Меню

Электровоз постоянного тока трансформатор

Устройство и особенности тягового трансформатора

Тяговым трансформатором называют агрегат, установленный на подвижном составе железнодорожного транспорта, предназначенным для преобразования электрического тока и привода электровоза. Рассмотрим особенности конструкции тягового трансформатора, его разновидности и правила эксплуатации.

  1. Принцип работы
  2. Конструкция
  3. Система охлаждения трансформатора
  4. Классификация
  5. Принципиальная схема
  6. Режимы работы
  7. Коэффициент трансформации тяговых трансформаторов
  8. Сферы применения
  9. Обслуживание трансформатора

Принцип работы

Принцип работы тягового трансформатора не отличается от обычного агрегата. После подачи напряжения на входную катушку, вследствие возникновения магнитного поля и электродвижущей силы, наводится ток на выходном контуре. Разница в характеристиках напряжения достигается различным количеством витков на входной и выходной катушках.

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора

Конструкция

Тяговый трансформатор состоит из следующих основных узлов:

Конструкция тягового трансформатора типа - ОДЦЭ-5000

  • шихтованного сердечника;
  • раздельных входной и двух выходных катушек с разным количеством витков.

Конструкция тягового трансформатора типа – ОДЦЭ-5000

Особенности конструктивного устройства и основное отличие тягового трансформатора от обычного состоит в том, что сердечник выполнен из двух горизонтальных ярм и пары вертикально расположенных стержней. Также разница состоит в наличии двух катушек на выходе. Катушка низкого напряжения используется для включения вспомогательного оборудования.

Стержни комплектуются из пакета листового металла, скреплённого шпильками. Крепёжные изделия изолируются с помощью бакелитовых трубок, под гайки устанавливаются шайбы из этого же материала.

Трансформатор при установке опирается на 2 швеллера, прикреплённых ко дну масляного бака. Ёмкость для масла уплотняется эластичными прокладками, обеспечивающими герметичность.

Система охлаждения трансформатора

Охлаждение агрегата достигается благодаря маслу, циркулирующему по системе в принудительном порядке. Система предусматривает наличие шестисекционного охладителя, обеспечивающего охлаждение нагретого масла, прокачиваемого насосом. Охладитель состоит из медных трубок, размещённых с боков бака. Температура масла в охладителе снижается за счёт обдувания воздухом.

Классификация

Производятся следующие разновидности тяговых трансформаторов:

  • со стержневым и броневым сердечником – у последних стержни магнитопровода частично охватывают стержни, что повышает надёжность в эксплуатации. Но первые проще и надёжнее по конструкции;
  • с регулированием напряжения вторичной или первичной обмотками;
  • по расположению катушек – обмотки могут быть концентрированными или дисковыми.

Все тяговые трансформаторы относятся к понижающим.

Принципиальная схема

схема

Принципиальная схема трансформатора ОДЦЭ-5000/25Б

Обмотки выполняют в виде трех концентрических катушек с каналами в осевом и радиальном направлениях для обеспечения требуемых изоляционных расстояний между витками и циркуляции охлаждающего масла. Ближней к сердечнику располагают обмотку низкого напряжения НН . Затем располагают обмотку высокого напряжения ВН (сетевую) и снаружи — регулируемую обмотку низкого напряжения ННр. Обмотка СН состоит из нескольких катушек, размещенных во внешнем блоке катушек каждого стержня.

Регулируемая обмотка ННр разделяется на несколько ступеней с равным числом витков и может соединяется последовательно согласно или встречно с обмоткой НН . Наибольшее напряжение на обмотке НН получается при согласном включении обмоток НН и ННр (соединяются выводы x1-1). По мере выключения секций обмотки ННр напряжение на обмотке НН снижается, а при полном ее выключении напряжение остается только на зажимах al—xl. Дальнейшее снижение напряжения достигают встречным включением обмотки НН и ступеней обмотки ННр. Обычно число витков обмотки НН несколько больше, чем у обмотки НН . Поэтому при их встречном включении напряжение на обмотке НН составляет 40—70 В, что соответствует первой ступени регулирования напряжения.

Режимы работы

Различают следующие режимы работы указанного оборудования, которые не отличаются от обычных трансформаторов:

режимы работы

  • нормальный – когда агрегат функционирует при оптимальных характеристиках;
  • холостой – когда напряжение подаётся на входной контур, а выходной отключён;
  • перегрузочный – при повышении нагрузки и температуры за пределы, предусмотренные нормами;
  • аварийный – при воздействии тока, значительно превышающего нормальные параметры.

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания

При перегрузочном или аварийном режиме возрастает риск выхода агрегата из строя. Поэтому необходимо контролировать подачу нагрузки, чтобы исключить опасность аварии.

Коэффициент трансформации тяговых трансформаторов

Коэффициентом трансформации тягового трансформатора называют степень снижения выходного напряжения по отношению к входному. Он рассчитывается по формуле:

К = V1/V2 = N1/N2, в которой:

  • К – значение коэффициента трансформации;
  • U1 и U2 – величина напряжения соответственно на входе и выходе;
  • N1 и N2 – число витков на входной и выходной катушках.

Учитывая, что тяговый трансформатор является понижающим, значение его коэффициента трансформации будет находиться в пределах от 0 до 1, меньше предельной из указанных величин.

Сферы применения

Тяговый трансформатор применяется для приводных транспортных средств следующих видов транспорта:

  • железнодорожного;
  • метро;
  • наземного городского.

Это оборудование преобразовывает электрический ток, подаваемый на электровоз, для привода механизмов машины.

Обслуживание трансформатора

Данное оборудование должно обслуживаться, согласно требованиям, предусмотренным нормативной документацией и заводом-изготовителем.

Уход за трансформаторами возложен на членов локомотивной бригады. Они обязаны:

  • контролировать уровень и температуру масла;
  • проверять характеристики работы агрегата, состояние уплотнений, не допуская утечек масла;
  • переключать оборудование на зимний и летний режимы работы;
  • выполнять доливку масла;
  • осуществлять другие функции, обеспечивающие безаварийную работу оборудования.

Ремонт должен производиться в рамках, предусмотренных системой ТОиР, с привлечением квалифицированного и аттестованного персонала. Периодичность проведения ремонтов определяется отработанными агрегатом моточасами.

Без указанного оборудования невозможна работа подвижного состава железнодорожного и внутригородского электротранспорта. Но для нормальной эксплуатации агрегатов, должен быть организован надлежащий уход, техническое обслуживание, проведение текущих и капитальных ремонтов в рамках, установленных рекомендациями изготовителя и требованиям государственных нормативных документов.

Источник



Электровозы переменного тока — Устройство электровоза (Часть 3)

Опубликовано 15.06.2020 · Обновлено 04.02.2021

Итак, теперь углубимся в сложный мир электровозов переменного тока. Электровоз переменного тока («переменник») очень сложная машина. На нем установлено гораздо больше оборудования, он тяжелее и мощнее своего собрата «постоянника» и вот почему.

Электровоз ВЛ80с с поездом зимой

Электровоз переменного тока ВЛ80С

Особенности переменного электрического тока

Свойства переменного тока существенно отличаются от свойств тока постоянного, мы это знаем из курса физики. Одно из его очень положительных свойств – это возможность трансформации, то есть величину тока можно изменять, увеличивать или уменьшать, так сказать трансформировать, это достигается применением таких электротехнических устройств как трансформаторы тока, которые бывают и понижающими, и повышающими. Именно с применением трансформаторов и производится регулировка напряжения на тяговых электродвигателях электровозов переменного тока.

В чем разница между постоянным и переменным током

Но ведь на данных электровозах установлены тяговые электродвигатели (ТЭД) тока постоянного, как же все эти устройства работают в одной цепи? В принципе несложно. Переменный ток перед поступлением на ТЭД после прохождения трансформатора выпрямляется в установках именуемых – выпрямительными (ВУ). В них установлены полупроводниковые выпрямители – диоды, называемые на профессиональном языке «вентили лавинные» (ВЛ), а из курса физики нам конечно известно, что диод обладает свойством «выпрямлять» переменный ток в постоянный (помните р-n переходы, дырочная проводимость и все такое).

Выпрямительный диод (вентиль) на электровозе

Постоянный ток потому и постоянный, что протекает неизменно от плюса к минусу, не меняя ни направления, ничего, его можно изобразить как просто прямую линию. А вот переменный ток ведет себя не так, он постоянно меняет свое направление и амплитуду, если нарисовать его на графике, то мы получим волновую картину. Так вот верх и низ этой самой нарисованной нами волны называются полупериодами, а диод (вентиль) – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении (один полупериод), поэтому выпрямленный ток становиться более-менее аналогичным току постоянному.

Устройство электровозов переменного тока

Крышевое оборудование включает в себя помимо токоприемника – главный выключатель(ГВ), воздушные жалюзи вентиляторов, изоляторы, шины и межсекционные шунты, главные воздушные резервуары, соединяемые посредством трубопроводов.

Главный выключатель (ГВ) электровоза

Силовую цепь электровоза к токоприемнику подключает главный выключатель (ГВ) – пневматический контактор, который также отключает силовую цепь при перегрузках, и ненормальных режимах работы. По габаритам он меньше, чем выключатель быстродействующий (БВ) электровозов постоянного тока, поэтому в отличие от БВ он устанавливается на крыше, а не в кузове.

В кузове установлены:

  • сам тяговый трансформатор (как правило посредине), выпрямительные установки (как правило над каждой тележкой),
  • выпрямительная установка возбуждения (ВУВ),
  • мотор-вентиляторы,
  • мотор-компрессоры,
  • фазорасщепители,
  • реверсоры,
  • тормозные переключатели,
  • установки для переключения воздуха (УПВ),
  • балластные резисторы (для электрического торможения),
  • силовые электропневматические и пневматические контакты, контакты цепей управления

и другие аппараты, необходимые для работы электровоза.

Все эти устройства размещаются в высоковольтной камере (ВВК), поделенной на блоки силовых аппаратов (БСА). Низковольтные электрические контакты и реле цепей управления располагаются на панелях, не закрываемых защитными шторками.

Высоковольтная камера (ВВК) электровоза

Вентиляторов устанавливается больше, чем в постоянниках, от 3 до 4, в грузовых электровозах в секции устанавливается один мотор-компрессор, в односекционных пассажирских два. Тяговый трансформатор – это довольно большая конструкция, он размещается в большом корпусе, внутри которого залито трансформаторное масло, охлаждаемое в контуре охлаждения, путем перегонки масла через наружные секции охлаждения специальным маслонасосом, на крыше трансформатора расположены на изоляторах его главный ввод и выводы.

тяговый трансформатор электровоза

Вентиляторы охлаждают все ТЭД, выпрямительные установки, балластные резисторы при электрическом торможении. Электродвигатели вентиляторов, мотор-компрессоров и маслонасоса асинхронные, переменного тока, вся эта группа называется – вспомогательные машины.

Ну как, много? Конечно, поэтому и электровоз получается потяжелее и посложнее. А как это все работает? Начнем разбираться.

Как работает электровоз переменного тока

Трансформатор имеет две основных обмотки – высшего и низшего напряжения. На отечественных электровозах регулирование напряжения ТЭД осуществляется на стороне низшего напряжения, то есть на обмотке низшего напряжения. Она делится на секции, которые задействуются в регулировании напряжения. Также на стороне низшего напряжения имеется обмотка собственных нужд, для питания вспомогательных машин и цепей управления.

тяговый трансформатор электровоза

Уже понятно, что регулирование напряжение осуществляется путем подключения или отключения части вторичной обмотки трансформатора. Но как это делается практически? Это можно осуществить электрическим контроллером (ЭКГ) с контакторами и посредством тиристоров (управляемых диодов), устанавливаемых в выпрямительно-инверторных преобразователях (ВИП), этот очень хороший и прогрессивный способ мы рассмотрим ниже.

А сейчас разберемся как эту регулировку осуществить электромеханическим способом. Практически осуществить это не так-то просто. Предположим, что в начале пуска ЭКГ замкнул один контактор и на ТЭД подводится напряжение небольшой секции вторичной обмотки. Чтобы увеличить напряжение необходимо к этой секции добавить еще одну, выключив первый контактор и включив второй. Но в этом случае ТЭД на определенный период времени оказался бы отключенным от сети, и наш электровоз двигался бы рывками.

Можно эту процедуру сделать и по-другому: не отключать наш первый контактор, включить контактор второй и после этого выключить первый контактор. Но и это не есть хорошо – на некоторое время вторая секция обмотки окажется замкнутой накоротко, что конечно, недопустимо. В связи с этим секции трансформатора переключаются с использованием таких устройств, как переходные реакторы.

Сглаживающий (переходной) реактор электровоза

Сглаживающий (переходной) реактор электровоза

В начальном положении начало и конец реактора подключаются к одному выводу трансформатора. Для увеличения напряжения один вывод реактора отсоединяют от первоначального вывода и присоединяют к другому, замыкая тем самым уже большую секцию на переходной реактор. В этом порядке происходят последующие переключение секций трансформатора.

Переходной реактор используется и для увеличения ступеней регулирования напряжения, для этого к каждому выводу обмотки трансформатора подсоединяют два контактора. Но при таком регулировании напряжения контакторы разрывают и замыкают силовые цепи под током. Для этого устанавливаются дополнительные контакторы с дугогашением, а они в свою очередь включаясь и выключаясь в определенной последовательности обеспечивают переключение остальных контакторов при обесточенной цепи.

Чтобы увеличить число ступеней регулирования напряжения на ТЭД при ограниченном числе выводов трансформатора вторичная обмотка делится на две обмотки: нерегулируемую и регулируемую. С 1 по 17 позиции контроллера обе эти обмотки включены встречно. С 17 по 33 позиции для дальнейшего увеличения напряжения обмотки включены согласованно.

электрический контроллер главный (ЭКГ8Ж)

электрический контроллер главный (ЭКГ8Ж)

Переключения обмоток и секций контакторами с дугогашением и без дугогашения производятся строго в определенной последовательности. Это осуществляется электрическим контроллером главным (ЭКГ8Ж). ЭКГ имеет 30 кулачковых контакторов без дугогашения и четыре с дугогашением (имеют схемное обозначение А; Б; В; Г), кулачковые валы и серводвигатель (сервомотор) – вращающий валы в обоих направлениях.

электрический контроллер главный (ЭКГ8Ж)

электрический контроллер главный (ЭКГ8Ж)

Сервомотор посредством зубчатых колес, червячного зацепления, зубчатой передачи и так называемого мальтийского механизма (мальтийский крест) приводит во вращение кулачковый вал четырех контакторов с дугогашением (А; Б; В; Г) и через зубчатую передачу посредством второго мальтийского креста кулачковые валы контакторов переключения обмоток и ступеней. Данные валы связываются зубчатой передачей, которая обеспечивает необходимую последовательность переключения секций и обмоток.

Производить перегруппировку ТЭД на переменниках не требуется, все электродвигатели соединены параллельно. ЭКГ8Ж имеет электрообогрев, на его валу установлен лимб с нанесенными на нем позициями и стрелка, указывающая, на какой позиции находятся валы ЭКГ. Это делается для того, чтобы валы можно было скручивать вручную, так как ЭКГ8Ж страдает таким «недугом», как застревание валов ЭКГ при наборе или сбросе позиций в автоматическом режиме или «заскакиванием» за нулевую позицию, после чего схема тяги разберется (сработает ГВ), вот и приходится опускать токоприемник, «рассштариваться», входить в ВВК и скручивать валы вручную специальным ключом.

кабина электровоза эп1

» data-medium-file=»https://i.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg» data-large-file=»https://i.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» width=»600″ height=»450″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» alt=»кабина электровоза эп1″ data-srcset=»https://i.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg 600w, https://i.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg 300w» data-sizes=»(max-width: 600px) 100vw, 600px»/> Контроллер машиниста

Управляется вся эта система контроллером машиниста, расположенным в кабине рядом с пультом управления по левую руку от машиниста. В отличие от довольно громоздких контроллеров электровозов постоянного тока, данный контроллер имеет небольшие размеры. На нем установлены две рукоятки – главная и реостатная, На одном валу с главной находится и реверсивная рукоятка, которая вставляется в специальное гнездо над главной рукояткой. Реверсивная рукоятка небольшая, вынимается из своего гнезда и переносится, так сказать, в кармане. Когда реверсивная рукоятка вынута, то главная рукоятка заблокирована и не сдвинется с места, это сделано специально, чтобы предотвратить несанкционированное управление электровозом.

Главная рукоятка имеет положения:

  • БВ – быстрое выключение (если необходимо немедленно отключить силовую схему); 0;
  • АВ – автоматическое выключение (сброс позиций в авторежиме);
  • РВ – ручное выключение (сброс позиций в ручном режиме);
  • ФВ – фиксация выключения (подготовка к сбросу позиций);
  • ФП – фиксация пуска (подготовка к набору позиций);
  • РП – ручной пуск (набор позиций в ручном режиме);
  • АП – автоматический пуск (набор позиций в автоматическом режиме).

После постановки рукоятки в положение РП происходит набор ровно одной позиции, после чего рукоятка возвращается в положение ФП. После постановки рукоятки в положение РВ происходит сброс ровно одной позиции ЭКГ, после чего рукоятку возвращают в положение ФВ. Обычно, при движении с уже набранным количеством позиций рукоятку ставят в положение ФВ.

Расположенная сверху рукоятка реверсивная имеет направление вперед и назад, при положении вперед рукояткой подключается ослабление поля: имеющее три ступени: ОП1; ОП2 и ОП3. Рукоятка управления реостатом имеет положения: П – подготовка; ПТ – предварительное торможение; Т – торможение, в этом режиме вращением рукоятки можно задавать необходимую скорость состава, в режиме реостатного торможения. Тормозная сила устанавливается специальным переключателем, установленным на крышке контроллера. Главный контроллер имеет 33 позиции, из них, каждая пятая (5; 9; 13; 17; 21; 25; 29 и 33) являются ходовыми, остальные используются для переключения. Позиции указываются указателем позиций (сельсин), установленным на приборной доске, когда ЭКГ «встает» на ходовую позицию, то на пульте также загораются сигнальные лампочки зеленого цвета, каждая на свою секцию (1; 2; 3 и 4).

Источник

ТЯГОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформаторы.

Как известно, трансформаторы способны повышать или понижать подведенное напряжение переменного тока. Напомним, что на дорогах, электрифицированных на переменном токе, номинальное напряжение в контактной сети равно 25 кВ, а тяговые двигатели работают при номинальном напряжении 900—1600 В. Тяговые трансформаторы электровозов понижают напряжение до значения, наиболее благоприятного для работы тяговых двигателей. Известно, что отношение напряжения первичной обмотки U1 к напряжению вторичной обмотки U2 при холостом ходе может быть принято равным отношению чисел их витков (соответственно w1 и w2), т. е.
U1 : U2 = w1 : w2.
Таким образом, выбирая необходимое соотношение между числом витков первичной и вторичной обмоток, можно менять соотношение напряжений и тем самым регулировать частоту вращения якорей тяговых двигателей. Это проще и экономичнее, чем регулировать ее, включая в цепь тяговых двигателей пусковые резисторы и применяя различные группировки двигателей. Следовательно, то или иное вторичное напряжение можно получить, изменяя число витков в первичной (рис. 52, а) или вторичной (рис. 52, б) обмотке. Какой же способ лучше?

Схема

Рис. 52. Схемы, поясняющие регулирование напряжения
на первичной (а) и вторичной (б) сторонах тягового трансформатора

Казалось бы, удобнее изменять число витков в первичной обмотке понижающего трансформатора, так как ток в ней меньше. Однако регулировать напряжение U1 в широких пределах трудно по следующей причине.
Если необходимо постепенно повышать напряжение на вторичной обмотке, то нужно, переключая соответствующие контакты 1, 2, 3, 4, уменьшать число витков первичной обмотки (см. рис. 52, а). Напряжение, приходящееся в этом случае на один виток, будет по мере выполнения переключений увеличиваться. Одновременно магнитный поток в магнитопроводе трансформатора будет индуцировать э. д. с. и в отключенных витках. Поэтому по мере уменьшения числа витков первичной обмотки напряжение между ее началом и концом будет возрастать. Если, например, число витков последней секции меньше числа витков всей обмотки в 5 раз, то при напряжении контактной сети 25 кВ напряжение между началом и концом первичной обмотки составит 25 * 5 = 125 кВ. На это напряжение должна быть рассчитана изоляция трансформатора. Понятно, что такой способ на электровозах, где требуется регулировать напряжение в широких пределах, не применяют.

Регулирование на стороне высшего напряжения тягового трансформатора. Как уже было отмечено (см. рис. 52, а), практически это регулирование нельзя осуществить изменением числа витков обмотки высшего напряжения. Приходится применять трансформаторы с регулировочной обмоткой Р (рис. 53). Эту обмотку размещают на дополнительном стержне сердечника трансформатора, площадь сечения которого вдвое больше, чем у остальных. Выводы (отпайки) регулировочной обмотки, представляющей собой автотрансформатор, используют для регулирования напряжения на первичной обмотке Р трансформатора, имеющего постоянный коэффициент трансформации, а значит, и на вторичной обмотке В.

Схема

Рис. 53. Схема регулирования напряжения
на первичной стороне трансформатора с дополнительной регулировочной обмоткой

В начале пуска двигателей замкнут контактор 5 и весь магнитный поток, создаваемый обмоткои Р, замыкается через нижний стержень трансформатора. Напряжение на обмотке В равно нулю. Повышают напряжение на обмотках П и В, переключая контакторы 1—5. В результате этого часть магнитного потока, создаваемого обмоткой Р, ответвляется в средний стержень, а часть проходит через нижний. Число витков обмотки Р вдвое больше, чем обмотки В. Поэтому, когда переключатель секций обмотки Р займет среднее положение и число ее витков, подключенных к обмотке П, станет равным числу витков обмотки В, весь магнитный поток будет замыкаться через средний стержень. Дальнейшее уменьшение числа витков обмотки Р, подключенных к обмотке П, приведет к тому, что магнитный поток в среднем стержне станет больше, чем в верхнем, и избыточная часть его будет замыкаться через нижний стержень. Когда напряжение на обмотке Я достигнет напряжения контактной сети, половина магнитного потока среднего стержня пойдет через верхний и половина через нижний стержень. Следовательно, в верхнем стержне при любой позиции переключателя магнитный поток не изменяется, и поэтому в обмотке Р не возникнет напря­жение, превосходящее напряжение в контактной сети, как это происходит в схеме, показанной на рис. 52, а. Регулировочная обмотка электровозных трансформаторов состоит из 32 — 35 секций.
Достоинства системы регулирования на стороне высшего напряжения заключаются в сравнительно малых габаритных размерах переключающих аппаратов, так как токи здесь в 10—20 раз меньше, чем при регулировании на стороне низшего напряжения. Кроме того, напряжения секций регулировочной обмотки не должны быть обязательно равны, как сопротивления секций пусковых реостатов в параллельных ветвях силовой тяговой цепи электровозов постоянного тока. Ступени напряжения можно выбирать в зависимости от условий работы, на которые рассчитан электровоз.
Однако при такой системе регулирования усложняется конструкция трансформатора и переключающей аппаратуры, рассчитанной на напряжение контактной сети. Кроме того, в этом случае сравнительно невысок коэффициент мощности.
Регулирование на стороне высшего напряжения использовано на электровозах ЧС4 и ЧС8, поставляемых в Советский Союз из Чехословакии. Электрическое оборудование, а также принятый принцип регулирования напряжения этих электровозов отражают традиции, существующие в зарубежном электровозостроении.

Регулирование на стороне низшего напряжения. На отечественных электровозах переменного тока всех серий регулируют напряжение на вторичной стороне трансформаторов (см. рис. 52, б). Осуществить практически это не так просто, как кажется на первый взгляд. Допустим, что в начале пуска был замкнут контактор 1 и к потребителю подводилось напряжение секции а . Чтобы увеличить напряжение, нужно к этой секции подсоединить секцию б, выключив контактор 1 и включив контактор 2. Но при этом на определенный промежуток времени потребитель был бы отключен от источника питания, т. е. электровоз работал бы рывками. Можно сделать и так: не отключая контактор 1, включить контактор 2 и только после этого выключить контактор 1. Однако и это плохо, потому что на некоторое время секция б окажется короткозамкнутой, что недопустимо. Поэтому секции трансформатора переключают, используя переходные реакторы (рис. 54, а) или резисторы.

Схема переходного реактора

Рис. 54. Схема переключения секций трансформатора с помощью переходного реактора

Реактор может быть выполнен без стального сердечника с обмоткой, имеющей вывод от средней точки. Особенность такого реактора заключается в том, что его индуктивное сопротивление зависит от направления токов в полуобмотках: при встречном включении сопротивление невелико, а при согласном (или при прохождении тока только в одной из полуобмоток) оно значительно больше.
В исходном положении начало и конец реактора подключены к одному выводу вторичной обмотки трансформатора (допустим, к выводу 2). Ток нагрузки делится между полуобмотками реактора поровну и направлен в них встречно, поэтому индуктивное сопротивление реактора равно нулю. Чтобы увеличить напряжение, подводимое к потребителю, один вывод реактора отсоединяют от вывода 2 трансформатора и присоединяют к выводу 3 (рис.54, б), замыкая тем самым секцию 2—3 на переходной реактор. Ток в короткозамкнутом витке i0 не опасен для обмотки секции, так как он ограничен соответственно выбранным индуктивным сопротивлением реактора. Затем вывод реактора отсоединяют от вывода 2 трансформатора и присоединяют к выводу 3. В таком же порядке осуществляют последующие переключения секций трансформатора.
Переходной реактор используют также и для увеличения числа ступеней регулирования напряжения, подводимого к тяговым двигателям. Для этого присоединяют к каждому выводу обмотки трансформатора два контактора (рис. 55, а).

Схема

Рис. 55. Схема включения перходного реактора
на различных ступенях регулирования напряжения

Нечетные и четные контакторы соединяют соответственно с двумя шинами, между которыми включен переходной реактор. Если замкнуты контакты 1 и 2, к тяговым двигателям подводится напряжение первой секции, и ток в полуобмотках реактора направлен встречно так, как показано на рис. 54, б.
Чтобы повысить напряжение, а зна­ит, к скорость электровоза, отключают контактор 2 и включают контактор 4 (рис. 55, б). При этом реактор работает как автотрансформатор и делит напряжение секции Uск пополам: к тяговым двигателям подводится напряжение Uск +0,5Uск = 1.5 Uск.Затем отключают контактор 1 н замыкают контактор 3: к тяговым двигателям подводится напряжение 2Uск и т. д. (потом 2,5Uск, 3Uск). Такой способ перехода позволяет получить числе ступеней, вдвое большее числа выводов трансформатора.
Как видим, при регулировании напряжения контакторы 1—8 (см. рис. 55,а) разрывают и замыкают электрические цепи под током . Поэтому они должны быть снабжены дугогасящими устройствами. Однако обычно применяют несколько десятков контакторов; большое число дугогасящих устройств усложнило бы их размещение на электровозе н обслуживание в процессе эксплуатации. Поэтому на электровозах для переключения секций трансформатора устанавливают дополнительные контакторы с дугогашением, которые, включаясь и выключаясь в определенной последовательности, обеспечивают переключение остальных контакторов при обесточенной цепи.
Для увеличения числа ступеней регулирования напряжения при небольшом числе выводов трансформаторов вторичная обмотка разделена на две. В каждой вторичной обмотке имеется некционированная (нерегулируемая) часть и секционированная (регулируемая); последняя состоит из четырех секций с одинаковым числом витков, а следовательно, одинаковым напряжением Uск.
Вначале регулируемую и нерегулируемую части включают встречно (рис. 56, а).

Схема

Рис. 56. Схема включения нерегулируемой и регулируемой
обмоток трансформатора

Напряжение нерегулируемой части обмотки Uн несколько больше суммарного напряжения секции регулируемой части, поэтому подводимое к двигателям напряжение Uд = Uн — 4Uск. Далее последовательно уменьшают число встречно включенных секций. При переключении их используют переходной реактор. Когда все секции выключены, напряжение, подводимое к тяговым двигателям, равно Uн. Для дальнейшего повышения напряжения нерегулируемую и регулируемую части обмотки включают согласно (рис. 56, б), последовательно подключая к нерегулируемой части одну за другой секции регулируемой. Наибольшее напряжение, подводимое к тяговым двигателям, Uд = Uн +4 Uск.
Все переключения обмоток и секций с помощью контакторов с дугогашением и без него должны производиться в строго определенной последовательности. Осуществляют эти переключения групповым аппаратом, называемым главным контроллером.

Источник

Конструкция тяговых трансформаторов электровозов, параметры и расшифорка маркировки

Электровозы переменного тока для привода в действие тяговых электродвигателей используют напряжение контактной сети. Поскольку для уменьшения токовой нагрузки на провода и снижения потерь в контактную сеть подается высокое напряжение (порядка 19-29 кВ), то тяговые трансформаторы современных электровозов выполняют функцию снижения напряжения. Тяговые трансформаторы должны обладать определенной перегрузочной способностью для нормальной работы в большом диапазоне нагрузок.

Конструкция и принцип работы тяговых трансформаторов электровозов

Тяговые трансформаторы электровозов работают на том же принципе электромагнитной индукции, что и обычные трансформаторы. Наиболее распространенной является конструкция, в которую входят:

  1. Двухстержневой магнитопровод из электротехнической стали.
  2. Первичная и вторичные обмотки.
  3. Масляная система охлаждения с радиаторами и циркуляционным насосом.

Магнитопровод имеет два ярма и две стяжки, выполненные из листов электротехнической стали толщиной 0.35 мм. Для того, чтобы стержни в поперечном сечении имели форму, приближенную к кругу, ширина пластин разная. Для плотного прилегания друг к другу, пластины ярма стянуты швеллерами при помощи изолированных болтов. Изоляция необходима для того, чтобы в сердечнике не возникали вихревые токи, повышающие нагрев и снижающие КПД устройства.

Тяговые трансформаторы электровозов

Эти же швеллерные балки осуществляют крепление сердечника к корпусу конструкции.

Обмотки выполнены из изолированного медного провода прямоугольного сечения. Каждая из обмоток намотана на бакелитовых цилиндрах. Сечение цилиндров подобрано таким образом, чтобы они входили друг в друга и образовывали зазор для циркуляции масла. Равномерность зазора обеспечивают распорные прокладки между стержнями и обмотками.

Для изолирования проводов применяется специальная трансформаторная бумага.

Обмотки вместе с магнитопроводом образуют выемную часть.

Масло, циркулирующее внутри активной части, отбирает тепло от нагретых элементов. Кроме охлаждения масло выполняет роль изолятора. Перенос масла от нагретых частей к охладителю осуществляется при помощи циркуляционного масляного насоса.

Нагретое масло, подаваемое из верхней части трансформатора (там оно имеет максимальную температуру), поступает в охладители, выполненные в виде радиаторных секций. Количество масляных секций у холодильника зависит от типа и мощности устройства.

Радиаторы охлаждаются потоком воздуха при помощи вентилятора.

Тяговые трансформаторы электровозов

Основные параметры

Поскольку тяговые трансформаторы электровозов предназначены для питания тяговых электродвигателей и преобразования напряжения для собственных нужд, то основными параметрами будут являться:

  • Номинальное первичное напряжение;
  • Номинальное вторичное напряжение;
  • Мощность;
  • Токи первичной и вторичной обмоток.

Серия и марка

О основном на отечественных железных дорогах используют устройства двух марок – ОДЦЭ и ОДР. В маркировке приняты следующие сокращения:

  • О – однофазный;
  • Д – принудительное воздушное охлаждение;
  • Ц – принудительная циркуляция масла;
  • Р – для питания ртутных выпрямителей (или встроенный реактор).

Тяговые трансформаторы электровозов

Далее указывается число в виде дроби, где:

  • Числитель – типовая мощность в кВА;
  • Знаменатель – номинальное напряжение первичной обмотки в кВ.

В конце обозначения может присутствовать буква, характеризующая модификацию устройства.

В частности, на электровозе переменного тока ВЛ80С установлен тяговый трансформатор ОДЦЭ 5000 / 25. На электровозе ЭД9М устанавливается трансформатор со встроенным реактором ОДЦЭР 1600/25А.

Номинальные параметры

Номинальные параметры показывают характеристики, которые обеспечиваются при длительной работе аппаратуры. Для каждого типа трансформатора параметры различны, поскольку они предназначены для работы в разной технике.

Тяговые трансформаторы электровозов

Мощность

Наиболее распространены следующие значения номинальной мощности первичной обмотки:

5600, 5000, 1600, 1000 кВА.

Кроме этого, трансформаторы характеризуются мощностями вторичных обмоток, которых бывает несколько:

  • Для питания тяговых электродвигателей;
  • На собственные нужды.

Напряжение

Первичное напряжение, которое подается на обмотки с контактной сети, составляет 25 кВ. В зависимости от типа транспортного средства, для питания тяговых двигателей используется различное напряжение – от 1040 до 2208 В. Величина тягового напряжения регулируется контроллером при трогании, разгоне или торможении.

Кроме этого, необходимо напряжение на собственные нужды – для питания вспомогательного оборудования, отопления, освещения. Величина дополнительного напряжения составляет от 200 до 600 В.

В случае необходимости, в цепи питания могут включаться дополнительные трансформаторы, которые преобразуют напряжение до необходимой величины.

Электровоз

Частота

Частота напряжения питающей сети является стандартной и составляет 50 Гц, поскольку ток в контактных проводах берется из общей системы электроснабжения.

Ток, потребляемый тяговыми электродвигателями, зависит от состояния дороги, загруженности подвижного состава. Ток тем выше, чем круче подъем профиля следования, больше масса подвижного состава. Максимальной величины ток достигает в момент трогания с места и набора скорости.

В сумме с током на собственные нужды он не должен превышать номинальный ток первичной обмотки.

Выпрямленное напряжение

Напряжение вторичных обмоток поступает на выпрямители, поскольку подавляющее большинство электрических цепей используют постоянное напряжение. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя используются реакторы, которые могут быть встроены непосредственно в тяговый трансформатор.

Часовой выпрямленный ток

Номинальный выпрямленный ток может протекать через обмотки в течении длительного времени, не вызывая повреждения оборудования. В случае перегрузок (трогание с места, движение на подъем), ток, проходящий через обмотки, превышает номинальное значение. Величина кратковременного тока называется часовой выпрямленный ток.

Часовой выпрямленный ток

Коэффициент трансформации обмоток

Постоянный коэффициент трансформации имеет только обмотка для собственных нужд. Тяговая обмотка состоит из нескольких частей – двух одинаковых несекционированных полуобмоток и секционированную часть.

Такая конструкция необходима для регулировки напряжения на тяговом электродвигателе посредством контроллера. Регулировка заключается в том, что секционированные части подключаются к несекционированным последовательно или встречно. Таким образом достигается плавность регулировки.

Методика расчета

В основе расчета тяговых трансформаторов электровоза лежит напряжение питающей контактной сети и мощность тяговых электродвигателей. Следует иметь ввиду, что в суммарную мощность трансформатора входит мощность, потребляемая на собственные нужды.

Порядок расчета следующий:

  • Определение габаритной мощности;
  • Определение коэффициента трансформации (количество витков первичной и вторичных обмоток);
  • Расчет площади сечения магнитопровода исходя из габаритной мощности;
  • Расчет сечения проводников обмоток в зависимости от выбранной плотности токов;
  • Выбор схемы охлаждения и тепловой нагрузки на обмотки;
  • Расчет системы охлаждения.

Примеры расчета

Габаритная мощность равняется сумме мощности всех потребителей. Следует иметь ввиду, что в зависимости от погодных условий, мощность собственных нужд будет значительно отличаться за счет включения обогрева в холодное время. Габаритная мощность должна рассчитываться для наихудших условий.

Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения в первичной сети и вторичной обмотки. Каждая обмотка имеет свой коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации

В зависимости от величины габаритной мощности определяется площадь поперечного сечения магнитопровода, а также находится количество витков, приходящихся на один вольт напряжения.

Сечение проводов выбирается таким образом, чтобы их нагрев не превышал допустимой величины. Поэтому важно учитывать способ охлаждения и рабочие параметры охлаждающей среды. К примеру, допустимая температура масла при жидкостной системе охлаждения составляет 75⁰С.

На основе тепловых расчетов определяют тип и количество радиаторных секций, величину воздушного потока для охлаждения.

Источник

Читайте также:  Трансформатор тока с поворотной шиной