Ремонт выпрямительно инверторного преобразователя электровоза

ТЕМА 5.3А — УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ВИП4000М ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ80Р,ВЛ85,2ЭС5К

Введение. Общие сведения о выпрямительных установках

Преобразовательные установки предназначаются для преобразования электрического тока из переменного в постоянный (выпрямители), из постоянного в переменный (инверторы), из переменного одной частоты в переменный другой частоты (преобразователи частоты). Процесс преобразования может происходить одновременно с регулированием напряжения. На электровозах переменного тока нашли широкое применение выпрямители, а в последнее время благодаря широкому распространению управляемых полупроводниковых вентилей применяются управляемые выпрямители, т. е. выпрямители с регулированием напряжения и инверторы (электровоз ВЛ80р), также с регулированием режима рекуперативного торможения.
Необходимость в преобразователях на электроподвижном составе переменного тока обусловлена, прежде всего, применением тяговых двигателей постоянного тока, в то время как в контактной сети переменное напряжение 25 кВ частотой 50 Гц. Поэтому на электровозах устанавливают оборудование, которое в тяговом режиме снижает это напряжение до уровня, допустимого для тяговых двигателей, преобразует переменный ток в постоянный и регулирует напряжение. Понижение напряжения осуществляется трансформатором и автотрансформатором, преобразование переменного тока в постоянный — выпрямителем. Регулирование напряжения может выполняться различными способами. При наличии в выпрямителях управляемых вентилей регулирование напряжения может осуществляться выпрямителями.
Выпрямительные установки с неуправляемыми вентилями установлены на всех электровозах переменного тока, кроме ВЛ80р. Выпрямительные установки, в которых применены управляемые вентили — тиристоры, используются на электровозах ВЛ80т и ЧС4Т для регулирования режима реостатного торможения путем изменения тока возбуждения тяговых двигателей в зависимости от необходимой силы торможения, скорости и других факторов.
На электровозе ВЛ80р выпрямительно-инверторные преобразователи выполнены на управляемых вентилях. Они в режиме тяги выполняют роль управляемых выпрямителей, а в режиме рекуперативного торможения — управляемых инверторов.
Основным элементом всех преобразователей является вентиль. При прохождении через вентиль тока часть энергии теряется — выделяется в виде тепла. Современные преобразовательные установки работают сравнительно с небольшими потерями энергии — не более 2%. Однако если не предусмотреть принудительного охлаждения — вентиляции, то эти потери могут привести к недопустимому нагреву оборудования, в первую очередь самих вентилей. Поэтому вентили монтируют в специальных охладителях — радиаторах с развитой поверхностью в виде ребер, а преобразователи оборудуют системой принудительного охлаждения потоком воздуха.
Для преобразователей большой мощности требуются десятки, а иногда сотни вентилей. Ток и напряжение должны равномерно распределяться между всеми вентилями. Поэтому в преобразователях используют устройства, выравнивающие ток и напряжение между вентилями. Наконец, преобразователи с управляемыми вентилями оборудуют системой, обеспечивающей подачу открывающих импульсов на управляющие электроды тиристоров, системами защиты и сигнализации: Все перечисленные устройства в комплексе составляют преобразовательную установку.

У преобразовательной установки остовом служит сварной каркас 4 (рис. 4) из профильной и листовой стали. Расположение элементов на каркасе выполнено с учетом удобства выполнения монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также обеспечения эффективного принудительного воздушного охлаждения радиаторов тиристоров.
На лицевой стороне В-ИП расположены плечи 1, 2, 3 и 8 (обозначения плеч даны в соответствии с электрической схемой), на обратной — плечи 4, 5, 6 и 7. Расположение плеч и маркировка тиристоров 7 указаны на табличках, укрепленных на каждой стороне ВИП. Цепи вентилей расположены по горизонтали. По высоте установлено семь тиристоров, что соответствует числу параллельных ветвей тиристоров в одном плече. По горизонтали расположены с одной стороны ВИП 12, а с другой—10 тиристоров. Тиристоры в конструкцию встраиваются блоками, которые содержат по одному или два тиристора.

Рисунок 4 — Выпрямительно-инверторный пре­образователь:
1—кассета предварительного каскада БФИ; 2— кассеты выходного каскада БФИ; 3—блок импульсных трансформаторов; 4—каркас; 5—блок БВН; 6 — шина; 7—блок тиристоров; 8 — делитель тока; 9 — изолятор

Панели блоков тиристоров образуют канал охлаждения. Охлаждение воздушное, принудительное. Направление движения воздуха — сверху вниз.
С одной стороны ВИП в средней части расположены блоки индуктивных делителей тока 8 для плеч 1, 2; с обратной стороны— для плеч 5, 6. На торцах ВИП установлены блоки индуктивных делителей тока для плеч 7, 8 и 3, 4.
Элементы блоков БВН размещены на панелях: внутри ВИП с одной стороны — для плеч 4 и 6, с другой стороны — для плеч 5 и 7. Снаружи ВИП на его торцах расположены БВН (блок 5) для плеч 1, 2, 3 и 8. Устройства выравнивания напряжения каждого плеча расположены на отдельных панелях.
Система блоков формирования импульсов 1 и 2 и блока защиты от снижения питающего напряжения размещена в верхней части ВИП. Там же расположены и панели зажимов для подключения сигнализации при пробое вентилей и для подключения системы управления электровоза (от БУВИП) к формирователям импульсов ВИП. В нижней части каркаса имеются болты для заземления.

Рисунок 5 – Общий вид ВИП

Надежная работа ВИП обеспечивается при нормально действующей принудительной вентиляции, наличии защиты от коротких замыканий, перегрузок по току, системы сигнализации о пробое тиристоров, защиты от прекращения потока воздуха, защиты от перенапряжений, датчиков слежения за углом коммутации в аппаратуре управления.
В комплект поставки на одну секцию электровоза входят два ВИП и один блок конденсаторов, которые используют в фильтре источника питания для системы блоков формирования импульсов. Блок конденсаторов состоит из 10 отдельных блоков, в каждый из которых в свою очередь входят 80 конденсаторов, укрепленных на алюминиевой панели. Каждый блок имеет выходные шпильки «+» и «—». Одноименные шпильки объединены шинками.
На электровозах ВЛ80 установлены ВИП 2 – 2200М; на электровозах ВЛ85 и 2ЭС5К установки ВИП-4000М-УХЛ2.

Источник

ТЕМА 5.3А — УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ВИП4000М ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ80Р,ВЛ85,2ЭС5К

Введение. Общие сведения о выпрямительных установках

Преобразовательные установки предназначаются для преобразования электрического тока из переменного в постоянный (выпрямители), из постоянного в переменный (инверторы), из переменного одной частоты в переменный другой частоты (преобразователи частоты). Процесс преобразования может происходить одновременно с регулированием напряжения. На электровозах переменного тока нашли широкое применение выпрямители, а в последнее время благодаря широкому распространению управляемых полупроводниковых вентилей применяются управляемые выпрямители, т. е. выпрямители с регулированием напряжения и инверторы (электровоз ВЛ80р), также с регулированием режима рекуперативного торможения.
Необходимость в преобразователях на электроподвижном составе переменного тока обусловлена, прежде всего, применением тяговых двигателей постоянного тока, в то время как в контактной сети переменное напряжение 25 кВ частотой 50 Гц. Поэтому на электровозах устанавливают оборудование, которое в тяговом режиме снижает это напряжение до уровня, допустимого для тяговых двигателей, преобразует переменный ток в постоянный и регулирует напряжение. Понижение напряжения осуществляется трансформатором и автотрансформатором, преобразование переменного тока в постоянный — выпрямителем. Регулирование напряжения может выполняться различными способами. При наличии в выпрямителях управляемых вентилей регулирование напряжения может осуществляться выпрямителями.
Выпрямительные установки с неуправляемыми вентилями установлены на всех электровозах переменного тока, кроме ВЛ80р. Выпрямительные установки, в которых применены управляемые вентили — тиристоры, используются на электровозах ВЛ80т и ЧС4Т для регулирования режима реостатного торможения путем изменения тока возбуждения тяговых двигателей в зависимости от необходимой силы торможения, скорости и других факторов.
На электровозе ВЛ80р выпрямительно-инверторные преобразователи выполнены на управляемых вентилях. Они в режиме тяги выполняют роль управляемых выпрямителей, а в режиме рекуперативного торможения — управляемых инверторов.
Основным элементом всех преобразователей является вентиль. При прохождении через вентиль тока часть энергии теряется — выделяется в виде тепла. Современные преобразовательные установки работают сравнительно с небольшими потерями энергии — не более 2%. Однако если не предусмотреть принудительного охлаждения — вентиляции, то эти потери могут привести к недопустимому нагреву оборудования, в первую очередь самих вентилей. Поэтому вентили монтируют в специальных охладителях — радиаторах с развитой поверхностью в виде ребер, а преобразователи оборудуют системой принудительного охлаждения потоком воздуха.
Для преобразователей большой мощности требуются десятки, а иногда сотни вентилей. Ток и напряжение должны равномерно распределяться между всеми вентилями. Поэтому в преобразователях используют устройства, выравнивающие ток и напряжение между вентилями. Наконец, преобразователи с управляемыми вентилями оборудуют системой, обеспечивающей подачу открывающих импульсов на управляющие электроды тиристоров, системами защиты и сигнализации: Все перечисленные устройства в комплексе составляют преобразовательную установку.

У преобразовательной установки остовом служит сварной каркас 4 (рис. 4) из профильной и листовой стали. Расположение элементов на каркасе выполнено с учетом удобства выполнения монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также обеспечения эффективного принудительного воздушного охлаждения радиаторов тиристоров.
На лицевой стороне В-ИП расположены плечи 1, 2, 3 и 8 (обозначения плеч даны в соответствии с электрической схемой), на обратной — плечи 4, 5, 6 и 7. Расположение плеч и маркировка тиристоров 7 указаны на табличках, укрепленных на каждой стороне ВИП. Цепи вентилей расположены по горизонтали. По высоте установлено семь тиристоров, что соответствует числу параллельных ветвей тиристоров в одном плече. По горизонтали расположены с одной стороны ВИП 12, а с другой—10 тиристоров. Тиристоры в конструкцию встраиваются блоками, которые содержат по одному или два тиристора.

Рисунок 4 — Выпрямительно-инверторный пре­образователь:
1—кассета предварительного каскада БФИ; 2— кассеты выходного каскада БФИ; 3—блок импульсных трансформаторов; 4—каркас; 5—блок БВН; 6 — шина; 7—блок тиристоров; 8 — делитель тока; 9 — изолятор

Панели блоков тиристоров образуют канал охлаждения. Охлаждение воздушное, принудительное. Направление движения воздуха — сверху вниз.
С одной стороны ВИП в средней части расположены блоки индуктивных делителей тока 8 для плеч 1, 2; с обратной стороны— для плеч 5, 6. На торцах ВИП установлены блоки индуктивных делителей тока для плеч 7, 8 и 3, 4.
Элементы блоков БВН размещены на панелях: внутри ВИП с одной стороны — для плеч 4 и 6, с другой стороны — для плеч 5 и 7. Снаружи ВИП на его торцах расположены БВН (блок 5) для плеч 1, 2, 3 и 8. Устройства выравнивания напряжения каждого плеча расположены на отдельных панелях.
Система блоков формирования импульсов 1 и 2 и блока защиты от снижения питающего напряжения размещена в верхней части ВИП. Там же расположены и панели зажимов для подключения сигнализации при пробое вентилей и для подключения системы управления электровоза (от БУВИП) к формирователям импульсов ВИП. В нижней части каркаса имеются болты для заземления.

Рисунок 5 – Общий вид ВИП

Надежная работа ВИП обеспечивается при нормально действующей принудительной вентиляции, наличии защиты от коротких замыканий, перегрузок по току, системы сигнализации о пробое тиристоров, защиты от прекращения потока воздуха, защиты от перенапряжений, датчиков слежения за углом коммутации в аппаратуре управления.
В комплект поставки на одну секцию электровоза входят два ВИП и один блок конденсаторов, которые используют в фильтре источника питания для системы блоков формирования импульсов. Блок конденсаторов состоит из 10 отдельных блоков, в каждый из которых в свою очередь входят 80 конденсаторов, укрепленных на алюминиевой панели. Каждый блок имеет выходные шпильки «+» и «—». Одноименные шпильки объединены шинками.
На электровозах ВЛ80 установлены ВИП 2 – 2200М; на электровозах ВЛ85 и 2ЭС5К установки ВИП-4000М-УХЛ2.

Источник

Выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП)

Опубликовано 30.08.2019 · Обновлено 07.04.2021

Многих интересует серьезный вопрос – что такое выпрямительные установки и выпрямительно-инверторные преобразователи?

Данная тема напрямую касается электровозов и электропоездов переменного тока. На данных локомотивах и электропоездах применяют в основном тяговые электродвигатели постоянного (пульсирующего) тока. Проводится большая работа по установке на электровозы переменного тока тяговых электродвигателей переменного тока (асинхронных), но пока их внедрение носит экспериментальный характер. Высокое напряжение в контактной сети переменного тока (25000 Вольт) и значительно меньшее напряжение на коллекторах тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянного тока требует необходимости использования тяговых трансформаторов для понижения напряжения и преобразователей (диодов) для выпрямления переменного тока в постоянный.

Выпрямительно-инверторные преобразователи

Появление таких преобразователей – кремниевых вентилей: диодов, стало крупным научно-техническим достижением в электровозостроении. Началось их внедрение на электровозах и электропоездах. Это всем известные электровозы серии ВЛ60 всех индексов и ВЛ80 С и Т, кроме электровоза ВЛ80Р, о нем расскажу позже. Диоды, конструктивные названия которых – вентиль лавинный (ВЛ), размещаются в выпрямительных установках (ВУ), по одной установке на тележку. После выпрямления в выпрямительных установках ток, для сглаживания пульсаций, проходит через сглаживающий реактор и далее в цепь тягового электродвигателя.

Электровоз ВЛ80с с наливняком

На электровозах ВЛ80 С и Т применяется реостатное торможение (торможение электродвигателями), которое требует установки еще одной выпрямительной установки возбуждения (ВУВ), которая предназначена для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД. Такое прогрессивное электрическое торможение как рекуперативное (возврат электроэнергии, вырабатываемой ТЭД в генераторном режиме в контактную сеть) для электровозов переменного тока данных конструкций было невыполнимо, до появления выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), но об этом позже.

Контроллер машиниста

Регулирование напряжения тяговых электродвигателей происходит на стороне низшего напряжения тягового трансформатора, путем подключения его обмоток. Для этого на электровозах установлен электрический контроллер главный – ЭКГ8Ж. Данный контроллер имеет 30 кулачковых контакторов без дугогашения и четыре с дугогашением (А, Б, В и Г), кулачковые валы и электродвигатель (сервомотор). Во избежание короткого замыкания при переключении секций устанавливается переходной реактор. Управление осуществляется контроллером машиниста, имеющим 33 позиции, причем продолжительное время можно работать на выделенных (ходовых) позициях, каждая пятая, остальные являются переходными.

Вспоминаю, в целом ЭКГ работают устойчиво, но иногда могут случаться и поломки – сгорает предохранитель сервомотора или частенько валы ЭКГ «загоняет за ноль» и приходится останавливаться, опускать токоприемники, проходить в высоковольтную камеру (ВВК) и вручную скручивать валы ЭКГ специальным ключом, ориентируясь по специальным рискам на лимбе вала. Но вот совершенно новые возможности для электровозов переменного тока открылись после появления управляемых кремниевых вентилей – тиристоров (управляемых диодов).

Тиристоры

Эти уникальные полупроводниковые приборы, устанавливаемые в мостовые схемы, могут не только выпрямлять переменный ток, но и регулировать его величину, а также постоянный ток изменять в переменный (инвертирование). Они позволили придать совершенно новые качественные характеристики локомотивам: во-первых, обеспечить плавное регулирование напряжение на ТЭД в режиме тяги; во-вторых, осуществить ранее невозможное для электровозов переменного тока — рекуперативное торможение. Принцип прост – секции трансформатора подключаются к плечам ВИП, через которые регулируется напряжение. Такая схема предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной обмотки тягового трансформатора. Ну а когда применяется электрическое торможение, то постоянный ток, вырабатываемый ТЭД в генераторном режиме, проходит через ВИП процесс инвертирования – преобразования его из постоянного в переменный, что и позволяет возвращать его в контактную сеть уже переменным.

Управляются эти процессы контроллером машиниста (небольшой штурвал или рукоятка на пульте) посредством цепей управления, контроллер имеет четыре зоны регулирования и просто плавно переводится из одной зоны в другую или обратно. Такая бесконтактная, безынерционная электронная система управления электровозом позволяет удобно и быстро изменять режимы движения. Так, переключение до полного напряжения на коллекторах ТЭД, переход на режим выбега и повторный выход на самое высокое напряжение занимает всего 1-2 секунды. Переход из режима тяги в режим рекуперативного торможения и обратно занимает около 9 секунд. И никакого ЭКГ не надо! Все происходит быстро, четко и плавно!

Конструктивно выпрямительно-инверторный преобразователь состоит из блока силового (БС) и блока питания (БП). Остовом для расположения всех элементов является сварной каркас из профильной и листовой стали. Части в каркасе расположены с учетом удобства выполнения монтажа и обслуживания при эксплуатации и теплового режима элементов. В принципе все. Когда мы пересели на электровозы ВЛ65 и ЭП1, 1М в пассажирском движении и 3ЭС5К «Ермак» в грузовом, то сразу почувствовали в полной мере все преимущества данной схемы! Как говорится – небо и земля! Необходимо отметить, что внедрение выпрямительно-инверторных преобразователей дело очень современное. Нет. В 1976 году в СССР началось серийное производство грузовых двухсекционных электровозов переменного тока оснащенных выпрямительно-инверторными преобразователями – ВЛ80Р, а в 1983 году электровозов ВЛ85, ну а затем начался серийный выпуск пассажирских электровозов — ВЛ65, ЭП1, ЭП1М, ЭП1П и грузовых – 2ЭС5К, 3ЭС5К и 4ЭС5К, объединенных одним названием «Ермак». Все они оборудованы рекуперативным торможением. Вот такой революционный прорыв в электровозостроении совершил полупроводниковый прибор – тиристор!

Источник