Трансформатори.
Як відомо, трансформатори здатні підвищувати або знижувати підведене напруга змінного струму. Нагадаємо, що на дорогах, електрифікованих на змінному струмі, номінальну напругу в контактній мережі дорівнює 25 кВ, а тягові двигуни працюють при номінальній напрузі 900-1600 В. Тягові трансформатори електровозів знижують напругу до значення, найбільш сприятливого для роботи тягових двигунів. Відомо, що відношення напруги первинної обмотки U1 до напруги вторинної обмотки U2 при холостому ході може бути прийнято рівним відношенню чисел їх витків (відповідно w1 і w2), т. Е.
U1: U2 = w1: w2.
Таким чином, вибираючи необхідне співвідношення між числом витків первинної і вторинної обмоток, можна змінювати співвідношення напруг і тим самим регулювати частоту обертання якорів тягових двигунів. Це простіше і економічніше, ніж регулювати її, включаючи в ланцюг тягових двигунів пускові резистори і застосовуючи різні угруповання двигунів. Отже, те чи інше вторинне напруга можна отримати, змінюючи число витків в первинній (рис. 52, а) або вторинної (рис. 52, б) обмотці. Який же спосіб краще?
Мал. 52. Схеми, що пояснюють регулювання напруги
на первинній (а) і вторинної (б) сторонах тягового трансформатора
Здавалося б, зручніше змінювати число витків в первинній обмотці понижувального трансформатора, так як струм в ній менше. Однак регулювати напругу U1 в широких межах важко з наступних причин.
Якщо необхідно поступово підвищувати напругу на вторинній обмотці, то потрібно, перемикаючи відповідні контакти 1, 2, 3, 4, зменшувати число витків первинної обмотки (див. Рис. 52, а). Напруга, що припадає в цьому випадку на один виток, буде в міру виконання перемикань збільшуватися. Одночасно магнітний потік в магнітопроводі трансформатора буде індукувати е. д. з. і в відключених витках. Тому в міру зменшення числа витків первинної обмотки напруга між її початком і кінцем буде зростати. Якщо, наприклад, число витків останньої секції менше числа витків всієї обмотки в 5 разів, то при напрузі контактної мережі 25 кВ напруга між початком і кінцем первинної обмотки складе 25 * 5 = 125 кВ. На цю напругу повинна бути розрахована ізоляція трансформатора. Зрозуміло, що такий спосіб на електровозах, де потрібно регулювати напругу в широких межах, що не застосовують.
Регулювання на стороні вищої напруги тягового трансформатора. Як вже було зазначено (див. Рис. 52, а), практично це регулювання не можна здійснити зміною числа витків обмотки вищої напруги. Доводиться застосовувати трансформатори з регулювальної обмотки Р (рис. 53). Цю обмотку розміщують на додатковому стержні сердечника трансформатора, площа перерізу якого вдвічі більше, ніж у інших. Висновки (отпайки) регулювальної обмотки, що представляє собою автотрансформатор, використовують для регулювання напруги на первинній обмотці Р трансформатора, що має постійний коефіцієнт трансформації, а значить, і на вторинній обмотці В.
Мал. 53. Схема регулювання напруги
на первинній стороні трансформатора з додатковою регулювальної обмотки
На початку пуску двигунів замкнутий контактор 5 і весь магнітний потік, створюваний обмоткоі Р, замикається через нижній стрижень трансформатора. Напруга на обмотці В дорівнює нулю. Підвищують напругу на обмотках П і В, перемикаючи контактори 1-5. В результаті цього частина магнітного потоку, створюваного обмоткою Р, відгалужується в середній стрижень, а частина проходить через нижній. Число витків обмотки Р вдвічі більше, ніж обмотки В. Тому, коли перемикач секцій обмотки Р займе середнє положення і число її витків, підключених до обмотці П, стане рівним числу витків обмотки В, весь магнітний потік буде замикатися через середній стрижень. Подальше зменшення числа витків обмотки Р, підключених до обмотці П, призведе до того, що магнітний потік в середньому стрижні стане більше, ніж у верхньому, і надмірна частина його буде замикатися через нижній стрижень. Коли напруга на обмотці Я досягне напруги контактної мережі, половина магнітного потоку середнього стержня піде через верхній і половина через нижній стрижень. Отже, в верхньому стержні при будь-якій позиції перемикача магнітний потік не змінюється, і тому в обмотці Р не виникне напруга, що перевершує напругу в контактній мережі, як це відбувається в схемі, показаної на рис. 52, а. Регулювальна обмотка електровозних трансформаторів складається з 32 - 35 секцій.
Переваги системи регулювання на стороні вищої напруги полягають в порівняно малих габаритних розмірах переключающих апаратів, так як струми тут в 10-20 разів менше, ніж при регулюванні на стороні нижчої напруги. Крім того, напруги секцій регулювальної обмотки не повинні бути обов'язково рівні, як опору секцій пускових реостатів в паралельних гілках силовий тягового ланцюга електровозів постійного струму. Ступеня напруги можна вибирати в залежності від умов роботи, на які розрахований електровоз.
Однак при такій системі регулювання ускладнюється конструкція трансформатора і перемикає апаратури, розрахованої на напругу контактної мережі. Крім того, в цьому випадку порівняно невисокий коефіцієнт потужності.
Регулювання на стороні вищої напруги використано на електровозах ЧС4 і ЧС8, що поставляються в Радянський Союз з Чехословаччини. Електричне обладнання, а також прийнятий принцип регулювання напруги цих електровозів відображають традиції, існуючі в зарубіжному Електровозобудування.
Регулювання на стороні нижчої напруги. На вітчизняних електровозах змінного струму всіх серій регулюють напругу на вторинній стороні трансформаторів ( см. рис. 52, б) . Здійснити практично це не так просто, як здається на перший погляд. Припустимо, що на початку пуску був замкнутий контактор 1 і до споживача підводилося напруга секції а. Щоб збільшити напругу, потрібно до цієї секції під'єднати секцію б, вимкнувши контактор 1 і включивши контактор 2. Але при цьому на певний проміжок часу споживач був би відключений від джерела живлення, т. Е. Електровоз працював би ривками. Можна зробити і так: не відключаючи контактор 1, включити контактор 2 і тільки після цього вимкнути контактор 1. Однак і це погано, тому що на деякий час секція б виявиться короткозамкненою, що неприпустимо. Тому секції трансформатора перемикають, використовуючи перехідні реактори (рис. 54, а) або резистори.
Мал. 54. Схема перемикання секцій трансформатора за допомогою перехідного реактора
Реактор може бути виконаний без сталевого сердечника з обмоткою, що має висновок від середньої точки. Особливість такого реактора полягає в тому, що його індуктивний опір залежить від напрямку струмів в полуобмоткі: при зустрічному включенні опір невеликий, а при згодному (або при проходженні струму тільки в одній з полуобмоток) воно значно більше.
У вихідному положенні початок і кінець реактора підключені до одного висновку вторинної обмотки трансформатора (припустимо, до висновку 2). Струм навантаження ділиться між полуобмоткі реактора порівну і спрямований в них зустрічно, тому індуктивний опір реактора дорівнює нулю. Щоб збільшити напругу, що підводиться до споживача, один висновок реактора від'єднують від виведення 2 трансформатора і приєднують до висновку 3 (мал.54, б), замикаючи тим самим секцію 2-3 на перехідній реактор. Струм в короткозамкненим витку i0 не є небезпечним для обмотки секції, так як він обмежений відповідно обраним індуктивним опором реактора. Потім висновок реактора від'єднують від виведення 2 трансформатора і приєднують до висновку 3. В такому ж порядку здійснюють наступні перемикання секцій трансформатора.
Перехідний реактор використовують також і для збільшення числа ступенів регулювання напруги, що підводиться до тяговим двигунам. Для цього приєднують до кожного висновку обмотки трансформатора два контактора (рис. 55, а).
Мал. 55. Схема включення перходная реактора
на різних щаблях регулювання напруги
Непарні і парні контактори з'єднують відповідно з двома шинами, між якими включено перехідною реактор. Якщо замкнуті контакти 1 і 2, до тяговим двигунам підводиться напруга першої секції, і струм в полуобмоткі реактора спрямований зустрічно так, як показано на рис. 54, б.
Щоб підвищити напругу, а знаіт, до швидкість електровоза, відключають контактор 2 і включають контактор 4 (рис. 55, б). При цьому реактор працює як автотрансформатор і ділить напруга секції Uск навпіл: до тяговим двигунам підводиться напруга Uск + 0,5Uск = 1.5 Uск.Затем відключають контактор 1 н замикають контактор 3: до тяговим двигунам підводиться напруга 2Uск і т. Д. (Потім 2 , 5Uск, 3Uск). Такий спосіб переходу дозволяє отримати числі ступенів, вдвічі більше числа висновків трансформатора.
Як бачимо, при регулюванні напруги контактори 1-8 (див. Рис. 55, а) розривають і замикають електричні ланцюги під струмом. Тому вони повинні бути забезпечені дугогасними пристроями. Однак зазвичай застосовують кілька десятків контакторів; велике число дугогасящих пристроїв ускладнило б їх розміщення на електровозі н обслуговування в процесі експлуатації. Тому на електровозах для перемикання секцій трансформатора встановлюють додаткові контактори з дугогашенія, які, включаючись і виключаючи певної послідовності, забезпечують перемикання інших контакторів при знеструмленій ланцюга.
Для збільшення числа ступенів регулювання напруги при невеликому числі висновків трансформаторів вторинна обмотка розділена на дві. У кожній вторинної обмотці є некціонірованная (нерегульована) частину і секціонірованная (регульована); остання складається з чотирьох секцій з однаковим числом витків, а отже, однаковою напругою Uск.
Спочатку регульовану і нерегульовану частини включають зустрічно (рис. 56, а).
Мал. 56. Схема включення нерегульованої та регульованої
обмоток трансформатора
Напруга нерегульованої частини обмотки Uн дещо більше сумарного напруги секції регульованою частини, тому що підводиться до двигунів напруга Uд = Uн - 4Uск. Далі послідовно зменшують число зустрічно включених секцій. При перемиканні їх використовують перехідною реактор. Коли всі секції вимкнені, напруга, що підводиться до тяговим двигунам, так само Uн. Для подальшого підвищення напруги нерегульовану і регульовану частини обмотки включають згідно (рис. 56, б), послідовно підключаючи до нерегульованої частини одну за одною секції регульованою. Найбільша напруга, що підводиться до тяговим двигунам, Uд = Uн +4 Uск.
Всі перемикання обмоток і секцій за допомогою контакторів з дугогашенія і без нього повинні проводитися в строго визначеної послідовності. Здійснюють ці перемикання груповим апаратом, званим головним контролером.
На початок статті
<< Назад --------------------------------- далі >>
