Системы импульсного управления тяговыми двигателями постоянного тока, страница 3

Рассмотренные выше схемы импульсных прерывателей могут быть приме­нены не только в тяговом режиме, но и при рекуперативном тор­можении. Важнейшая особенность рекуперации при импульсном управлении заключается в том, что в отличие от контакторно - реостатных систем рекуперативное торможение возможно даже при сумме э. д. с. последовательно включенных тяговых машин, меньшей напряжения контактной сети. Поэтому рекуперация мо­жет быть осуществлена не только при высоких, но и при низких скоростях, почти вплоть до остановки поезда. Другая особен­ность рекуперации на электропоездах с импульсным управлени­ем тормозным режимом состоит в возможности рекуперации, как при независимом, так и при последовательном возбуждении тяго­вых машин.

Условия рекуперации зависят в значительной степени от того, применено ли независимое возбуждение или сохранено такое же, как в режиме тяги, последовательное возбуждение. В случае независимого возбуждения при высоких скоростях, когда сумма э. д. с. тяговых машин выше напряжения контактной сети, воз­врат энергии в сеть может происходить без участия импульсного преобразователя, так же как при контакторно - реостатном  управлении. Наибольшая скорость ограничивается при этом лишь на­ибольшим допустимым напряжением и ослаблением возбужде­ния двигателей. Только после того, как сумма напряжений тяго­вых машин станет равной напряжению контактной сети или меньшего, вступает в действие импульсный преобразователь и обеспечивает рекуперативное торможение. Рекуперация возмож­на до весьма низких скоростей, а, следовательно, малых э. д. с. тяговых машин. По мере снижения скорости необходимо увели­чивать отношение . Поэтому наименьшая скорость реку­перации ограничивается в частотно-импульсном преобразователе наибольшей допустимой частотой, а в широтно-импульсном — на­именьшим интервалом (1—γ) Т между импульсами.

Достоинство систем с независимым возбуждением машин — возможность сохранения при рекуперации параллельного соеди­нения групп двигателей, если оно предусмотрено в тяговом ре­жиме.

Независимое импульсное регулирование возбуждения тяговых двигателей значительно усложняет электрооборудование под­вижного состава. Поэтому на отечественных электропоездах стре­мятся применять системы рекуперации, позволяющие сохранить последовательное возбуждение двигателей. При этом устойчивое рекуперативное торможение возможно только при импульсном уп­равлении, так как генераторы последовательного возбуждения не могут быть включены непосредственно в сеть из-за их электриче­ской неустойчивости. Однако импульсное регулирование при реку­перации возможно лишь в случае, если сумма э. д. с. тяговых ма­шин за вычетом падений напряжения в их цепи ниже напряжения контактной сети.

Если применяются импульсные преобразователи, включенные в течение всего времени работы тяговых двигателей, напряжение сети, как правило, значительно выше суммарного напряжения групп рекуперирующих тяговых машин. Так, например, на элек­тропоездах на напряжение 6 кВ контактной сети общее напря­жение двух последовательно соединенных тяговых двигателей не превышает 3,6 - 3,8 кВ. На одном из построенных электропоездов на 3 кВ постоянного тока с импульсным управлением все тяговые двигатели включены постоянно - парал­лельно и напряжение их при рекуперации не превышает 1,8— 1,9 кВ. При подобных соотношениях импульсное регулирова­ние осуществимо во всем диапазоне скоростей рекуперативного режима без применения каких-либо дополнительных устройств, обеспечивающих рекуперацию.

Рис.   1.9.  Принципиальная  схема реку­перативного

торможения  с  добавочным сопротивлением

В случае же использования импульсного регулирования толь­ко для пуска и электрического торможения тяговые двигатели подключаются на все остальное время их работы непосредственно к контактной сети, т. е. в тяговом режиме их напряже­ние соответствует напряже­нию сети. При рекуперации с высокими скоростями э. д. с. тяговых машин может ока­заться существенно выше на­пряжения контактной сети, поэтому для обеспечения ис­пользования импульсного ре­гулирования во всем диапазо­не скоростей при рекуперации необходимо понизить напря­жение, получаемое от рекуперирующих машин. Наиболее просто сделать это включением последовательно с импульсным преобразо­вателем дополнительного резистора R(рис. 1.23). При этом усло­вие устойчивости рекуперативного торможения выразится следую­щим неравенством:

где n_посл -   число последовательно включенных тяговых машин;

r — сопротивление цепи якоря одной машины;

— наибольшая э. д. с. машины;

I — ток сети;

U — напряжение   сети.

Учитывая, что I=I_д(1 -γ), можно написать это уравнение в следующей  форме:

Из этого неравенства может быть определено необходимое сопротивление Rрезистора. В последнем теряется часть энергии рекуперации (около 15 — 20%), но отпадает ограничение скорости рекуперации по условию устойчивой работы импульсного преобра­зователя при двигателях последовательного возбуждения и наи­большая скорость определяется только допустимым напряжением двигателя.

Следует отметить, что при последовательном возбуждении нельзя сохранить во время рекуперации параллельное соедине­ние двигателей или их групп, так как параллельная работа ге­нераторов последовательного возбуждения электрически неустой­чива. Поэтому приходится питать каждую группу последователь­но соединенных двигателей от отдельного импульсного преобра­зователя или от разных фаз одного преобразователя. Лишь в случае применения при рекуперации перекрестной схемы воз­буждения, нашедшей широкое распространение при реостатном торможении, возможна параллельная работа двух групп рекуперирующих машин.

Рис. 1.10   Схема совместного регулиро­вания   напряжения   и   возбуждения   при рекуперации.

При последовательном возбуждении возникают также трудности с обеспечением процесса самовозбуждения, так как тяговая машина должна возбудиться, работая на прерывающуюся цепь, состоящую из прерывателя и сглаживающего дросселя. Поэтому на электропоездах с импульсным управлением, на которых осуществлено рекуперативное торможение, был применен специальный подвозбудитель, кратковременно подпитывающий обмотку возбуждения в момент включения рекуперации. Необходимая мощность этого подвозбудителя мала—500 Вт для одной секции электропоезда. При некоторых системах импульсных преобразователей целесообразно также производить предварительный подзаряд коммутирующих конденсаторов.

При рекуперации могут быть применены такие же способы регулирования тока возбуждения, как и при тяге. Отличия в схемах регулирования возбуждения при рекуперации связаны лишь с изменением направления тока машин и изменением места включения импульсного прерывателя.