Подключение к аккумулятору: звезда и треугольник
Варианта два:
• Если вы ожидаете в основном низкие скорости ветра, сделайте соединение треугольником и все. Если высокая скорость ветра будет редко, ничего с генератором на постоянных магнитах не случится
• Если у вас все-таки часто дуют сильные ветра, то намотайте по 200 витков катушки проводом 1,2 мм. Потом соедините одну группу катушек звездой, а одну треугольником, как на рисунке ниже.
Кабель от генератора на постоянных магнитах до аккумулятора можно сделать либо 3-х фазным переменного тока, либо постоянного тока. Использование переменного тока лишь чуть-чуть уменьшает потери.
При напряжении 12 В диаметр кабеля должен быть большим. Даже если ток будет всего лишь 15 А, то для расстояния 20м надо использовать кабель с жилами как минимум по 3мм.кв. (если ток постоянный). Даже в таком кабеле потери составят порядка 15%. Для большей длины кабеля надо использовать большие диаметры жил, в прямой пропорции от длины.
3 Характеристики синхронного генератора
Характеристика холостого хода представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U1=E0 от тока возбуждения IВ0 при n1=const. Схема включения синхронного генератора приведена на рисунке 4, а, а характеристика х.х. на рисунке 4, б.
Рисунок 4 – Опыт холостого хода синхронного генератора
Снимают характеристику х.х. при отключенной нагрузке и номинальной частоте. Принято снимать лишь нисходящую ветвь характеристики при постоянном снижении тока возбуждения. Для построения характеристики необходимо иметь 7 – 8 точек.
Характеристика короткого замыкания получается следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рисунок 5, а) и при вращении ротора с частотой вращения n1 постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток не более чем на 20% (I1к=1,25I1ном). Характеристика к.з. представляет собой прямую (рисунок 5, б).
Рисунок 5 - Опыт короткого замыкания синхронного генератора
Снимают характеристику к.з при симметричном трехфазном к.з. Практически достаточно иметь три точки характеристики, которые должны лежать на одной прямой.
Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U1=f(I1) при Iв=const; 
=const; n1= nном=const. На рисунке 6, а представлены внешние характеристики при активной нагрузке ( 
), индуктивной нагрузке ( <1) и емкостной нагрузке ( <1) синхронного генератора.
Рисунок 6 – Внешние (а) и регулировочные (б) характеристики синхронного генератора
Снимают при номинальном возбуждении и номинальной частоте, последнюю при необходимости регулируют реостатом в цепи приводного двигателя. Изменение нагрузки, как правило, сопровождается изменением частоты вращения генератора, которую следует каждый раз восстанавливать реостатом в цепи возбуждения приводного двигателя.
Для возможности сравнения все внешние характеристики должны быть сняты при одном и том же токе возбуждения и одинаковой частоте.
Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: IB=f(I1) при U1= U1ном=const; =const; n1= nном=const. На рисунке 6, б представлены регулировочные характеристики при активной нагрузке ( ), индуктивной нагрузке ( <1) и емкостной нагрузке ( <1) синхронного генератора.
Процесс снятия характеристики аналогичен предыдущему с той лишь разницей, что после изменения нагрузки и восстановления частоты изменением тока возбуждения устанавливают напряжение, равное принятому первоначально.
Содержание отчета
1. Название работы
2. Цель работы
3. Задание
4. Выполненная лабораторная работа в соответствии с заданием
5. Ответы на контрольные вопросы
6. Вывод
Контрольные вопросы
1. Какие генераторы применяются на вагонах с принудительной вентиляцией?
2. Какие генераторы применяются на вагонах с установками кондиционирования воздуха?
3. Какой генератор называется с осевым возбуждением?
4. Какой генератор называется с радиальным возбуждением?
5. Что называют характеристикой х.х. и к.з.?
6. Какая зависимость называется внешней характеристикой?
7. Какая зависимость называется регулировочной характеристикой?
Лабораторная работа №2
Тема: Исследование устройства электромашинного преобразователя
Цель работы – познакомиться с конструкцией устройства электромашинного преобразователя, научиться определять характеристики; закрепить теоретические знания.
Задание: Описать основные конструктивные особенности и принцип действия преобразователей, выполнить расчеты характеристик электромашинного преобразователя (табл. 1).
Теоретические сведения
1 Конструкция электромашинного преобразователя и принцип действия
Для питания цепей люминесцентного освещения, радиоаппаратуры, электрических бритв и некоторых других потребителей на вагонах устанавливают электромашинные преобразователи постоянного тока в переменный. Электромашинный преобразователь состоит из двигателя постоянного тока и однофазного генератора однофазного тока, смонтированных в одном корпусе (рисунок 1). По конструкции преобразователи подразделяются на три типа: одноякорные, имеющие для двигателя и генератора общую магнитную систему и общий якорь, в пазы которого уложены обмотки постоянного и переменного тока; двухъякорные с самостоятельной магнитной системой для двигателя и генератора с якорем, имеющим каждый свою обмотку постоянного и переменного тока; преобразователи с вращающимися полюсами генератора, выполненными в виде постоянного магнита или электромагнита, при этом полюсы могут быть явно выраженными и неявно выраженными.
Рисунок 1 – Электромашинный преобразователь
У первых двух типов преобразователей переменный ток снимается с контактных колец якоря, а у третьего – с выводных зажимов обмотки статора. Работа преобразователей основана на двойном преобразовании энергии. Подводимая электрическая энергия постоянного тока сначала преобразуется в механическую, а затем механическая вновь преобразуется в электрическую, но уже переменного тока.
Наиболее распространенными являются машинные преобразователи 2ППО-400, FV-120, FV-66, МВ-12 – для питания люминесцентных ламп, ПО-300Б, ПНД-5 – для питания радиоаппаратуры; UCW2 – для питания электробритв.
2 Расчет основных характеристик электромашинного преобразователя
Противо-ЭДС, наводимая в обмотке якоря электродвигателя при его вращении вычисляется по формуле, В:
Е=с*n*Фв; (1)
где Фв=Фсод+Фуод – суммарный магнитный поток возбуждения двигателя, Вб;
n – частота вращения двигателя, об/мин;
с – конструктивная постоянная двигателя.
; (2)
где р – число пар полюсов:
N – число активных проводников обмотки якоря;
а – число параллельных ветвей обмотки якоря.
Напряжение, подводимое к двигателю вычисляется по формуле, В:
U=E+IЯRЯ ; (3)
где IЯ – ток, потребляемый обмоткой якоря;
RЯ – сопротивление обмотки якоря.
U=cnФB+IЯRЯ, где 
(4)
При вращении ротора преобразователя в обмотке якоря генератора наводится синусоидальная ЭДС с частотой f, Гц:
, (5)
где рГ – число пар полюсов обмотки возбуждения генератора.
Величина ЭДС обмотки якоря генератора вычисляется по формуле, В:
EГ = 4K0KФfWФГ, (6)
где Кф – коэффициент формы поля (для синусоидального поля Кф =4,44);
К0 – коэффициент обмотки;
W – число витков обмотки фазы;
ФГ – результирующий магнитный поток с учетом влияния реакции якоря.
Ег = KnФГ (7)
Анализ выражений (5) и (7) показывает, что частоту генератора можно регулировать только за счет частоты вращения электродвигателя, а ЭДС – за счет частоты вращения и магнитного потока возбуждения.
Таблица 1 – Варианты заданий для расчета характеристик электромашинного преобразователя
| № варианта | n, об/мин | ФB, Вб | р | N/а | IЯ, А | RЯ, Ом | рГ | К0 | W | ФГ, Вб |
| 0,0154 | 0,05 | 0,76 | 0,0120 | |||||||
| 0,0150 | 0,10 | 0,83 | 0,0120 | |||||||
| 0,0125 | 0,12 | 0,77 | 0,0120 | |||||||
| 0,0120 | 0,15 | 0,82 | 0,0120 | |||||||
| 0,0135 | 0,20 | 0,78 | 0,0120 | |||||||
| 0,0130 | 0,05 | 0,81 | 0,0120 | |||||||
| 0,0142 | 0,10 | 0,79 | 0,0120 | |||||||
| 0,0138 | 0,12 | 0,80 | 0,0120 | |||||||
| 0,0148 | 0,15 | 0,76 | 0,0120 | |||||||
| 0,0160 | 0,20 | 0,83 | 0,0120 | |||||||
| 0,0133 | 0,05 | 0,77 | 0,0120 | |||||||
| 0,0128 | 0,10 | 0,82 | 0,0120 | |||||||
| 0,0144 | 0,12 | 0,78 | 0,0120 | |||||||
| 0,0152 | 0,15 | 0,81 | 0,0120 | |||||||
| 0,0122 | 0,20 | 0,79 | 0,0120 |
Содержание отчета
1. Название работы
2. Цель работы
3. Задание
4. Выполненная лабораторная работа в соответствии с заданием
5. Ответы на контрольные вопросы
6. Вывод
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначен электромашинный преобразователь?
2. Из каких основных частей состоит электромашинный преобразователь?
3. На какие типы подразделяются преобразователи по конструкции?
4. На чем основана работа преобразователей?
5. Как можно регулировать частоту генератора?
Лабораторная работа№3
Тема: Исследование устройства тиристорного регулятора напряжения
Цель работы – познакомиться с конструкцией устройства тиристорного регулятора напряжения, научиться определять техническое состояние регуляторов напряжения пассажирских вагонов; закрепить теоретические знания.
Задание: Описать конструктивные особенности устройства тиристорного регулятора напряжения, принцип действия, определить техническое состояние регуляторов напряжения пассажирских вагонов, изобразить электрическую схему.
Теоретические сведения
1 Блок регулятора напряжения БРН-37.
На вагонах отечественной постройки с генератором переменного тока регулятор напряжения генератора (РНГ) регулирует напряжение сети, от которой питаются все потребители вагона. Он содержит задающее устройство, измерительный орган и систему обратной связи. Напряжение для питания электрических потребителей вагона подается от основной обмотки якоря генератора. Повышенное напряжение для заряда аккумуляторной батареи получают с помощью вольтодобавочной обмотки якоря, к которой подключается регулятор заряда батареи. Он меняет зарядный ток также и в зависимости от температуры в батарейном ящике. Так как напряжение на зажимах основной и вольтодобавочной обмоток генератора определяется одним и тем же магнитным потоком, то при регулировании выходного напряжения регулятором РНГ будет в соответствии с изменением тока возбуждения автоматически изменяться и напряжение на выходе аккумуляторной батареи. Для того чтобы стабилизировать напряжение заряда вводится отрицательная обратная связь по току нагрузки потребителей вагона. При возрастании тока нагрузки регулятор РНГ увеличивает магнитный поток генератора, что приводит к росту напряжения. Но одновременно из-за наличия обратной связи частично компенсируется рост напряжения на регуляторе заряда батареи.
2 Принцип действия блока регулятора напряжения БРН-37.
Регулятор содержит измерительный делитель напряжения, выполненный на резисторах R1-R6 (рисунок 1), питающий делитель напряжения R16-R17-V2-V3-V4, измерительный транзистор V1, пусковую схему на транзисторах V5, V6, исполнительную группу V10-V12. Начальное возбуждение генератора обеспечивается от фазы генератора и минусового полюса выпрямителя нагрузки по цепи через размыкающий контакт реле К9 и резистор R7 (установленный вне блока регулятора). Катушка реле К9 включена на напряжение, образованное выпрямителями V13, V14, V15 и минусовым полюсом выпрямителя нагрузки V1-V3. После достижения напряжения срабатывания реле К9 питание обмотки возбуждения генератора обеспечивается от фазы генератора и минусового полюса выпрямителя нагрузки через тиристор V10. Транзисторы V5, V6 образуют чувствительную спусковую схему. По цепи через резистор R8, диоды V2, V3, транзистор V6, диоды V7, V8, V9, управляющий электрод тиристора V10, обмотку возбуждения генератора протекает ток, вызывающий включение тиристора V10. После включения тиристора цепь его управляющего электрода запирается диодом V9, и транзисторы V5, V6 обесточиваются. Транзистор V6 получает питание только в интервалах времени, соответствующих положительному анодному напряжению, благодаря чему обесточивается синхронизация импульсов управления тиристора с его анодным напряжением. В интервалах времени, когда на цепь тиристор-обмотка возбуждения генератора подается напряжение, равное прямому падению напряжения на силовом диоде V3, тиристор V10 выключается, и ток обмотки возбуждения замыкается по цепи через диод V12.
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная блока регулятора напряжения БРН-37
После выключения диода V3 на тиристор и питающий делитель подается напряжение и, если транзистор V1 закрыт, обеспечивается повторное включение тиристора V10.
При повышении напряжения генератора выше уставки регулятора, транзистор V1 отпирается и обеспечивает запирание транзистора V6. Запирание транзистора V5 обеспечивается шунтировкой его эмиттер-базового перехода последовательно включенными резисторами R10, R11. Подача импульсов управления тиристор V10 прекращается. Регулирование напряжения обеспечивается благодаря чередованию двух описанных режимов работы тиристора, в одном из которых тиристор открыт, примерно в течение 2/3 периода, а в другом – закрыт. При изменении соотношения указанных режимов среднее значение напряжения на обмотке возбуждения практически может изменяться от нуля до максимального значения. Для увеличения тока возбуждения применяется добавочная обмотка В1, В2 генератора, напряжение которой через диод V30 подается на тиристор V10. Для контроля работа блока при движении и проверки на стоянке параллельно тиристору V10 через R13 подключен через светодиод Н, который начинает светиться после возбуждения генератора.
Для проверки блока на стоянке необходимо включить выключатель S1и затем S2 – при этом должен включиться светодиод Н (тиристор закрыт). Затем отпустить S1, продолжая удерживать S2, при этом светодиод Н должен погаснуть (гиристop открыт).
3 Проверка технического состояния регуляторов напряжения пассажирских вагонов.
Внутри средней части распределительного шкафа размещена специальная панель для ремонта и проверки отдельных узлов электрооборудования. На этой панели находятся специальные технологические зажимы для проверки отдельных узлов и цепей вагона, сигнальная лампа, загорающаяся при исправном состоянии во время испытания тиристорного регулятора напряжения и кнопки зажигания (включения) и гашения (выключения) тиристорного регулятора напряжения, восстановления реле максимального напряжения после устранения причин срабатывания и проверки действия высоковольтных контакторов при отсутствии высокого напряжения. Кроме того, на этой панели имеется специальный переключатель для испытания изоляции высоковольтных цепей (при включении загорается сигнальная лампа на правой дверце).
В вагонах типа РИЦ К/к постройки 1981 —1985 гг. применяется тиристорный регулятор напряжения генератора и предусмотрена аварийная кнопка.
При проверке тиристорных преобразователей производятся: измерение сопротивления изоляции и испытание повышенным напряжением.
Проверяется отсутствие пробитых тиристоров, поврежденных RC-цепей. Проверка выполняется с помощью омметра.
Проверяется целостность параллельных ветвей плавкой вставки каждого силового предохранителя путем измерения сопротивления постоянному току.
Проверяется состояние системы управления тиристоров, диапазон регулирования выпрямленного напряжения при воздействии на систему управления тиристоров.
Проверяется тиристорный преобразователь при работе генератора в номинальном режиме с номинальным током ротора в следующем объеме:
- распределение токов между параллельными ветвями плеч преобразователей (отклонение значений токов в ветвях от среднеарифметического значения тока ветви должно быть не более 10 %);
- распределение обратных напряжений между последовательно включенными тиристорами с учетом коммуникационных перенапряжений (отклонение мгновенного значения обратного напряжения от среднего на тиристоре ветви должно быть не более ±20 %);
- распределение тока между параллельно включенными преобразователями (токи не должны отличаться более чем на ±10 % среднего расчетного значения тока через преобразователь);
- распределение тока в ветвях одноименных плеч параллельно включенных тиристорных преобразователей (отклонение от среднего расчетного значения тока ветви одноименных плеч не должно быть более ±20 %).
Содержание отчета
1. Название работы
2. Цель работы
3. Задание
4. Выполненная лабораторная работа в соответствии с заданием
5. Ответы на контрольные вопросы
6. Вывод
Контрольные вопросы
1. Из каких устройств состоит РНГ?
2. Откуда подается напряжение для питания электрических потребителей вагона и для заряда аккумуляторной батареи?
3. Почему с изменением тока возбуждения изменяется напряжение на выходе аккумуляторной батареи?
4. Что делается для стабилизации напряжения заряда?
5. Что делает регулятор РНГ при возрастании тока нагрузки?
Лабораторная работа №4
Тема: Исследование устройства регулятора напряжения сети освещения
Цель работы – познакомиться с конструкцией устройства регулятора напряжения сети освещения, научиться проверять техническое состояние регуляторов напряжения сети освещения; закрепить теоретические знания.
Задание: Описать конструкцию устройства регулятора напряжения сети освещения, принцип действия, проверить техническое состояние регуляторов напряжения сети освещения, изобразить электрическую схему.
Теоретические сведения
1 Конструкция устройства регулятора напряжения сети освещения на примере диодного ограничителя
Диодный ограничитель – это устройство представляет собой нелитнейный транзистор, включенный между источниками питания и сетью освещения. В диодном ограничителе гасится разность между напряжением UАБ аккумуляторной батареи АБ, которое изменяется в зависимости от режима ее работы, и стабилизированными напряжениями UС1 и UС2 сети освещения на уровне 110 В+5% (или соответственно 54 В±5%) при изменении напряжения в системе генератор-батарея в пределах от 110 до 162 В и токе нагрузки до 16 А.
Диодный ограничитель выполнен в виде трех последовательно включенных диодных блоков VD1-VD18, VD19-VD36, VD37-VD54, каждый из которых состоит из 18-ти последоватьно включенных диодов (рисунок 1). В диодных ограничителях применены диоды двух типов — с электронной и дырочной проводимостями, что дает возможность использовать их радиаторы в качестве проводника, соединяющего цепи двух диодов. Каждый блок может быть замкнут накоротко контактами электромагнитного реле Kl, K2 и КЗ, которые управляются электронными реле А1, A2 и A3в зависимости от напряжения UС1 в сети освещения и напряжения UАБ на аккумуляторной батарее.
2 Принцип действия диодного ограничителя.
Падение напряжения, создаваемое каждым диодным блоком, составляет 13,5 В при токе 1 А и 15,5 В при токе 16 А. Если напряжение в сети освещения возрастает свыше 115 В, то контакты реле К1 размыкаются и включается первый диодный блок; при этом напряжение в сети освещения снижается. При дальнейшем повышении напряжения в системе генератор-батарея и увеличении напряжения UС1 до 11,5 В реле К2 и КЗвключают второй, а затем третий диодный блок. Когда напряжение в системе генератор-батарея достигает 162 В, срабатывает защита от перенапряжений, генератор отключается от аккумуляторной батареи и ее напряжение уменьшается. При уменьшении напряжения на батарее напряжение в сети освещения снижается. Когда оно достигает 95 В, контакты реле Kl. K2 и КЗзамыкаются и из цепи между аккумуляторной батареей и сетью освещения последовательно выводятся блоки VD1-VD18, VD19-VD36, VD37-VD54 диодного ограничителя. При этом напряжение поддерживается на заданном уровне в пределах от 95 до 110 В. Скачок напряжения с 13,5 до 15,5 В, возникающий при замыкании накоротко блоков диодного ограничителя и при размыкании их, практически не сказывается на световом потоке ламп накаливания.
Рисунок 1 – Электрическая схема диодного ограничителя напряжения 110 В
В случае снижения напряжения на аккумуляторной батареи до значения меньшего 95 В, диодные блоки замыкаются накоротко и напряжение UСlстановится равным UАБ . Для предотвращения звонковой работы диодного ограничителя разность между верхним 115 В и нижним 95В пределами регулируемого напряжения принята большей наибольшего падения напряжения на одном из диодных блоков.
Надежность работы электромагнитных и электронных реле повышается релейной логикой на основе замыкающихся и размыкающихся контактов реле К1—КЗ. Она обеспечивает требуемую последовательность включения соответствующих реле. Электронные реле А1, А2 и A3состоят из измерительного органа, исполнительного устройства и системы обратной связи. Измерительный орган содержит делитель напряжения R101-R105и стабилитрон VD104. Исполнительное устройство представляет собой триггер, состоящий из транзисторов VT101 и VT102, работающих в ключевом режиме. При переходе триггера из одного устойчивого состояния в другое он включает или выключает соответствующее электромагнитное реле К. Верхний предел напряжения, при котором включаются в цепь диодные блоки, устанавливается потенциометром R103;нижний предел, при котором диодные блоки замыкаются контактами электромагнитных реле, регулируется потенциометром R105.Разность напряжений срабатывания триггера при переходе его из одного устойчивого состояния в другое достигается путем введения обратной связи с выхода транзистора VT102 через диод VD106 на потенциометр R105делителя напряжения измерительного органа. В результате этого предотвращается возможность звонковой работы электронных и электромагнитных реле. Стабилитроны VD107 и VD108защищают транзисторы электронных реле от перенапряжений.
Электронное реле работает следующим образом. При повышении напряжения Uвх на его входе до 115 В стабилитрон VD104 переходит в проводящее состояние и на базу транзистора VD101 подается положительный потенциал. При этом транзистор VD101открывается, на базу транзистора VD102подается отрицательный потенциал, что приводит к закрытию этого транзистора. При этом прекращается питание обмотки электромагнитного реле Ки оно включает соответствующий диодный блок ограничителя. При уменьшении входного напряжения Uвх до 95 В стабилитрон VD104 переходит в непроводящее состояние и на базу транзистора VT101 подается отрицательный потенциал. В результате транзистор VT101 закрывается, а VT102 открывается, через обмотку электромагнитного реле К начинает протекать ток, реле включается и замыкает накоротко соответствующий диодный блок ограничителя.
3 Проверка технического состояния диодного ограничителя.
Проверка работоспособности и диагностика диодного ограничителя
проводится в составе энергосистемы пассажирского вагона, то есть в
условиях эксплуатации, или в стационарных условиях на испытательном
стенде. При диагностике контроль работы диодного ограничителя ведется по показаниям светодиодных индикаторов и вольтметра пульта управления (ПУ). Условием полноценной проверки работы диодного ограничителя является напряжение бортовой сети в диапазоне 120 – 140 В. В таблице 1 приведена последовательность действий при проверке работоспособности диодного ограничителя.
Таблица 1 – Последовательность действий при проверке работоспособности диодного ограничителя
| ПОРЯДОК ДЕЙСТВИЙ | ОЖИДАЕМЫЙ РЕЗУЛЬТАТ |
| 1. Перевести переключатель "РЕЖИМ" ПУ в положение "НОЧНОЙ" | Зажигаются лампы накаливания дежурного освещения; показания вольтметра ПУ "СЕТЬ" – 110 В; горит индикатор ВКЛЮЧ. ДО |
| 2. Включить все лампы дежурного освещения, включая софиты в купе | Показания вольтметра ПУ "Сеть" – 110 В; горит индикатор ВКЛЮЧ. ДО |
| 3. Перевести переключатель "РЕЖИМ" ПУ в положение "ОТСТОЙ" | Все цепи бортовой сети обесточиваются |
| 4. Выждать 5 – 10 с и вновь перевести переключатель "РЕЖИМ" ПУ в положение "НОЧНОЙ" | Зажигается индикатор ВКЛЮЧ., кратковременно (на 0,5 – 1 с); зажигается индикатор НЕИСПР., кратковременно (на 1 – 1,5 с); зажигается индикатор IMAX ДО; плавно зажигаются лампы дежурного освещения; показания вольтметра ПУ "СЕТЬ" – 110 В. |
| 5. Выждать 10 – 15 мин и оценить температуру корпуса ДО | нагрев корпуса не более 20 0С относительно температуры воздуха; стабилизатор работает без ощутимых шумов |
Содержание отчета
1. Название работы
2. Цель работы
3. Задание
4. Выполненная лабораторная работа в соответствии с заданием
5. Ответы на контрольные вопросы
6. Вывод
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначен диодный ограничитель?
2. Из чего состоит диодный ограничитель?
3. Почему радиаторы диодов можно использовать в качестве проводников?
4. На каком уровне поддерживается напряжение в сети освещения?
5. В каком случае срабатывает защита от перенапряжения?
Лабораторная работа №5
Тема: Исследование работы автономного инвертора
Цель работы – познакомиться с принципом работы автономного инвертора, научиться определять техническое состояние инвертора, производить проверку его параметров; закрепить теоретические знания.
Задание: Описать конструктивные особенности автономного инвертора, принцип работы, определить назначение и техническое состояние инвертора, произвести проверку его параметров, изобразить электрическую схему и диаграммы напряжений и токов.
Теоретические сведения
1 Назначение автономных инверторов.
Автономные инверторы – это преобразователи постоянного тока в переменный, коммутация тока в которых осуществляется независимо от процессов во внешних электрических цепях благодаря наличию дополнительных коммутирующих устройств внутри самого преобразователя. На его выходе можно получать переменный ток любой частоты, плавно регулировать от нуля до максимального значения частоту и напряжения. Благодаря этому свойству автономные инверторы находят применение в тяговых электроприводах электровозов, электропоездов и тепловозов.
В зависимости от способа принудительной коммутации тока, схемы инвертора, параметров источника питания и нагрузки автономные инверторы делятся на виды, отличающиеся специфическими особенностями процессов переключений тока. Полная коммутация с переключением тока с одной ветви схемы на другую в автономных инверторах происходит на нескольких этапах, важнейшими из которых являются: уменьшение прямого тока в одном из тиристоров до нуля, задержка приложения прямого напряжения на этом тиристоре до полного восстановления его запирающей способности, нарастание прямого тока во втором тиристоре. Эти события могут совершаться совместно или последовательно. Средства для осуществления надежной коммутации можно разделить на два класса. К первому классу относятся полностью управляемые силовые полупроводниковые приборы. Второй класс составляют не полностью управляемые однооперационные тиристоры, дополненные специальными узлами принудительной коммутации.
2 Принцип работы инвертора на однооперационных тиристорах.
Схема однофазного инвертора на однооперационных тиристорах VT1, VT2 (рисунок 1) называется параллельным инвертором и строится по принципу коммутации тока с использованием конденсатора С, включенного параллельно цепи нагрузки.
Рисунок 1 – Схема параллельного автономного инвертора и диаграммы напряжений и токов при активно-индуктивной нагрузке
Схема однофазного параллельного инвертора имеет дроссель в цепи постоянного тока с индуктивностью Ld и коммутирующий конденсатор емкостью С. В этой схеме принудительное выключение однооперационных тиристоров VT1, VT2 осуществляется предварительно заряженным коммутирующим конденсатором. Коммутация тиристора VT1 начинается с момента (t2, t6), когда отпирается второй тиристор VT2, и конденсатор С, заряженный так, что верхняя обкладка положительна, обеспечивает обратное напряжение на запираемом тиристоре VT1. Интервалы времени (t2 – t3, t6 – t7 для VT1; t0 – t1, t4 – t5 для VT2) должны быть не менее времени выключения тиристора. Для выполнения этого условия необходимо включить конденсатор такой емкости С, чтобы отводить ток нагрузки от тиристора на интервале времени выключения.
Дроссель Ld цепи постоянного тока такого инвертора обычно имеет достаточно большую индуктивность, чтобы исключить или уменьшить пульсации подводимого постоянного тока id. При этом ток id переключения с одного тиристора на другой равнозначен току прямоугольной формы через тиристоры VT1, VT2. Ток i2 цепи RL-нагрузки имеет плавное изменение, и разность токов тиристора (источника) и нагрузки компенсируется током конденсатора iс. Их алгебраическая сумма на каждом временном интервале равна нулю. Конденсатор заряжается на интервале, когда ток тиристора превышает ток нагрузки, и разряжается, если ток нагрузки превышает ток источника. В результате конденсатор перезаряжается дважды за один период Т. Напряжение конденсатора uc накладывается на ЭДС источника Е, и на выходе инвертора напряжение uи содержит постоянную составляющую Е, и переменную составляющую, определяемую на конденсаторе uc (рисунок 1). Напряжение на входе uи имеет значительные пульсации, возрастающие с уменьшением емкости С при неизменных параметрах RL-нагрузки.
3 Проверка технического состояния инвертора
Для проверки соответствия инверторов требованиям стандарта проводят следующие виды испытаний: квалификационные, приемосдаточные, периодические и типовые.
После проведения испытаний инверторов на покрытиях допускаются следующие отклонения:
- белый налет в виде пятен на цинковых и кадмиевых покрытиях;
- повреждение хроматных пленок не более чем на 10% от общей поверхности;
- темные пятна на матовых покрытиях;
- потемнение серебряных покрытий;
- незначительное потускнение блестящих покрытий;
- изменение окраски на анодно-окисных покрытиях;
- белые точки на анодно-окисных покрытиях не более 10 шт. на 1 м2.
Инверторы должны испытываться на испытательном оборудовании предприятия-изготовителя.
Квалификационные испытания проводят в следующем объеме и последовательности:
1. Проверка по программе периодических испытаний
2. Проверка степени защиты
3. Испытание на нагрев
4. Испытание на прочность при воздействии механических ударов многократного действия
5. Испытание на устойчивость при воздействии механических ударов многократного действия
6. Испытание на воздействие механических ударов одиночного действия
7. Испытание на воздействие верхнего значения температуры при транспортировании и хранении
8. Испытание на воздействие нижнего значения температуры среды при транспортировании и хранении
9. Испытание на воздействие изменения температуры среды
10. Испытание на воздействие инея с последующим его оттаиванием
11. Испытание на воздействие атмосферного пониженного давления
12. Испытание на воздействие солнечного излучения
13. Испытание на динамическое воздействие пыли
14. Испытание на статическое воздействие пыли
15. Испытание на воздействие плесневых грибов
16. Испытание на воздействие соляного тумана
17. Испытание на водонепроницаемость
18. Испытание на воздействие дождя
19. Испытание на каплезащищенность
20. Испытание на водозащищенность
21. Испытание на брызгозащищенность
22. Испытание на прочность инвертора при транспортировании
23. Проверка взаимозаменяемости и их составных частей
24. Испытание на ремонтопригодность
25. Испытание на пожарную безопасность
Приемосдаточные испытания проводят в следующем объеме и последовательности:
1. Внешний осмотр, проверка комплектности, габаритных, установочных, присоединительных размеров, монтажа, маркировки и упаковки
2. Измерение электрического сопротивления изоляции: 5МОм в нормальных климатических условиях
3. Испытание электрической прочности изоляции
4. Проверка функционирования инвертора
5. Измерение напряжения на выходе – выбирается из ряда: 6; 12, 28,5; 42; 62; 115; 230; 400; 690 В.
6. Определение диапазона изменения напряжения на выходе
7. Определение значений установившихся отклонений от номинального значения напряжения на выходе – выбирается из ряда: 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10; 15%.
8. Измерение частоты напряжения на выходе и определение значений установившихся отклонений частоты напряжения на выходе – выбирается из ряда: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 5; 10%.
9. Определение диапазона изменения частоты напряжения на выходе
10. Определение значения регулируемой установки напряжения на выходе
11. Определение отношения напряжения на выходе к частоте напряжения на выходе и значение установившихся отклонений выходного напряжения к частоте напряжения на выходе
Предъявленные к испытаниям инверторы подвергают сплошному контролю, при котором годные инверторы считают принятыми, а дефектные возвращают предъявителю продукции.
Периодические испытания инверторов проводятся с частотой, которую выбирают из ряда: 1, 2, 3, 5 лет для конкретных серий и типов. Испытания проводят в следующем объеме и последовательности:
1. Проверка по программе приемосдаточных испытаний
2. Проверка массы
3. Измерение электрического сопротивления заземления металлических частей
4. Определение КПД
5. Испытание на устойчивость к внутренним коротким замыканиям
6. Испытание на устойчивость к внешним коротким замыканиям
7. Испытание на воздействие перегрузки
8. Испытания влияния внешней среды
9. Проверка показателей надежности
Типовые испытания инверторов должны быть достаточными для оценки влияния вносимых изменений в конструкцию инверторов.
Содержание отчета
1. Название работы
2. Цель работы
3. Задание
4. Выполненная лабораторная работа в соответствии с заданием
5. Ответы на контрольные вопросы
6. Вывод
Контрольные вопросы
1. Что называется автономным инвертором?
2. Где применяются автономные инверторы?
3. На каких этапах происходит полная коммутация в автономных инверторах?
4. На какие классы делятся средства для осуществления надежной коммутации?
5. Для чего дроссель Ld цепи постоянного тока имеет достаточно большую индуктивность?
Библиографический список
1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для ВУЗов ж.д. транспорта- М.: Транспорт, 1999-464с.
2. Хряпенков Г.А., Стрыжаков Е.П. Электрические аппараты и цепи вагонов: Учебник для техникумов и колледжей ж.д. транспорта – М.: Маршрут, 2006. – 544 с.
3. Егоров В.П. Устройство и эксплуатация пассажирских вагонов. М.: УМК МПС России, 1999. - 336 с.
4. Ребрик Б.Н, Гомола Г.Г, Модель С.Н. Электрическое оборудование пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. М.: Транспорт, 1986.
 |