Импульсные регуляторы постоянного тока

В момент трогания с места электроподвижного состава последовательно в цепь двигателей включаются пусковые реостаты. Это делается для ограничения тока, так как пусковой ток и ток при медленном вращении якоря весьма велики. Однако при этом на все включённые последовательно тяговые двигатели приходится около 800 В, а в пусковых реостатах гасится примерно 2400 В. Получается ¼ часть мощности поступившего из тяговой сети тока расходуется в двигателях, а ¾ превращается в тепло на пусковых реостатах.

Для повышения коэффициента полезного действия необходимо снизить или совсем исключить потери в пусковых реостатах. Это можно сделать с помощью импульсных регуляторов с дросселями в качестве накопителя электрической энергии. Схема импульсного регулятора постоянного тока представлена на рис 10.1.

Схема импульсного регулятора содержит дроссель L_ф и конденсатор С_ф для снижения помех, проникающих в контактную сеть при работе импульсного регулятора, коммутационный тиристор VS, дроссель насыщения L_н, тяговый двигатель М с обмоткой возбуждения ОВ и шунтирующий диод VD_ш.

В работе импульсного регулятора различают импульс и паузу. Во время импульса тиристор VS открыт, и ток из контактной сети проходит через катушку фильтра L_ф, через открытый тиристор VS, дроссель L_н, в котором запасается электромагнитная энергия , через тяговый двигатель М и возвращается в тяговую сеть через рельс. При этом в цепи протекает ток I_и.

Во время паузы, когда тиристор закрыт, ток в двигателе поддерживается за счет энергии, запасенной в дросселе L_н, при этом ток паузы I_п замыкается по цепи через шунтирующий диод VD_ш. Для каждого тягового двигателя применяется свой импульсный регулятор.

Рис. 10.1. Схема импульсного регулятора постоянного тока

Временная диаграмма работы импульсного регулятора представлена на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Временная диаграмма работы импульсного регулятора постоянного тока

Время импульса t _и и паузы t _п нельзя выбирать произвольно, потому что главным условием нормальной работы импульсного регулятора является непрерывность тока в двигателе для исключения рывков при движении ЭПС, а запас электромагнитной энергии в дросселе L_н ограничен.

Среднее значение напряжения на тяговом двигателе при импульсном регулировании можно определить по формуле:

, (10.1)

где T = t _и + t _п – период следования импульсов управления тиристором VS.

Среднее значение тока в тяговом двигателе:

. (10.2)

Индуктивность дросселя L_н выбирается из условия непрерывности тока в двигателе при заданном соотношении t _п.max/ Т.

Такой способ изменения напряжения и тока в тяговом двигателе называется модуляцией. В импульсных регуляторах способ изменения среднего напряжения в нагрузке различается по принципу формирования времени импульса и времени паузы. Различают частотно-импульсную модуляцию, когда длительность импульса постоянна, а изменяется время паузы t _п и период Т, и широтно-импульсную модуляцию, когда период Т неизменен, а изменяются время импульса и паузы.