Контрольная работа по "Физике"

Вопрос1

 

Делитель  напряжения

 

На электровозах и моторвагониом   подвижном   составе делители   напряжения  для питания электродвигателей вспомогательных машин, рассчитанных на напряжение 1500 В, и вращения генераторов управления.

На э.п.с. постоянного тока приводами вспомогательных машин обычно служат двигатели постоянного тока. При напряжении в контактной сети 3000 В максимальное допустимое напряжение между двумя соседними коллекторными пластинами этих двигателей составляет 21 В. В этом случае четырехполюсиые машины имеют 571 коллекторную пластину, двухполюсные — 286. По условиям технологии производства трудно выдержать коллекторное деление менее 3,5 мм, поэтому минимальный диаметр коллектора для машнн четырехполюсных равен 636 мм, двухполюсных — 318 мм. Вспомогательные машины с коллекторами такого диаметра при сравнительно небольшой их мощности тяжелы и громоздки. Поэтому стремятся: повысить  напряжение  между соседними коллекторными пластинами; разделить  напряжение  контактной сети между двумя одинаковыми машинами,

 

включенными последовательно; использовать двухколлекторные машины, представляющие собой как  бы две машины, включенные последовательно, но механически соединенные в  один агрегат; применять специальные  делители   напряжения, со средней  точки которых можно снимать  напряжение  для остальных вспомогательных машин.

 

Повысить  напряжение  между соседними коллекторными  пластинами можно до 40 В. Однако при  этом машина более предрасположена  к возникновению кругового огня на коллекторе. Кроме того, приходится включать последовательно в цепь якорей N11 и М2 постоянные резисторы для ограничения толчков тока при пуске (рис. 1,а), что сопровождается потерями электроэнергии.

Рис 1 Схемы включения  двигателей для привода вспомогательных  машин на электровозах и электропоездах постоянного тока

 

Включать последовательно две  машины можно только в том случае, если они работают при постоянном вращающем моменте. Недопустимо, например, последовательно соединять двигатели поршневых компрессоров, имеющие, как правило, разные и быстро меняющиеся моменты:  напряжение  между машинами будет распределяться неравномерно. Поэтому иногда (на электровозах ЧС1, ЧСЗ и др.) применяют смешанное питание двигателей-вспомогательного оборудования: двигатели МК1 и МК2 (рис. 1,6) компрессоров включают на

 

 напряжение  3000 В, двигатели  МВ1 и МВ2 вентиляторов соединяют  последовательно, при этом  напряжение  на зажимах каждого из них  снижается вдвое и легче обеспечить устойчивую коммутацию.

 

При использовании специального  делителя   напряжения  для  питания вспомогательных машин  увеличивается число этих машин  на локомотиве, т. е. применять такой  делитель  выгодно лишь, если это  дает значительный выигрыш в массе, габаритных размерах и рабочих характеристиках остальных вспомогательных машин.

 

На моторвагонном  подвижном   составе  при  напряжении  в  контактной сети 3000 В для привода  генератора управления устанавливают  двухколлекторный двигатель М (рис. 1,в), который служит одновременно и делителем   напряжения . В средней точке этой машины между якорями получается напряжение 1500 В. К этой точке подключают мотор-компрессор МК- На электропоездах ЭР22, ЭР22В и ЭР22М значительно увеличена мощность двигателей вспомогательного оборудования и других потребителей пониженного напряжения. Поэтому на них во вспомогательных цепях применен переменный ток, установлены двух- (на последних) или трехмашииные агрегаты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа 2

 

 

Задача 1

 

Однополупериодный выпрямитель.

 

Принципиальная схема и осциллограммы  напряжения в различных точках выпрямителя  приведены на рисунке.

 

U2 - Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке  при отсутствии конденсатора.

 

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

 

Недостатками такой схемы выпрямления  являются: Высокий уровень пульсации  выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

 

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

 

Выбираем диод типа Д244Б  Iдоп=2А, Uобр=50В

 

 

Вопрос 1

 

Принцип работы выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперативного торможения

 

 

При рекуперации на электровозах переменного тока, как и на электровозах постоянного тока, тяговые двигатели работают в генераторном режиме, преобразуя кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую постоянного тока. Чтобы передать эту энергию в контактную сеть, ее необходимо преобразовать в электрическую энергию переменного тока. Этот процесс называется инвертированием. Если выпрямительную установку электровоза переменного тока собрать из тиристоров, она может быть использована и как инвертор. Инвертирование, как и выпрямление, осуществляют по различным схемам.

Объясним  принцип инвертирования на примере  мостовой схемы (рис. 2, а).

 

 

Рис. 2 Принципиальная схема инвертора

 

Для осуществления  рекуперации тяговые двигатели  переводят в генераторный режим, обеспечивая их независимое возбуждение. Одновременно изменяют полярность обмоток  якорей для того, чтобы направление  генерируемого тока соответствовало  прямой проводимости тиристоров. Сделать это нетрудно: необходимо установить соответствующее направление тока в обмотках возбуждения ОВ.

Напряжение  от тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, подводится к инвертору, плечи которого соединены  по схеме моста. В диагональ моста включена вторичная обмотка тягового трансформатора Т.

Чтобы передать электрическую энергию в контактную сеть, необходимо, прежде всего, обеспечить прохождение тока двигателя, работающего  в режиме генератора, через вторичную  обмотку Н2-К2. Ток в ней должен быть направлен встречно по отношению к напряжению в этой обмотке. Предположим, что в первый полупериод напряжение во вторичной обмотке действует слева направо, тогда генерируемый ток должен проходить справа налево. Для этого необходимо открыть тиристоры VS2 и VS4, а в следующий полупериод — тиристоры VS1 и VS3 и т. д. Так как частота тока в контактной сети равна 50 Гц, то в течение 1 с нужно 100 раз менять направление тока в обмотке Н2-К2. Кроме того, необходимо, чтобы напряжение, наводимое в первичной обмотке трансформатора, было бы несколько выше напряжения в контактной сети. Только при этом ток из первичной обмотки трансформатора пойдет в контактную сеть.

Укажем  на одну очень важную особенность  инвертирования. Как уже было сказано, тиристор закрыть при про­хождении через него тока нельзя. Поэтому, если, допустим, были открыты тиристоры VS1 и VS3, а затем в начале следующего полупериода откроются тиристоры VS2 и VS4, то образуются две короткозамкнутые цепи: через вентили VS1, VS4 и через VS2, VS3.

Произойдет  так называемое опрокидывание инвертора. Не вдаваясь в физическую суть процесса, отметим лишь, что во избежание  короткого замыкания необходимо подать импульс, открывающий тиристоры VS2, VS4 до момента, в который изменяющееся синусоидально напряжение во вторичной обмотке достигнет нулевого значения (рис. 66, б). Угол р, отсчитываемый от момента открытия этих тиристоров до момента, в который напряжение U2 становится равным нулю, называют углом опережения открытия вентилей. В следующий полупериод должны быть открыты с тем же углом опережения тиристоры VS1, YS3 и т. д.

Преобразователи, установленные на электровозе ВЛ80р (см. рис. 65, а), являются управляемыми выпрямителями  в тяговом режиме работы электровоза  и инверторами в режиме рекуперативного  торможения. Выпрямительно-инверторный  преобразователь (ВИП) выполнен на тиристорах Т2-320 14-го и 15-го классов. Каждое из восьми плеч ВИП содержит семь параллельных ветвей с тремя последовательно соединенными тиристорами (исключение составляют 5-е и 6-е плечи, имеющие по два последовательно соединенных   тиристора).   Таким   образом, ВИП содержит 154 силовых управляемых вентиля.

ВИП рассчитан  на номинальные выпрямленные ток 1760 А и напряжение 1250 В. Каждый выпрямительно-инверторный  преобразователь соединен с двумя тяговыми двигателями, т. е. на электровозе ВЛ80р установлено четыре ВИП, общее число тиристоров в них равно 616. Коэффициент полезного действия ВИП 98%. В режиме рекуперативного торможения сохраняется тот же принцип четырехзонного плавного регулирования напряжения инвертора и соответственно тока и тормозного усилия, что и в режиме выпрямления.

В режиме рекуперации  тормозное усилие регулируется при  высоких скоростях плавным изменением тока возбуждения тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, а при средних и малых — плавным изменением э. д. с. трансформатора, что осуществляется с помощью ВИП.

Изменение тока возбуждения на высоких скоростях  движения электровоза осуществляется с помощью управляемой вентильной установки возбуждения (ВУВ). Она унифицирована для электровозов ВЛ80т, ВЛ80с и ВЛ80р. Обмотки возбуждения всех двигателей электровоза при этом соединены последовательно.

Эксплуатация  электровозов ВЛ80р показала, что  среднее количество электрической  энергии, возвращаемой в контактную сеть, составляет 10—14% от расходуемой в тяговом режиме на Дальневосточной дороге и 7—10% на других дорогах.