Принцип действия вип кратко

Обновлено: 05.07.2024

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) — статическое устройство для преобразования переменного тока (напряжения) в постоянный (выпрямление) и постоянного в переменный (инвертирование).
На ЭПС переменного тока выпрямление тока производится в тяговом режиме, инвертирование — в режиме рекуперативного торможения. ВИП позволяет осуществлять зонно-фазовое контакторно-ступенчатое или бесконтактное плавное регулирование напряжения (силы тока) от нуля до макс. значения во всех режимах работы; обеспечивает быстродействующую защиту силовых цепей в аварийных режимах работы оборудования.
В начале 60-х гг. на электровозах ВЛ60 устанавливали игнитронные (ртутные!) ВИП. Первый ВИП на тиристорах был смонтирован на опытном электровозе ВЛ80Р в 1967.
ВИП обычно собран по однофазной мостовой многоплечевой схеме и состоит из силового шкафа, блоков: системы формирования импульсов управления, питания, управления и автоматическими управления, защиты и сигнализации, выравнивания напряжения между вентилями, а также индуктивных делителей тока, устройств охлаждения, помехозащиты, диагностирования. В шкафу ВИП находятся 8—10 плеч, каждое из которых содержит параллельные ветви (ряды) последовательно соединённых вентилей, образующих матрицу плеча. ВИП питает 2—3 тяговых двигателя, имеет мощн. 2—4 тыс. кВт, выпрямленное выходное напряжение до 1300 В; в аварийном режиме ВИП кратковременно без повреждений выдерживает силу тока, многократно превышающую силу номинального тока.
ВИП сохраняет полную работоспособность при повреждении одного из тиристоров в любом плече, а также при повреждениях резисторов, обрывах цепей управления и т. п. Для синхронной работы вентилей каждого плеча на управляющие электроды подаются синхронные импульсы управления. Блок управления включает в работу вентили формирования импульсов в соответствии с заданным алгоритмом, а также обеспечивает синхронизацию цепей управления с сетью; поддерживает минимально необходимые углы регулирования вентилей в тяговом режиме и пост, угол запаса в режиме рекуперации и т. д. Блок автоматического управления.

На электроподвижном составе переменного тока выпрямление тока производится в тяговом режиме, инвертирование — в режиме рекуперативного торможения. ВИП позволяет осуществлять зонно-фазовое контакторно-ступенчатое или бесконтактное плавное регулирование напряжения (силы тока) от нуля до максимального значения во всех режимах работы; обеспечивает быстродействующую защиту силовых цепей в аварийных режимах работы оборудования.

В начале 1960-х годов на электровозах ВЛ60 к устанавливали игнитронные (ртутные) ВИП. Первый ВИП на тиристорах был смонтирован на опытном электровозе ВЛ80 р в 1967 году.

ВИП обычно собран по однофазной мостовой многоплечевой схеме и состоит из силового шкафа, блоков: системы формирования импульсов управления, питания, управления и автоматического управления, защиты и сигнализации, выравнивания напряжения между вентилями, а также индуктивных делителей тока, устройств охлаждения, помехозащиты, диагностирования. В шкафу ВИП находятся 8—10 плеч, каждое из которых содержит параллельные ветви (ряды) последовательно соединённых вентилей, образующих матрицу плеча. ВИП питает 2—3 тяговых двигателя, имеет мощность 2—4 тысячи кВт, выпрямленное выходное напряжение до 1300 В; в аварийном режиме ВИП кратковременно без повреждений выдерживает силу тока, многократно превышающую силу номинального тока.

ВИП сохраняет полную работоспособность при повреждении одного из тиристоров в любом плече, а также при повреждениях резисторов, обрывах цепей управления и т. п. Для синхронной работы вентилей каждого плеча на управляющие электроды подаются синхронные импульсы управления. Блок управления включает в работу вентили формирования импульсов в соответствии с заданным алгоритмом, а также обеспечивает синхронизацию цепей управления с сетью; поддерживает минимально необходимые углы регулирования вентилей в тяговом режиме и постоянный угол запаса в режиме рекуперации и т. д.

Блок автоматического управления служит для автоматизации процессов разгона, поддержания постоянной скорости, остановочного торможения и подтормаживания на уклонах, а также для защиты от перегрузок, прекращения боксования и юза.

Блоки управления и автоматического управления на электровозах имеют 100% резервирования: при повреждении машинист может перейти на резервный блок управления.

Блок защиты и сигнализации выдаёт информацию, поступающую на пульт машиниста, о повреждении тиристора или другого узла ВИП.

Устройства помехозащиты ВИП состоят из транзисторных и стабилитронных ячеек, снижающих помехи или пропускающих только рабочие импульсы в определённые моменты времени.

В ВИП применяют специальные тиристоры в тяговом исполнении; они быстро восстанавливают запирающие свойства, имеют увеличенные значения силы допустимых аварийных токов, повышенную вибростойкость и помехозащищённость, специальную маркировку. Отечественные тиристорные ВИП выпускают с воздушным принудительным охлаждением вентилей, которые монтируют на охладителях из меди или из специального сплава на основе алюминия. За рубежом применяется масляное или жидкостное охлаждение ВИП, совмещённое с охлаждением силового трансформатора, а также испарительное (термосифонное) охлаждение вентилей.

На тяговых подстанциях постоянного тока первые ВИП собирали из ртутных вентилей; в 1970-е годы были разработаны и начали применяться полупроводниковые ВИП, выполненные по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором и по трёхфазной мостовой схеме. Распространение получили ВИП различных модификаций, которые собирались в виде двух встречно включённых мостов — тиристорного (инвертор) и диодного (выпрямитель). К шинам 3,3 кВ подстанции выпрямитель или инвертор подключается в зависимости от режима работы быстродействующими выключателями.

Перевод ВИП из одного режима в другой осуществляется системой автоматики; возможен непереключаемый режим работы ВИП при постоянном подключении их к контактной сети. В этом случае включатели включены, на тиристоры подаются импульсы управления, перевод ВИП из одного режима в другой производится в зависимости от напряжения на шинах подстанции.

В расплавление металла в вакуумных индукционных печах осуществляется за счет индукционного нагрева, который основан на наведении в электропроводящем материале вихревых токов Фуко переменным магнитным полем, которое создаётся индуктором. При этом в металле, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наводится ЭДС индукции:

ЭДС индукции создаёт в металле вихревой ток силой I, величина которого определяется из выражений:

При прохождении через металл вихревого тока, металл нагревается и плавится.

Таким образом, для увеличения силы тока нагрева нужно увеличивать частоту тока, питающего индуктор, или магнитный поток. Обычно в промышленности индукционные печи питают токами с частотой от 50Гц до 10кГц, которые получаются в генераторах токов высокой частоты различных конструкций (тиристорные, ламповые, машинные).

Многих интересует серьезный вопрос – что такое выпрямительные установки и выпрямительно-инверторные преобразователи?

Данная тема напрямую касается электровозов и электропоездов переменного тока. На данных локомотивах и электропоездах применяют в основном тяговые электродвигатели постоянного (пульсирующего) тока. Проводится большая работа по установке на электровозы переменного тока тяговых электродвигателей переменного тока (асинхронных), но пока их внедрение носит экспериментальный характер. Высокое напряжение в контактной сети переменного тока (25000 Вольт) и значительно меньшее напряжение на коллекторах тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянного тока требует необходимости использования тяговых трансформаторов для понижения напряжения и преобразователей (диодов) для выпрямления переменного тока в постоянный.

Выпрямительно-инверторные преобразователи

Появление таких преобразователей – кремниевых вентилей: диодов, стало крупным научно-техническим достижением в электровозостроении. Началось их внедрение на электровозах и электропоездах. Это всем известные электровозы серии ВЛ60 всех индексов и ВЛ80 С и Т, кроме электровоза ВЛ80Р, о нем расскажу позже. Диоды, конструктивные названия которых – вентиль лавинный (ВЛ), размещаются в выпрямительных установках (ВУ), по одной установке на тележку. После выпрямления в выпрямительных установках ток, для сглаживания пульсаций, проходит через сглаживающий реактор и далее в цепь тягового электродвигателя.

Электровоз ВЛ80с с наливняком

На электровозах ВЛ80 С и Т применяется реостатное торможение (торможение электродвигателями), которое требует установки еще одной выпрямительной установки возбуждения (ВУВ), которая предназначена для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД. Такое прогрессивное электрическое торможение как рекуперативное (возврат электроэнергии, вырабатываемой ТЭД в генераторном режиме в контактную сеть) для электровозов переменного тока данных конструкций было невыполнимо, до появления выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), но об этом позже.

Контроллер машиниста

Регулирование напряжения тяговых электродвигателей происходит на стороне низшего напряжения тягового трансформатора, путем подключения его обмоток. Для этого на электровозах установлен электрический контроллер главный – ЭКГ8Ж. Данный контроллер имеет 30 кулачковых контакторов без дугогашения и четыре с дугогашением (А, Б, В и Г), кулачковые валы и электродвигатель (сервомотор). Во избежание короткого замыкания при переключении секций устанавливается переходной реактор. Управление осуществляется контроллером машиниста, имеющим 33 позиции, причем продолжительное время можно работать на выделенных (ходовых) позициях, каждая пятая, остальные являются переходными.

Тиристоры

Эти уникальные полупроводниковые приборы, устанавливаемые в мостовые схемы, могут не только выпрямлять переменный ток, но и регулировать его величину, а также постоянный ток изменять в переменный (инвертирование). Они позволили придать совершенно новые качественные характеристики локомотивам: во-первых, обеспечить плавное регулирование напряжение на ТЭД в режиме тяги; во-вторых, осуществить ранее невозможное для электровозов переменного тока — рекуперативное торможение. Принцип прост – секции трансформатора подключаются к плечам ВИП, через которые регулируется напряжение. Такая схема предусматривает четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения при трех секциях вторичной обмотки тягового трансформатора. Ну а когда применяется электрическое торможение, то постоянный ток, вырабатываемый ТЭД в генераторном режиме, проходит через ВИП процесс инвертирования – преобразования его из постоянного в переменный, что и позволяет возвращать его в контактную сеть уже переменным.

Управляются эти процессы контроллером машиниста (небольшой штурвал или рукоятка на пульте) посредством цепей управления, контроллер имеет четыре зоны регулирования и просто плавно переводится из одной зоны в другую или обратно. Такая бесконтактная, безынерционная электронная система управления электровозом позволяет удобно и быстро изменять режимы движения. Так, переключение до полного напряжения на коллекторах ТЭД, переход на режим выбега и повторный выход на самое высокое напряжение занимает всего 1-2 секунды. Переход из режима тяги в режим рекуперативного торможения и обратно занимает около 9 секунд. И никакого ЭКГ не надо! Все происходит быстро, четко и плавно!

Читайте также: