Преобразователь выпрямительно-инверторный типа ВИП-5600 УХЛ2
Общие сведения
Преобразователь предназначен для преобразования однофазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный с обеспечением плавного регулирования выпрямленного напряжения для питания тяговых двигателей в режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 50 Гц в режиме рекуперативного торможения электровозов переменного тока. ВИП-5600 УХЛ2: ВИП - выпрямительно-инверторный преобразователь; 5600 - номинальная выходная активная мощность, кВт; УХЛ2 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.
Условия эксплуатации
Высота над уровнем моря не более 1400 м. Температура окружающей среды от минус 50 до 60°С. Температура охлаждающего воздуха от минус 50 до 45°С. Верхнее значение относительной влажности воздуха (95+3)% при температуре (25+2)°С. Допускается выпадание инея с последующим оттаиванием. Вибрация в диапазоне частот от 1 до 100 Гц с ускорением 10 м/с2. Одиночные удары в горизонтальном направлении с ускорением 30 м/с2 длительностью от 40 до 60 мс. Преобразователь соответствует требованиям ТУ 16-93 ИЖРФ.435511.041 ТУ. ТУ 16-93 ИЖРФ.435511.041 ТУ
Технические характеристики
Блок силовой Номинальное входное напряжение (эффективное значение), В, не более - 1570 Номинальная частота входного напряжения, Гц - 50 Номинальное выходное напряжение (среднее значение), В, не более - 1400 Номинальный выходной ток в течение 15 мин (среднее значение), А - 4000 Выходной ток в течение 5 мин с холодного состояния (среднее значение), А, не более - 4400 Номинальная выходная активная мощность, кВт - 5600 Блок питания Номинальное входное напряжение, В - 380 Номинальная частота входного напряжения, Гц - 50 Номинальное выходное напряжение, В - 24 Номинальная входная мощность, Вт, не более - 600 Блок диагностики Номинальное напряжение питания, В - 50 Потребляемая мощность, Вт, не более - 20 КПД преобразователя, %, не менее - 98,6 Сопротивление электрической изоляции в холодном состоянии, МОм - 30 Срок службы, лет, не менее - 15 Габаритные размеры блока, мм: силового - 1900x860x1200 питания - 370x365x260 диагностики - 340x112x365 Масса блока, кг: силового - 1250+100 питания - 25+2 диагностики - 5+1 Преобразователь управляется внешним сигналом от системы управления электровозом. Параметры сигнала подаваемого на вход системы формирования импульсов (СФИ) имеют следующие значения: амплитуда импульсов напряжения на нагрузке 68 Ом не менее 18 В; длительность импульса напряжения на уровне 0,5 амплитуды не менее 30 мкс; скорость нарастания тока не менее 0,1 А/мкс. Допускается управление преобразователем с помощью микропроцессорных устройств при обеспечении вышеуказанных значений параметров сигнала.
Конструкция и принцип действия
Конструктивно преобразователь состоит из трех блоков: блока силового (БС), блока питания (БП) и блока диагностики (БД). Размещение составных частей и узлов БС представлено на рис. 1.
Составные части и узлы блока силового преобразователя ВИП-5600 УХЛ2 1 - каркас; 2 - блок управления; 3 - блок тиристоров; 4 - блок импульсных трансформаторов; 5 - переключатель диагностики; 6 - клеммник питания; 7 - клеммник управления; 8 - разъем блока диагностики; 9 - табличка маркировки тиристоров; 10 - щиток заводской; 11 - болт заземления; 12 - шина переменного тока; 13 - шина "-+"; 14 - шина "-"; 15 - грузовая скоба; 16 - конденсатор RC-цепочек; 17 - панели с шунтирующими резисторами Размещение выполнено с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации, а также с учетом теплового режима элементов. Остовом БС является сварной каркас из профильной и листовой стали. На лицевой стороне, где крепится заводской щиток, расположены элементы плеч 1, 2, 3, 4, на обратной стороне - плеч 5, 6, 7, 8. Плечи укомплектованы тиристорами Т353-800. Каждое плечо состоит из двух последовательно и пяти параллельно соединенных тиристоров. Конструктивно в БС блоки тиристоров расположены по высоте по пять, а по горизонтали - по восемь штук. Расположение плеч и маркировка тиристоров указаны на табличках, закрепленных с двух сторон на каркасе БС. Охлаждение БС воздушное принудительное и обеспечивается системой вентиляции электровоза. Направление движения воздуха вертикальное, сверху вниз. В верхней части БС с лицевой и обратной стороны над блоками тиристоров расположены блоки импульсных трансформаторов. По торцам БС закреплены четыре блока управления (БУ). боковых сторон между панелями с шунтирующими резисторами R расположены конденсаторы RС-цепочек. В верхней части каркаса имеются клеммные блоки для подключения блока питания и системы управления электровоза, разъем для подключения блока диагностики и переключатель диагностики плеч. Шины постоянного и переменного тока расположены с лицевой и обратной стороны симметрично. Шины "+" находятся по бокам. Шины "-" расположены по центру. Шины переменного тока крепятся между шинами "+" и "-". Шины постоянного тока для внешнего подключения выведены вниз, а переменного - вверх. В верхней части каркаса расположены болты заземления. Для погрузки и транспортирования БС имеется четыре грузовые скобы. Остовом блока питания является сварной каркас из профильной стали, к которому крепятся: панель, на которой размещены входной и выходной клеммники и тумблер; панель резисторов; панель автоматики; панель транзисторов и трансформатор. В нижней части каркаса расположен болт заземления. Конструктивно блок диагностики представляет собой металлический корпус, закрытый крышкой. Размещение составных частей и узлов БД выполнено на крышке с учетом удобства монтажа и обслуживания при эксплуатации. На крышке, с внутренней стороны, крепятся: две платы фиксации отказов (ПФО); плата индикации (ПИ); плата генератора импульсов (ПГИ); панель резисторов. На лицевой стороне крышки крепятся: розетка для подключения осциллографа; тумблер сетевой; кнопка генератора импульсов; кнопка контроля и предохранитель. На корпусе, сверху, крепится разъем для подключения БД и БС через жгут. Функциональная схема силовой части преобразователя представлена на рис. 2. Нагрузкой преобразователя являются тяговые двигатели и сглаживающий реактор.
Функциональная схема силовой части преобразователя ВИП-5600 УХЛ2 Т - тяговый трансформатор; Lф - сглаживающий реактор; М1-М3- тяговые двигатели
Таблица к рис. 2
Зоны регулирования
Номер секции
Номер плеча
От 0 до 350 В
II
3, 4, 5, 6
От 350 до 700 В
I + II
1, 2, 3, 4, 5, 6
От 700 до 1050 В
II + III
3, 4, 5, 6, 7, 8
От 1050 до 1400 В
III + II + I
1, 2, 3, 4, 7, 8
Силовая схема преобразователя позволяет реализовать четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной обмотки тягового трансформатора. Напряжение на I и II секции вторичной обмотки тягового трансформатора 350 В, на III секции - 700 В. Порядок очередности включения плеч БС в режимах тяги и рекуперации определяется аппаратурой управления электровоза БУ ВИП. На первой зоне (II секция) регулирования выпрямленного напряжения от 0 до 350 В производится открытием плеч 4, 5, 6 импульсами, регулируемыми по фазе, и плеча 3 импульсами с углом открытия о. Для разряда энергии, накопленной в сглаживающем реакторе и тяговых двигателях, производится поочередное открытие плеч 3 и 5 с углом о. На второй зоне (I+II секции) регулирование напряжения от 350 до 700 В осуществляется открытием плеч 1, 2 импульсами, регулируемыми по фазе, и открытыми плечами 3, 4, 5, 6 с углом задержки о и углом о. Для исключения неоткрытия плеч из-за различия во временах коммутации для контуров с большим и малым напряжением производится открытие плеч 3, 4 с нулевым углом, задержанным о.При достижении максимального выпрямленного напряжения производится перевод с секции I + II на равновеликую III (плечи 5, 6, 7, 8). На третьей зоне (II + III секции) регулирование напряжения от 700 до 1050 В производится открытием плеч 3, 4 импульсами, регулируемыми по фазе, и открытыми с углами о и о плечами 5, 6, 7, 8. На четвертой зоне (I + II + III секции) регулирование напряжения от 1050 до 1400 В осуществляется открытием плеч 1, 2 импульсами, регулируемыми по фазе, и открытыми плечами 3, 4, 7, 8 с угламиои о. Преобразователь предусматривает работу в инверторном режиме на всех зонах регулирования (рекуперация). В режиме рекуперации в зоне высоких скоростей тормозное усилие регулируется плавным изменением тока возбуждения, а в зоне средних и малых скоростей плавным изменением противо э.д.с. инвертора. На четвертой зоне подаются импульсы управления на тиристоры плеч 2, 7 и 1, 8 с углом опережения . Тормозное усилие на четвертой зоне регулируется плавным изменением тока возбуждения. При достижении максимального возбуждения дальнейшее поддерживание тормозного усилия осуществляется подачей импульсов с углом регулирования ре на тиристоры 3 и 4 плеча. Фаза импульса изменяется от ре до о. При открытии тиристоров 3 и 4 плеча с углом открытия ре ток рекуперации протекает навстречу э.д.с. II + III секции трансформатора. При достижении угла реmп выполняется перевод нагрузки на мост, подключенный к II и III секциям трансформатора, открытием тиристоров плеч 7, 4 и 8, 3 с углом опережения . После этого, изменяя фазу открытия тиристоров 5 и 6 плеч от до реmп нагрузка, переводится с II + III секций в основном на III, что вызывает дальнейшее увеличение тока якоря, вследствие уменьшения противо э.д.с. инвертора. В момент времени, когда полностью открыты тиристоры плеч 5, 6 осуществляется перевод нагрузки на мост, состоящий из плеч, подключенных к I+II секциям трансформатора. Тиристоры плеч 1, 2, 5, 6 открываются с углом опережения. Регулированием угла открытия тиристоров 3 и 4 плеч производится дальнейшее уменьшение противо э.д.с. инвертора. При достижении угла открытия тиристоров 3 и 4 плеч, равного по значению реmп, осуществляется перевод нагрузки на мост, составленный из плеч, включенных на II секцию с углом опережения . На I зоне осуществляется режим противовключения тяговых двигателей. Импульсы управления тиристоров в плечах 3, 6 и 4, 5 регулируемые по фазе от - до реmп переводятся плавно в первую половину полупериода питающей сети, т.е. осуществляется режим остановочного торможения. Для равномерного распределения напряжения по последовательно соединенным тиристорам плеча и для снятия внутренних коммутационных перенапряжений параллельно тиристорам подключаются шунтирующие резисторы R и RС-цепочки. Выравнивание тока по параллельным ветвям плеч обеспечивается подбором тиристоров по суммарному падению напряжения и диагональным подключением плеч. Допустимый разброс по суммарному падению напряжения между параллельными ветвями плеч при токе 400 А должен составлять не более 0,04 В. Система формирования импульсов служит для включения тиристоров силовой схемы преобразователя, которая управляется аппаратурой управления электровоза. СФИ состоит из четырех блоков управления (БУ), восьми блоков импульсных трансформаторов и блока питания (БП). БУ состоит из изоляционной панели, на которой крепятся две платы ОДО8П (ПФИ) и зажимы. ПФИ предназначен для расширения и усиления импульсов, поступающих от аппаратуры электровоза. Дополнительно БУ снабжена защитой от пробоя транзисторов ПФИ, блокировкой и отсечкой импульсов по углу опережения в инверторном режиме. Нагрузкой плат ПФИ являются два параллельно подключенных импульсных трансформатора, конструктивно выполненных отдельным блоком. Пробой транзисторов ПФИ контролируется блоком диагностики. Связь платы ПФИ с БД осуществляет через зажимы. Блок диагностики служит для контроля исправного состояния плеч БС, пробитых транзисторов в БП и СФИ и подачи запускающих импульсов для БУ при диагностировании работы СФИ. БД позволяет контролировать алгоритм работы плеч преобразователя при работе его на холостом ходу, либо под нагрузкой. БД запитывается непосредственно от батареи электровоза через тумблер "СЕТЬ". Тумблер "СЕТЬ" должен быть постоянно включенным, чтобы обеспечить запоминание информации об отказе при снятии силового напряжения с БС и при опущенных пантографах. Для сброса информации с БД необходимо выключить тумблер "СЕТЬ". Плата генератора импульсов блока диагностики формирует прямоугольные импульсы с частотой 50 Гц и служит для запуска плат ПФИ блоков управления плеч преобразователя при диагностировании работоспособности СФИ. Диагностирование алгоритма работы плеч преобразователя производится следующим образом. На холостом ходу запускают преобразователь в работу и штурвалом контролера машиниста выбирают все зоны. При нажатии кнопки "КОНТРОЛЬ" на БД на табло "ПРОБОЙ ТРАНЗИСТОРОВ" будут высвечиваться светодиоды, плечи которых запущены в работу. Свечение светодиодов должно быть тусклым по сравнению со свечением светодиода "СЕТЬ". БП обеспечивает питанием блоки управления СФИ. БП питается от обмотки собственных нужд 380 В тягового трансформатора электровоза. БП представляет собой транзисторный стабилизатор напряжения с параллельным регулирующим элементом. Стабилизатор позволяет с заданной точностью поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении входного напряжения в пределах от 250 до 500 В. Стабилизатор состоит из основных функциональных узлов: трансформатора, панелей автоматики и резисторов. С целью снижения габаритной мощности трансформатора питания токоограничивающие резисторы (панель резисторов) подключены к первичной обмотке трансформаторов. Работает стабилизатор следующим образом. Входное напряжение с фильтра поступает на регулирующий элемент, на котором падает часть напряжения и с выхода которого снимается выходное напряжение. Помимо полезной нагрузки выходное напряжение поступает на вход схемы сравнения, где оно сравнивается со стабильным опорным напряжением. Разность выходного и опорного напряжения поступает на вход усилителя постоянного тока, где она усиливается и подается в необходимой фазе на регулируемый элемент. При изменении входного напряжения, величина выходного напряжения остается с заданной степенью точности 24+2 В. Панель автоматики стабилизатора состоит из выпрямительного моста, развязывающего диода, емкостного фильтра, разрядных резисторов; регулирующего элемента, выполненного на транзисторах и резисторах; платы стабилизатора, токоограничивающих резисторов, развязывающих диодов и емкостного фильтра. Стабилизатор имеет второй выход постоянного напряжения 70+5 В для заряда форсажных конденсаторов в платах ПФИ БУ. Плата стабилизатора (УВО2П) состоит из следующих функциональных узлов: схемы сравнения, усилителя постоянного тока, блокировочного узла, выпрямительного полумоста на диодах, выпрямительного моста форсажного напряжения на диодах и емкостного фильтра. Схема сравнения состоит из транзистора, резисторов, стабилитрона и служит для поддержания заданного уровня опорного напряжения, устанавливаемого регулируемым резистором. Усилитель постоянного тока состоит из транзистора и базового резистора и служит для усиления сигнала рассогласования выходного и опорного напряжений. Блокировочный узел состоит из конденсаторов, резисторов, транзисторов, диода-пробки и служит для подачи напряжения блокировки на платы ПФИ в блоках управления при снятии напряжения с БП. Блокировка импульсов исключает формирование неполноценных импульсов по амплитуде тока при отключении БП. Электрическая схема БП позволяет проверять его работоспособность от бортовой сети электровоза напряжением 50 В, без поднятия пантографа. Для этого необходимо тумблер "ПРОВЕРКА" переключить в положение "ВКЛЮЧЕНО". После проверки тумблер необходимо перевести в исходное положение. Пробой транзисторов в регулирующем элементе, усилителе постоянного тока, и в схеме сравнения контролируется блоком диагностики через вывод БП. В режиме рекуперативного торможения осуществляется отсечка длительности регулируемых по фазе импульсов управления по углу опережения .
В комплект поставки входят: блок силовой; блок питания; блок диагностики; жгут; комплект ЗИП согласно ведомости ЗИП; паспорт; техническая документация в соответствии с ведомостью эксплуатационной документации.
