Розробка блок схеми модернізованого тягового електроприводу вагону метрополітену

Основні переваги системи імпульсного управління в порівнянні з контактор но-реостатним наступні:

- безреостатний плавний пуск електропоїзда, при якому усуваються втрати енергії в пускових реостатах і забезпечується можливість збільшення середнього пускового прискорення;

- плавне рекуперативне гальмування в широкому діапазоні швидкостей майже до зупинки потягу без потужних збудників або обмоток незалежного збудження тягових двигунів;

- плавне, без втрат, регулювання швидкості електропоїзда у всьому діапазоні її зміни;

- усунення дії на тягові двигуни коливань напруги і перенапружень в контактній мережі;

- можливість підвищення середньої напруги, що підводиться до тягових двигунів;

- простота автоматизації управління електропоїздом і можливості отримання будь-яких тягових і гальмівних характеристик.

Регулювання тяговим електроприводом вагону метрополітену в тяговому і гальмівному режимах здійснюється за допомогою імпульсного перетворювача методом широтно-імпульсного регулювання, що дозволяє отримати широкий діапазон зміни струму тягових двигунів. Блок-схема імпульсного електроприводу вагону метрополітену зображена на рисунку 1.4.

Напруга контактної мережі U_C приймається струмоприймачами (СП), потім через ввімкнений високовольтний вимикач (В) через фільтри (Ф) надходить до імпульсного перетворювача (ІП).

До блока імпульсного перетворювача сигнал керування поступає від контролера машиніста, який сигналом управління U_к, відповідно позиціям контролера управляє величиною заповнення імпульсу ШІП (0>¡>1).

Конструктивно система управління складається з блока формування сигналів автоматичного керування тяговими перетворювачами. До складу кожного блоку входять задаючи генератори (ЗГ), та компаратори (К) що здійснюють широтну модуляцію імпульсів управління. Вихідні сигнали ЗГ зрушені відносно один одного на кут рівний 180⁰. Вихідна напруга ЗГ є синхронізуючим сигналом для формувачів сигналу управління (ФСУ) імпульсними перетворювачами. Під дією сигналу управління u_у, що поступає з контролера машиніста (КМ) електропоїзда, ЗГ формує закон модуляції імпульсів управління. Частота проходження імпульсів управління залишається постійною і рівна f= 400 Гц, регулюється тільки величина заповнення імпульсів 0>¡>1. Надалі сигнали подаються на логічний пристрій який своїми логічними елементами формує команди:

- “вперед”;

- “назад”;

- “тяга”;

- “гальмування”.

Логічний пристій керує порядком включення та виключення силових ключів, які керують роботою чотирьох тягових двигунів з’єднаних послідовно.

Контроль за величиною струмів, що протікають у тягових двигунах, здійснюється датчиками струму ДС. Для вирівнювання струмів у тягових двигунах застосований регулювальник струму РС, який на основі інформації, що поступає від датчиків струму, виробляє керуючий вплив на ФСУ.

У р ежимі рекуперативного гальмування система управління працює аналогічно режиму тяги. При цьому сигнал u_у подається на систему управління починаючи з «1» гальмової позиції контролера машиніста. У процесі рекуперативного гальмування регулюється струм якоря тягових двигунів.

В режимі тяги схема складає електричний ланцюг, в який входять чотири з’єднані послідовно тягових двигуна ДК-117А та транзисторно-імпульсний перетворювач. Електропоїзд має послідовне та послідовно-паралельне з’єднання тягових двигунів, але завжди залишається два тягових двигуна, які з’єднані послідовно.

Діапазон регулювання напруги тягових двигунів з’єднаних послідовно проміж собою від 0 до 750 В (напруга контактної мережі з допомогою транзисторно-імпульсного регулюючого перетворювача). Широтно-імпульсним перетворювачем виконується регулювання з постійною частотою 400 Гц, але з різним коефіцієнтом заповнення імпульсу g, від 0 до 1.

На рисункові 1.5 показана електрична схема електропоїзду в режимі тяги.

Розглянемо для приклада роботу силової схеми у режимі “тяга-вперед”.

Перетворювач кожного моторного вагона має Г-подібний вхідний фільтр. При пуску електропоїзда струм Ід піде по слідуючому колі: , напруга контактної мережі; Г-подібний вхідний фільтр, транзистор VT1 який відкривається з частотою Гц, але з різним коефіцієнтом заповнення імпульсу 0>¡>1 (відповідно позиціям контролера машиніста), через Zн (тягові двигуни Д1 –Д4), постійно відкритий транзистор VT4, напруги контактної мережі, земля.

На рисунку 1.6 зображені графіки напруг та струмів тягового двигуна при роботі у режимі тяги.

Рисунок 1.6 – Графіки напруг та струмів тягового двигуна при роботі у режимі тяги

Імпульсні регулятори у процесі електричного гальмування забезпечують плавне регулювання режимами на обмотках якорів тягових двигунів і струму збудження, що дозволяє гальмову характеристику , яка збігається з граничною або близькою до неї, залежно від вибраного закону управління імпульсними регуляторами.

Граничні гальмові сили у зоні високих швидкостей руху обмежуються максимально допустимими значенню Е.Р.С. і напруги, а у зоні середніх та низьких швидкостей – допустимими значеннями коефіцієнта зчеплення коліс електропоїзда з рейками.

Використовування імпульсного регулятора напруги дозволяє здійснити рекуперативне гальмування практично до повної зупинки поїзда, при тому не треба змінювати схему з’єднання тягових двигунів.

Розглянемо силову електричну схему у режимі “вперед-гальмування” по рисунку 1.7.

У даному випадку відкривається силовий транзистор VT2 з частотою Гц, але з різним коефіцієнтом заповнення імпульсу 0>¡>1 (відповідно позиціям контролера машиніста у режимі – “гальмування”), замкнутому положенню транзистора відповідає частина періоду , а розімкненому .

При відкриванні транзистора VT2 утворюється контур струму тягового двигуна, який робить у генераторному режимі; він складається з двигуна, реактора Lф та транзистора VT2. Дякуючи малому опору контура генераторний струм збільшується від (ін) до (ік), в наслідок чого зростає запас електромагнітної енергії контура, зосереджений у основному реакторі. У цьому інтервалі і = 0. Потім після запирання транзистора VT2 струм двигуна починає зменшуватися і Е.Р.С. самоіндукції, обумовлена самоіндукцією реактора Lф та обмоток двигуна, складається з Е.Р.С. двигуна. Сума цих Е.Р.С. перевищує напругу мережі, і струм двигуна поступає у тягову мережу, не вважаючи на те, що його Е.Р.С. менше напруги мережі.

Рисунок 1.8 – Графіки напруг та струмів тягового двигуна при роботі у генераторному режимі