидальных сердечниках из пермаллоя 50НГІ и имеют по три обмотки: \Х,1 - базовые (обратной связи), УТ2 - выходные, XV3 - коллекторные.

Блокинг-генераторы работают в ждущем режиме, т. е. при отсутствии управляющего (входного) сигнала транзисторы ТЗ и Т4 заперты. Надежное запирание транзисторов обеспечивается благодаря положительному смещению, подаваемому на переходы эмиттер - база от изолированных источников постоянного тока ПН (мосты ВІ н В2). Напряжения смещения равны падениям напряжения на диодах Д7 и Д8 (0,3-0,6 В).

Предположим, что в момент скачка напряжения иму потенциал точки а резистора Я8 положительный, а точки б - отрицательный. Тогда под действием напряжения иыу и напряжения на конденсаторе С1, который зарядился в предыдущий полупериод (см. полярность на рис. 76), импульс тока управления /дзхі будет протекать по цепи: точка а резистора Я8, стабилитроны СТ4 и СТЗ, диод Д7, переход эмиттер - база ТЗ, конденсатор С1, точка б резистора Н8. В результате отпирается транзистор ТЗ и начинает протекать ток от источника постоянного напряжения по цепи: клемма 11, переход эмиттер- коллектор ТЗ, обмотка ХРЗ трансформатора Тр2, клемма 12. Э. Д. с., наводимая при этом в обмотке \Г1 (Тр2), увеличивает гок базы ТЗ. Тем самым обеспечивается быстрое открывание транзистора ТЗ, а следовательно, получение крутого переднего фронта напряжения на обмотке \(/2, к которой через диод Д9 и резистор ПО подключена цепь управления тиристора 77 блока БВГ.

В дальнейшем э. д. с. обмотки 'ії/І поддерживает транзистор ТЗ в открытом состоянии. По мере разряда, а затем заряда конденсатора С1 величина тока іЕХі в распределительной цепи уменьшается до нуля (см. рис. 76), а полярность напряжения на конденсаторе изменяется на обратную (показана на рис. 76 в скобках). После полного открытия (насыщения) транзистора ТЗ ток в обмотке УТЗ (Тр2) не изменяется и формируется вершина выходного импульса і'им1 блокинг-генератора БГ1 (см. рис. 75).

Длительность этого импульса определяется временем насы-щения сердечника трансформатора Тр2, после чего происходит резкое уменьшение э. д. с. в обмотках Гр2 и запирание транзистора ТЗ. Во время резкого уменьшения токов полярности э. д. с. в обмотках Тр2 изменяются на обратные, причем от обмотки 1177 положительный потенциал подается на базу транзистора ТЗ, что наряду с напряжением смещения ускоряет процесс его запирания. В следующий полупериод изменяется полярность пму, и в момент времени, характеризуемый углом отпирания а, управляющий импульс гвхг от распределительной цепи подается на транзистор Т4 блокинг-генератора БГ2, который в свою очередь обеспечивает подачу импульса управления (низ на тиристор Т2 блока БВГ. Амплитудное значение напряжения прямоугольных выходных импульсов блокинг-генераторов при внешнем нагрузочном сопротивлении 20 Ом составляет 7 В±10%, длительность .импульсов - 300 Мкс±30%.

В связи с наличием индуктивности рассеяния и собственной емкости обмоток трансформаторов Тр2 и ТрЗ в момент запирания транзисторов ТЗ и Т4 на эмиттер-коллекторных переходах возникают пиковые выбросы напряжения. При определенных соотношениях параметров процесс установления напряжения может иметь колебательный характер. Чтобы исключить возможность повреждения транзисторов от перенапряжений, эмиттер -колл е кто р 11 ы с переходы ТЗ и Т4 шунтированы стабилитронами СТ5 и СТ6. При отрицательном потенциале па коллекторе величина напряжения на эмиттер-коллекториом переходе ограничена величиной напряжения стабилизации стабилитрона, а при положительном потенциале на коллекторе стабилитрон шунтирует переход как обычный диод. Стабилитроны СТЗ и СТ4 исключают ложный запуск блоюшг-генерато-ров под действием напряжения на конденсаторе С1 и напряжения «XX холостого хода МУ.

Ток в обмотку управления МУ поступает из селективного узла.

Селективный узел обеспечивает получение требуемых внешних характеристик генератора. Он состоит из потенциометра задания Рр7, потенциометра индуктивного датчика Rm и потенциометра обратной связи Rp6.

Потенциометр задания Rp7, включенный па выходе блока задания БЗВ, формирует напряжения уставки: по максимальному току Пущ (клеммы P10-Р1 /), ПО МОЩНОСТИ Пум (клеммы Р4--РЗ), по максимальному напряжению Пун (клеммы Р5-РЗ). Блок задания БЗВ типа БА-430 является статическим тахометрическим устройством, измеряющим частоту вращения вала дизеля. Основным элементом блока БЗВ является насыщающийся трансформатор Tpi, выполненный на тороидальном сердечнике из пермаллоя 50НП с прямоугольной петлей гистерезиса. Первичная обмотка трансформатора Tpi через балластный резистор Rp2 (клеммы PI, Р2) включена на напряжение возбудителя. Вторичная обмотка (клеммы HI2-К12) через выпрямительный мост В п сглаживающий фильтр L-С (дроссель Др, конденсатор С) нагружена на резистор R и потенциометр Рр7. Параметры трансформатора Tpi и величина сопротивления резистора Рр2 выбраны такими, что при номинальном напряжении возбудителя трансформатор работает в режиме глубокого насыщения магнитной системы. Благодаря этому при изменении напряжения возбудителя в довольно широких пределах амплитуда магнитного потока в сердечнике трансформатора Tpi н величина э. д. с. вторичной обмотки изменяются незначительно. В то же время изменение частоты напряжения возбудителя вызывает пропорциональное изменение э. д. с. вторичной обмотки.

Таким образом, напряжение на выходе блока БЗВ пропорционально частоте вращения возбудителя, а следовательно, частоте вращения вала дизеля и мало зависит от колебания величины питающего напряжения. Поскольку петля гистерезиса сердечника трансформатора Tpi отличается от идеальной прямоугольной, то возникает погрешность измерения частоты, связанная с увеличением э. д. с. вторичной обмотки за счет изменения намагничивающего тока в период насыщения сердечника. Для повышения точности измерения в схему включен компенсирующий трансформатор Тр2, выполненный па тороидальном сердечнике из альспфера. Первичные обмотки трансформаторов Tpi п Тр2 включены последовательно и согласно, вторичные - последовательно и встречно. Э. д. с., наводимая во вторичной обмотке трансформатора Тр2, компенсирует ту часть э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Tpi, которая обусловлена нсидеальностыо петли гистерезиса его сердечника.

Из принципа работы блока БЗВ следует, что напряжения уставки на потенциометре Rp7 должны изменяться пропорционально частоте вращения вала дизеля пл. Это позволяет получить требуемые зависимости величины ограничения максимального тока и максимального напряжения в функции частоты вращения вала дизеля. Однако для получения оптимальной по расходу топлива характеристики нагружения дизеля Pr=f(n,J зависимость Нум и от пя должна иметь большую крутизну. Это достигается включением в цепь уставки по мощности стабилитрона СТ2 (блок БС1) типа Д-815В.

Как отмечено выше, мощность, снимаемую с клемм генератора, необходимо корректировать в соответствии с изменением свободной мощности дизеля. Осуществляют это при ПОМОЩИ индуктивного датчика ИД, включенного в цепь, состоящую из выпрямительного моста В2 (блок БС1), сглаживающего конденсатора С2 (блок ВСІ) и потенциометра к,гл. Питание подается от вторичной обмотки (И 13-К13) трансформатора Tpi блока БЗВ. При изменении свободной мощности дизеля сервомотор объединенного регулятора перемещает якорь датчика ІІД, к результате чего изменяется величина индуктивного сопротивления его катушки, а следовательно, величина тока в цепи н величина падения напряжения НцД на потенциометре R,l)K-Потенциометр Run включен последовательно с участком (Р4 -РЗ) потенциометра Rp7, благодаря чему величина уставки но мощности равна сумме напряжений (Нум+НІІД). Келл свободная мощность дизеля увеличилась (например, отключился электродвигатель тормозного компрессора), то сервомотор объединенною регулятора начинает выводить якорь из катушки датчика ИД. При этом индуктивное сопротивление катушки уменьшается, а ток в цепи, напряжение Нвд и уставка по мощности генератора (Пум+Пид) увеличиваются. Если свободная мощность дизеля уменьшается, то происходит обратный процесс: якорь вводится внутрь катушки, индуктивное сопротивление увеличивается, а ток в цепи, напряжение Нид и уставка по мощности уменьшаются.

Встречно напряжениям уставок действуют напряжения обратной связи Пот, Пон и Поы, пропорциональные соответственно току генератора (тяговых электродвигателей), напряжению генератора и сумме сигналов по току ц напряжению (приблизительно мощности) генератора. Они формируются на потенциометре обратной связи Rp6. выполненном по П образной схеме. Плечо (Р1-Р8) потенциометра Rp6 включено на выходе трех выпрямительных мостов В1-ВЗ блока Б Со. Мосты В1-ВЗ выпрямляют токи трансформаторов постоянного тока ТрПТІ-ТрПТЗ, пропорциональные суммам токов соответственно 1 и б, 2 и 3, 4 и 5-го тяговых электродвигателей.

Схема из нескольких последовательно включенных выпрямительных мостов обладает свойством выделять наибольший из поданных па нее сигналов. Благодаря этому ток в плече (Р1-Р8) потенциометра Ррб равен току того трансформатора тока, который в данный момент имеет наибольшую величину. Этот трансформатор тока называют ведущим. Необходимость такой схемы будет показана ниже при рассмотрении защиты от боксоваиия. Из-за отклонения формы токов трансформаторов ТрПТІ-ТрПТЗ от прямоугольной напряжения на выходе мостов Б1-ВЗ являются пульсирующими (полуволна напряжения имеет трапецеидальную форму) и сдвинуты друг относительно друга по фазе. Это приводит к возникновению погрешности в работе схемы (ток на выходе не равен току ведущего трансформатора).

Для сглаживания пульсаций и устранения указанной .погрешности каждый мост шунтируют конденсатором достаточно большой емкости (С1-СЗ, блок БСЗ). Плечо (Р9-Р8) потенциометра Ррб включено на выходе моста Ві (блок ВСІ), выпрямляющего ток трансформатора постоянного напряжения ТрПИ, который пропорционален напряжению генератора. Величина тока подмагничивания трансформатора ТрПП ограничивается резистором Ят„.

Таким образом, напряжение между клеммами РЗ и Р8 (и от) пропорционально току, а между клеммами Р9 и Р8 (і!он) - напряжению генератора. Напряжение между клеммами Р5 и Р8 (Дом) пропорционально сумме сигналов по току и напряжению генератора. Направление тока на участке потенциометра Ррб между клеммами Я1 и Р9 изменяется в зависимости от того, какое из напряжений (между клеммами Р1 и Р8 или Р9 и Р8) является большим.

Ток в обмотку управления магнитного усилителя МУ блока БУВ протекает под действием разности напряжений обратной связи и уставки. Разделительные диоды Д4 (блок БС2), Д4 (блок БСЗ) и Д9 (блок БС1) обеспечивают протекание тока в обмотку управления только в том случае, если напряжение обратной связи больше напряжения уставки. При изменении тока управления МУ изменяются моменты подачи управляющих импульсов на тиристоры блока БВГ и, следовательно, величины тока возбуждения и напряжения генератора. Электрическую цепь, состоящую из участков потенциометров Ррб II Рр7, на которых выделяются сигналы обратной связи и уставки, разделительного диода и обмотки управления магнитного усилителя МУ, называют каналом регулирования (см. рис. 74).

В зависимости от величины тока и напряжения генератора ток в обмотку управления МУ протекает по одному из трех каналов регулирования. Два других канала при этом заперты, так как у них напряжения уставок больше напряжений обрат-

irofi связи. При токах гепера-гора /г, близких к максимальному, напряжение обратной связи Uот больше напряжения уставки Uym, ток управления протекает но каналу / п формируется участок ограничения тока В3Г ¦внешней характеристики генератора (рис. 77). Здесь и в дальнейшем под /,. и Uг подразумеваются выпрямленные значения тока и напряжения генератора. При небольших токах генератора напряжение U0n>UyHj ток управления МУ протекает по каналу III и формируется участок ограничения напряжения АБ3 внешней характеристики. Форма внешней характеристики между этими ограничениями зависит от работы канала II регулирования мощности. Если резистор Run закорочен (U=0), а шунтирующие цепочки с диодами Д1-ДЗ разомкнуты, то внешняя характеристика генератора па участке регулирования мощности будет иметь вид прямой Б\В\. Наклон [ ее определяется положением движка Р5 потенциометра Rp6.

В точках Бу и ?( происходит смена работы каналов регулирования.

Чтобы придать внешней характеристике генератора па участке регулирования мощности форму ломаной линии и тем самым приблизить ее к гиперболе, введены -шунтирующие цепочки с диодами Д1-ДЗ. При токах генератора меньших потенциал клеммы Р9 потенциометра Rp6 больше потенциала клеммы PL Благодаря этому открыты диоды Д2 и ДЗ, шунтирующие участок потенциометра Rp6 между клеммами Р4 и Р5. Поскольку это равноценно смещению движка Р5 в сторону клеммы Р1, регулирование происходит по прямой Б ill ь имеющей больший наклон.

При токах генератора больших 1Г(и) потенциал клеммы PI больше потенциала клеммы Р9. Благодаря этому диоды Д2 н ДЗ заперты, а открыт диод Д1, шунтирующий участок потенциометра Rp6 между клеммами Р5 и Рб. Это равноценно смещению движка Р5 в сторону клеммы Р9, поэтому наклон внешней характеристики умешдиается (прямая П2В2). При токе генератора f|di) (точка II) потенциалы клемм PI н Р9 равны, а ток на участке потенциометра Rp6 между этими клеммами равен нулю. В некотором области вблизи точки II толе, а следовательно, и напряжения на шунтируемых частях потенциометра Rp6 малы и недостаточны для открытия диодов Д1-ДЗ. Это соответствуст некоторому промежуточному положению движка РГ). Регулирование происходит по прямой 7У,//2.

Таким образом, при сигнале индуктивного датчика, равном нулю (б/„д=0), внешняя характеристика генератора имеет шц ломаной ЛБ2Н\Н2В2Г. Если резистор Я раскорочен, а индуктивный датчик установлен н удерживается в положении максимального сигнала (Ііпд пшх^# внешняя характеристика гснсри-тора имеет вид ломаной АБзВзГ. Эти характеристики, полученные при неработающем объединенном регуляторе, называют селективными, так как форма их определяется работой селективного узла САР.

В процессе работы объединенный регулятор мощности, перемещая якорь индуктивного датчика, стремится поддержать мощность генератора равной свободной мощности дизеля. В результате внешняя характеристика генератора на участке регулирования мощности имеет вид гиперболы и занимает промежуточное положение между предельными селективными характеристиками. Положение участков ограничения напряжения и гока сохраняется неизменным. Внешняя характеристика имеет вид кривой АБВГ. На участках АБ и В Г внешней характеристики сигнал индуктивного датчика не изменяется и равен максимальной величине.

Важным положительным свойством описанной схемы селективного узла является возможность раздельной регулировки участков внешней характеристики генератора. Это облегчает процесс настройки схемы и позволяет три необходимости задать разные законы регулирования величин максимального тока, максимального напряжения и мощности генератора в функции частоты вращения вала дизеля.

Для уменьшения величины мощности генератора на I позиции контроллера машиниста с целью обеспечения плавного трогания тепловоза в цепь уставки по мощности вводится ступень сопротивления (участок между клеммами Р1 и Р2 потенциометра Яр7), что приводит к уменьшению напряжения уставки Пум- На позициях II-XV этот участок потенциометра шунтирован контактами реле РУ4. При срабатывании защиты от боксованпя колесных пар размыкается контакт РБ и вводится ступень сопротивления (участок между клеммами Р7 и Р8 потенциометра Яр7). Этим обеспечивается уменьшение всех напряжений уставок и, следовательно, уменьшение мощности генератора независимо от того, па каком участке внешней характеристики происходила работа перед срабатыванием защиты.

Одновременно при помощи электрошисемитического механизма индуктивный датчик устанавливается в положение минимального сигнала, что обеспечивает дополнительное уменьшение напряжения уставки по мощности генератора. При отключении тяговых электродвигателей в случае аварии контактами соответствующего отключателя ОМ 1-О Мб замыкается накоротко резистор Rm. Это обеспечивает работу по селективной внешней характеристике генератора с меньшей величиной мощности, что исключает возможность перегрузки оставшихся в работе электродвигателей.

Узел стабилизации (гибкой отрицательной обратной связи) введен в САР для устранения колебаний тока и напряжения генератора, которые могут возникать в некоторых режимах работы передачи. Узел состоит из потенциометра Rem, включенного на выходе блока БВГ, резистора Rim, конденсаторов Сф и С,т, входящих в блок БСК, II обмотки управления ОСТ магнитного усилителя МУ блока БУВ (см. рис. 74). Напряжение нв на потенциометре Rcm пульсирующее (см. рис. 75), поэтому, кроме постоянной составляющей, оно содержит высокочастотную переменную составляющую (150-440 Гц).

Если в системе возникают периодические колебания, то появляется низкочастотная составляющая (2-6 Гц). Высокочастотная составляющая шунтируется (поглощается) конденсатором Сф, а низкочастотная через редистор Rcm и конденсатор Сет проходит в обмотку управления магнитного усилителя. Если напряжение ив на выходе блока увеличивается, то в обмотке управления ОСТ появляется ток, препятствующий увеличению напряжения. Аналогично при уменьшении напряжения пв обратная связь препятствует его уменьшению. Демпфирующее действие обмотки ОСТ устраняет колебания напряжения блока БВР, а следовательно, гока возбуждения и па,пряжения генератора. В установившемся режиме работы, когда среднее значение напряжения UB не изменяется, ток в обмотке ОСТ равен нулю и обратная связь не влияет на работу САР.

I»нс. 78. Внешние характеристики генератора при работе на различных позициях контроллера машиниста (XV, XIII, XI, IX, VII, V, IV ,111. II, I)

Характеристики электрической передачи при работе CAP,

Внешние характеристики генератора при работе САР совместно с объединенным регулятором мощности шоказаны на рис. 78. Для XV позиции контроллера машиниста пунктиром нанесена селективная внешняя характеристика при Н|1Д=0. Нанесены также опытные точки включения и отключения контакторов ослабления возбуждения КШ1 и КШ2.

Из рассмотрения характеристик видно, что заданные максимальные величины тока и напряжения генератора поддерживаются САР с небольшой погрешностью (характеристики имеют наклон). Объясняется это тем, что по принципу работы селективного узла напряжение обратной связи Uom, кроме основной составляющей, пропорциональной току генератора, имеет небольшую составляющую, пропорциональную напряжению генератора. Аналогично напряжение обратной связи V0Hj кроме основной составляющей, пропорциональной напряжению генератора, имеет небольшую составляющую, пропорциональную току генератора. Это и вносит погрешность в работу САР.

На тепловозах ТЭП70 величины напряжении уставок по максимальному току Uym и напряжению Ну1, изменяются пропорционально частоте вращения вала дизеля, а уставка по мощности t/ум благодаря наличию стабилитрона СТ2 - по более крутой зависимости (рис. 79). Соответствующие им зависимости величин максимального тока /,.Шах. максимального напряжения Нгшах и мощности Рг генератора от частоты вращения вала дизеля /ід показаны на рис. 80 и 81 (кривая /). Из-за погрешности в работе трансформаторов постоянного тока ТрП'П-ТрПТЗ (нарушение при больших токах генератора пропорциональности между /,. и током выхода трансформатора тока) величины /г max На ПОЗИЦИЯХ контроллера ниже десятой не соответствуют величинам напряжения уставки L/ym. 'Несмотря на это, получен требуемый диапазон изменения пусковой силы тяги тепловоза. Для устранения отмеченного недостатка ведутся работы по улучшению характеристик трансформаторов тока.

При работе объединенного регулятора мощности обеспечивается ,нагружение дизеля по оптимальной (минималь

ный удельный расход топлива) характеристике (кривая 2, рис. 81). В данном случае регулятор настроен таким образом, что он работает на всех позициях контроллера машиниста, поэтому кривая 2 па всех позициях проходит выше кривой 1. В инструкции по настройке допускается возможность вступления в работу объединенного регулятора на других промежуточных позициях, по не выше VIII. Если объединенный .регулятор вступает в .работу, например, с V позиции, то мощность генератора Рг до V позиции контроллера будет соответствовать характеристике (кривая /), а на позициях выше V - кривой 3. Чем раньше вступает в работу объединенный регулятор, тем полнее используется свободная мощность дизеля.

Аварийное возбуждение генератора. В случае выхода из строя САР переключатель ПВА (см. рис. 74) устанавливают в положение, соответствующее аварийному возбуждению. При этом контактами ПВА замыкаются накоротко тиристоры ТІ и Т2 блока БВГ, в цепь возбуждения возбудителя СВ ВВОДИТСЯ резистор 7?ва, подается питание на катушку реле РУ12 (контакты РУ12 используются в схеме управления). В аварийном режиме ток возбуждения выпрямляется неуправляемым мостом Д1-Д4 (блок БВГ), а величина его на каждой позиции контроллера машиниста остается неизменной. Благодаря большому падению напряжения на индуктивном сопротивлении обмоток и реакции якоря внешние характеристики генератора имеют резко падающий характер (рис. 82). Поэтому не требуется принимать специальных мер для ограничения максимального тока

генератора. Для плавного трогания тепловоза мощность генератора па позициях І-III контроллера машиниста уменьшают путем введения ступени Р2-РЗ резистора /?Еа. На более высоких позициях (IV-XV) эта ступень резистора замкнута накоротко контактами контактора КВЛ.

Приводы вспомогательных агрегатов | Пассажирский тепловоз ТЭП70 | Электрическая схема тепловоза