Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем коммутации и защиты от аварийных режимов в транспортном электрооборудовании с питанием от контактной сети постоянного тока 14
1.1. Существующие устройства бездугового расцепления и разгрузки контакторов 14
1.2. Анализ путей повышения эффективности аварийных быстродействующих выключателей постоянного тока 25
1.3. Существующие средства защиты от сетевых коммутационных высоковольтных импульсов 37
Выводы по главе с учетом приложений (П1, ГО, ПЗ) и постановка задач повышения эффективности высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры 42
Глава 2. Нетрадиционные схемотехнические и конструкторские решения в разработках перспективной защитно-коммутационной аппаратуры электропоездов 47
2.1. Разработка схем бездугового расцепления и устройств разгрузки контакторов 47
2.2. Разработка аварийного высоковольтного быстродействующего выключателя постоянного тока с активным форсирующим устройством 61
2.3. Разработка дугогасительных камер с повышенной эффективностью 70
2.4. Разработка дифференциального датчика постоянного тока на базе насыщаемого трансформатора в цепи резонансного контура 83
2.5. Системы непрерывного контроля изоляции 85
2.6. Разработка конвертора с высоковольтным питанием для нужд защитно-коммутационной аппаратуры 95
2.7. Разработка блока защиты от сетевых высоковольтных импульсов на базе силового реактора, варисторно-тиристорного столба и фильтрового конденсатора с блокирующим диодом 105
Выводы по главе 2 107
Глава 3. Расчетно-аналитическое и компьютерное моделирование - адекватное задачам повышения эффективности аппаратуры 111
3.1. Расчетно-аналитическое моделирование и итоговый критерий эффективности дугогашения в контакторах и быстродействующих выключателях постоянного тока 111
3.2. Расчетно-аналитическое моделирование быстродействующего выключателя с активным форсирующим устройством 116
3.3. Моделирование вторичных источников импульсного питания с демпфирующими преобразователями 119
3.4. Расчетно-аналитическое моделирование дифференциального датчика постоянного тока 141
3.5. Аналитическое и компьютерное моделирование схем бездугового расцепления 146 .
Выводы по главе 3 155
Глава 4. Экспериментальные исследования, опыт внедрения и рекомендации по проектированию 157
4.1. Полунатурные испытания форсирующих устройств для быстродействующего выключателя и рекомендации по проектированию 157
4.2. Полунатурные испытания дугогасительных камер с повышенной эффективностью и рекомендации по проектированию 165
4.3. Стендовые испытания устройств бездугового расцепления и разгрузки контакторов и рекомендации по проектированию 174
4.4. Блоки ранней диагностики 177
Выводы по главе 4 178
Заключение 180
- Существующие устройства бездугового расцепления и разгрузки контакторов
- Разработка схем бездугового расцепления и устройств разгрузки контакторов
- Расчетно-аналитическое моделирование и итоговый критерий эффективности дугогашения в контакторах и быстродействующих выключателях постоянного тока
- Полунатурные испытания форсирующих устройств для быстродействующего выключателя и рекомендации по проектированию
Введение к работе
Актуальность темы.
Непрерывный рост потребляемой мощности транспортных электроэнергетических комплексов (ТЭК) сопровождается повышением уровня питающего напряжения. Так например, в электрооборудовании городского сетевого наземного транспорта, а также перспективных аэрокосмических летательных аппаратов используются уровни первичного питающего постоянного напряжения от 500 до 750 В и выше. На российских железных дорогах широко используется контактная сеть постоянного тока с номинальным напряжением 3±1 кВ.
Повышение уровня питающего постоянного напряжения и потребляемой мощности ТЭК, в свою очередь, требует создания надежной и технически совершенной высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры постоянного тока, как правило, с дугогасительными камерами (для рассеивания индуктивной энергии).
В качестве наиболее характерного и универсального примера указанной аппаратуры может быть рассмотрена высоковольтная защитно-коммутационная аппаратура электропоездов постоянного тока, включающая в себя: аварийные быстродействующий выключатель (БВ на токи 250 А, 400 А и выше) и быстродействующий контактор защиты (БКЗ на токи 160 А и 220 А); силовые электропневматические контакторы (на токи 250 А и 400 А);: электромагнитные контакторы для вспомогательных цепей (МК и КО на токи 160 А и 250 А); униполярные вилитовые разрядники (Р) для защиты от перенапряжений (с импульсным пробивным напряжением 12,5 кВ и 8 кВ и с импульсной мощностью 36 МВт и 3 МВт); плавкие предохранители (ПР) с кварцево-песочным наполнением (на токи 20 А и 32 А); - безыскровые контакторы силовых реостатных контроллеров, реверсор-ных и др. переключателей.
Перечисленная аппаратура является основой системы обеспечения надежности и пожаробезопасности всего электрооборудования электропоезда. Действительно, при отказе (невыключении), например БВ или ПР во время попытки отключения аварийной цепи (при частичном коротком замыкании, перегрузке или утечке изоляции) единственным средством ликвидации аварии остается автомат защиты сети на питающей подстанции. Однако весьма вероятна опаснейшая ситуация, когда аварийный ток в сумме со всеми сетевыми нагрузками не превышает уровня уставки сетевого автомата защиты, что неминуемо приведет к сильнейшей пожароопасной аварии на электропоезде. В этом случае остается надеяться либо на растянутое во времени отсоединение контактного токоприемника, либо на самопроизвольное перерастание аварии в глухое КЗ и выключение сетевого автомата защиты. К другим опасным ситуациям можно отнести непогашение дуги в дугогасительной камере выключаемого в штатном режиме контактора. При этом, естественно, ток дуги может не превышать тока уставки БВ или БКЗ. Эта ситуация чревата пожаром в районе контактора и непредсказуемыми последствиями внештатного невыключения цепи.
Вышеуказанные примеры наглядно демонстрируют важность и постоянную актуальность проблемы повышения эффективности защитно-коммутационной аппаратуры.
В настоящее время проектированием и разработкой высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры для ТЭК занимаются многие известные организации и фирмы, в частности: ВЭИ (г.Москва), МЭИ (г.Москва), ВНИИЖТ МПС РФ (г.Москва), ВНИИЭ (г.Москва), МИИТ (г.Москва), Sech-eron (Швейцария), Westinghouse Electric Corp. (США), Siemens (Германия), Ansaldo Transporti (Италия) и др. Этой проблеме посвящены научные труды известных ученых, таких как Баталов Н.М., Петров Б.П., Мацнев В.Д., Чунихин А.А., Алиевский Б.Л., Мустафа Г.М., Ильинский А.Д., Розанов Ю.К., Машуков Е.В., Резников СБ. и др.
Однако, несмотря на значительное число публикаций и выполненных работ эффективность высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры транспортных электротехнических комплексов, как на летательных аппаратах с первичной системой электроснабжения постоянного повышенного напряжения, так и на железнодорожном и городском транспорте с высоковольтной контактной сетью, до сих пор не может считаться удовлетворительной. Это связано со сложностью дугогашения в контакторах при больших токах и высоком напряжении, с недостаточным вниманием к проблеме раннего распознавания аварийных ситуаций, отсутствием принципиально новых эффективных решений в схемах защиты и ограничений, а также плохой совместимостью полупроводниковых приборов с сильноточными высоковольтными цепями, особенно при наличии высоковольтных коммутационных импульсов.
В связи с вышеизложенным теоретическое и экспериментальное исследование существующих и разработка принципиально новых средств повышения эффективности высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры ТЭК, предложение схемотехнических и конструкторских рекомендаций, их практическое апробирование и опытно-промышленное освоение в новых ТЭК является актуальной научно-технической задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение и способствующей созданию перспективных ТЭК нового поколения.
Предприятие ЗАО «Спецремонт» ФПО «Новые транспортные технологии» с 1996 года, при участии автора совместно с Московским авиационным институтом (Государственным техническим университетом) проводит работы по модернизации высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры электропоездов постоянного тока. Данная диссертация систематизирует и обобщает результаты проделанной автором работы по вышеуказанной проблеме, проводившейся по заказу Министерства путей сообщения РФ.
Цель диссертационной работы — разработка новых нетрадиционных мер и средств повышения эффективности высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры для транспортных электроэнергосистем постоянного тока.
Исходя из указанной цели, понадобилось решить следующие задачи:
Существующие устройства бездугового расцепления и разгрузки контакторов
Выключения линейных контакторов (ЛК) или быстродействующего выключателя (БВ), являющегося автоматом защиты при больших токах и отсутствии обратных диодов, шунтирующих обмотки возбуждения и индуктивные шунты, сопровождаются рассеянием в контакторных дугогасительных камерах дополнительной энергии, запасенной в указанных индуктивных цепях, а также энергии, отдаваемой сетью за время гашения дуги. Традиционно считается, что в электропоезде ЭР2Т указанный недостаток частично устранен за счет диодно-тиристорной цепи, охватывающей обмотки возбуждения (с ИШ) вместе с якорными обмотками; однако при этом напряжение якорей вычитается из величины противонапряжения дугогасительной цепи, увеличивая тем самым время дуго-гашения и снижая, соответственно, его эффективность по сравнению со случаем непосредственного диодного шунтирования индуктивных цепей.
Включение обмоток возбуждения в минусовую цепь исключает при пробое на землю в цепи якорей двигателей сдерживание ими нарастания сетевых токов короткого замыкания, что при собственном времени срабатывания (размыкания контактов) БВ порядка tco6cm » 4 - бмс вызывает существенное нарастание тока
Указанные сверхтоки не только затрудняют дугогашение и снижают срок службы БВ, но и могут привести к сгоранию щеточно-коллекторных узлов электродвигателей.
К положительным эффектам включения обмоток возбуждения в минусовую цепь можно отнести сдерживание скорости нарастания обратного якорного тока КЗ при пробое на землю плюсовой цепи якорей электродвигателей и более благоприятное для двигателей распределение импульсных коммутационных перенапряжений между обмотками возбуждения и якорными обмотками с плохими условиями для изоляции.
Таким образом, представляется целесообразной модернизация тяговых схем электропоездов ЭР2, ЭР2Т, ЭР2Р и им подобных с целью максимальной разгрузки всех контакторов с дугогашением и возможного обеспечения бездугового расцепления некоторых из них, в частности - мостового (М) в схеме ЭР2 и быстродействующего контактора защиты (КЗ) в схеме ЭР2Т.
Проблема ослабления энергии межконтактной дуги при больших токах коммутации и высоком напряжении существует давно. Эта проблема особенно актуальна для электрического подвижного железнодорожного состава, имеющего большое количество механических коммутационных устройств, работающих на индуктивную нагрузку при наличии предвключенной индуктивности питающей сети. Система дугогашения высоковольтных контакторов не обеспечивает полной защиты их контактов и дугогасительных камер от активного воздействия электрической дуги. Влияние повышенной влажности (особенно в весенне-осенний периоды года) также снижает эффективность системы дугогашения контакторов, что усугубляет разрушительное действие электрической дуги.
Номенклатура российских поездов пригородного сообщения постоянного тока, используемых в настоящее время, включает в себя поезда типа ЭР2, ЭР2Р, ЭР2Т, разработанные в 60-80-ых годах. Контакторное оборудование тяговых схем этих поездов в основном однотипное и практически не менялось. Условия эксплуатации высоковольтного подвагонного оборудования тяжелые, что во многом связано с климатическими условиями. Наличие больших индук-тивностей в тяговой схеме, недостаточная герметизация подвагонных ящиков с высоковольтными контакторами, наличие повышенной влажности, а также нарушение правил эксплуатации контакторов снижают надежность их работы. Как правило, это связано с ухудшением физических свойств дугогасительных камер. Наличие копоти и переувлажнения ведет к снижению сопротивления изоляции камеры, что при высоких напряжениях питания (2200-4000 В) и больших токах коммутации (200-450 А) приводит к ухудшению эффективности дугогашения, в результате чего контактор быстро выходит из строя. Этим объясняется стремление облегчить работу силовых контактов высоковольтного контактора за счет специальных устройств или комплексных мер, направленных на снижение энергии дуги.
Частично эту проблему решают за счет введения в контактор дополнительных дугогасительных контактов, берущих на себя основную нагрузку воздействия дуги при выключении. Энергия дуги при этом не уменьшается. Дугогаси-тельные контакты служат недолго, но спасают от быстрого разрушения главные контакты.
Новые возможности появились с развитием полупроводниковой силовой электроники. На электропоездах ЭР2Р и ЭР2Т впервые была применена диод-но-тиристорная цепь, охватывающая тяговую схему, что частично снизило энергию дуги в линейном контакторе при малых скоростях (малых ЭДС двигателей).
Вариант реализации устройства разгрузки контакторов (УРК) с применением диодно-тиристорных модулей, по типу устройства для ЭР2Т (рис. 1.1.2), не обеспечивает устранения дуги при размыкании силовых контактов, однако в некоторых случаях снижает ее энергию, тем самым увеличивает надежность работы и срок службы контакторов. Схема отличается простотой, надежностью работы и невысокой стоимостью. Ее основное назначение - разгрузить быстродействующий выключатель (БВ) при аварийной перегрузке (при больших токах) и разгрузить линейный контактор (ЛК) при выключении на малой скорости (при малой ЭДС двигателей). В остальных случаях шунтирующие диоды либо заперты с помощью ЭДС двигателей, либо отпираются только после рассеяния основной энергии индуктивных цепей в дуговом промежутке.
Однако эффективность такой схемы может быть в несколько раз выше, если цепи шунтирования обмоток возбуждения и индуктивных шунтов будут отдельными и не будут охватывать якорные обмотки электродвигателей, обеспечивающих нейтрализацию питающей ЭДС подстанции с помощью противо-ЭДС двигателей, а следовательно - многократное снижение энергии дуги.
Анализ осциллограмм процессов дугогашения в линейном контакторе показывает приближенно линейный характер нарастания напряжения и спадания тока дуги.
Разработка схем бездугового расцепления и устройств разгрузки контакторов
В исходном состоянии отсутствуют входные и выходные сигналы командного устройства 5, то есть его триггеры 31, 32, 33, 34 находятся в «нулевом» состоянии, соответственно выключены контакторы 1,2 и электронные ключи 16, 17.
Для перехода на рабочий режим питания нагрузки в командном устройстве 5 включается кнопка 37, через которую от вспомогательного источника питания (например, +5В, на чертежах не показан) на формирователь 25 подается сигнал, с выхода которого поступает на триггер 32 (переводя его из «нулевого» в «единичное» состояние), и далее поступает с выхода 4 командного устройства 5 на управляющий вход контактора 2, после чего замыкаются его силовые контакты. Далее через заданное время, определяемое линией 35 задержки, сигнал с выхода формирователя 25 через линию 35 задержки и через триггер 31(переводя его из «нулевого» в «единичное» состояние) проходит на выход 3 командного устройства 5, включая затем контактор 1 (обеспечивая замыкание его силовых контактов). После этого через время, определяемое линией 36 задержки, сигнал с выхода линии 35 задержки через триггер 33 (переводя его из «нулевого» в «единичное» состояние) проходит на выход 6 командного устройства 5, включая затем электронный ключ 16. Выход 7 командного устройства 5 остается в «нулевом» состоянии, так как на вход установки «1» (вход S) соответствующего триггера 34 сигнал не был подан.
В результате описанных действий обеспечивается подача питания от шины 22 источника питания на зажим 24 нагрузки, то есть режим питания нагрузки обеспечен. В этом режиме оба контактора 1 и 2 остаются замкнутыми, электронный ключ 16 включен, а электронный ключ 17 выключен, что обеспечивается сохранением соответствующих сигналов на выходах 3, 4, 6, 7 командного устройства 5. При этом конденсатор 20 заряжен до напряжения, близкого к напряжению источника питания. В первом варианте устройства заряд конденсатора 20 производится по цепи от шины 22 источника питания через контактор 2, резистор 14 и резистор 15 к шине 21 источника питания. Во втором варианте устройства заряд конденсатора 20 производится по цепи от шины 22 источника питания через контактор 2, резистор 14, диод 13 к шине 21 источника питания.
Переход на режим выключения питания нагрузки производится по сигналам с выходов командного устройства 5 либо после включения кнопки 38 командного устройства, либо по сигналу датчика 11 тока (например, датчика Холла). В обоих случаях командное устройство 5 обеспечивает перевод в «нулевое» состояние триггеров 31, 33 и в «единичное» состояние триггера 34. Это достигается подачей сигнала либо от вспомогательного источника питания через кнопку 38 на формирователь 26 и далее через элемент ИЛИ 27 на входы установки «О» (входы R) триггеров 31, 33 и на вход установки «1» (вход S) триггера 34 либо (в случае срабатывания датчика 11 тока) через управляющий вход 9 на компаратор 28 и далее через элемент ИЛИ 27 и так далее, как описано выше. В результате этих действий через выходы 3, 6 и 7 одновременно подаются сигналы на выключение первого электронного ключа 16, выключение первого контактора 1 и на включение второго электронного ключа 17, соответственно.
Первым по времени включается электронный ключ 17, вслед за которым выключается электронный ключ 16. Ток источника питания переключается из цепи контактора 1 в цепь контактора 2. Величина резистора 14 выбрана такой, что при наибольшем выключаемом токе нагрузки (например, токе короткого замыкания) напряжение на резисторе 14, а, следовательно, и на запертом электронном ключе 16, равно максимальному напряжению источника питания, которое и является рабочим напряжением электронного ключа 16. После этого ток от источника питания либо снижается, либо остается прежним.
Далее с некоторой задержкой, определяемой временем выключения контактора 1, размыкаются его контакты. После этого снижается напряжение на делителе датчика 10 напряжения и соответствующий сигнал от него через управляющий вход 8 подается на компаратор 29, по сигналу, с выхода которого триггер 34 переводится в «нулевое» состояние, что обеспечивает выключение электронного ключа 17. Ток источника питания продолжает или начинает снижаться до нуля, при этом продолжается дозаряд конденсатора 20 по цепи от шины 22 источника питания через контактор 2, резистор 14, диод 13 к зажиму 24 нагрузки (по первому варианту устройства) или по цепи от шины 22 источника питания через контактор 2, резистор 14, диод 13 к шине 21 источника питания (по второму варианту устройства). При этом перенапряжение на электронном ключе 17 определяется величиной энергии, запасенной в индуктивно сти цепи источника питания, и величинами сопротивления резистора 14 и емкости конденсатора 20. Ток, запасенный в индуктивности нагрузки, замыкается через диод 12.
Для повышения надежности устройства оба электронных ключа 16, 17 могут быть зашунтированы соответствующими нелинейными резисторами 18, 19 (варисторами). Работа этих нелинейных резисторов состоит в том, что их сопротивление уменьшается при повышении напряжения на их выводах (то есть на силовых выводах электронных ключей 16, 17), благодаря чему обеспечивается ограничение напряжения на этих ключах, то есть, снижается опасность перенапряжения на них.
После спадания до нуля тока источника питания по сигналу от датчика 11 тока срабатывает компаратор 30, который устанавливает триггер 32 в «нулевое» состояние, обеспечивая на выходе 4 командного устройства 5 сигнал выключения контактора 2, в результате чего достигается гальваническая развязка источника питания с нагрузкой и элементами выключателя.
Как видно из описания процесса выключения, все четыре триггера 31, 32, 33, 34 оказываются переведенными в «нулевое» состояние, то есть выключатель в целом и его командное устройство 5 в частности переведены в исходное состояние.
Применение вышеописанных схем СБР вместо линейных силовых контакторов было бы неоправданным из-за недостатков, перечисленных в разделе 1.1 (кроме последнего, т.к. энергоемкость варисторов в данной схеме относительно невелика). Поэтому, такая схема СБР рекомендуется для замены быстродействующего электромагнитного выключателя, используемого в качестве контактора защиты (КЗ) в тяговой схеме электропоездов ЭР2Т, ЭР2Р, работающих в режиме торможения.
Расчетно-аналитическое моделирование и итоговый критерий эффективности дугогашения в контакторах и быстродействующих выключателях постоянного тока
. На основе анализа существующих решений разработаны три схемы бездугового расцепления в частности - для высоковольтных цепей тягового электропривода постоянного тока. Первая схема представляет собой высоковольтный диодный столб, один из диодов которого включен последовательно с мостовым контактором, а группа остальных - параллельно ему. Она предназначена для электропоездов ЭР2 и «Спутник» с последовательно-параллельным перключением тяговых двигателей и способна освободить мостовой контактор от дугогасительной камеры.
Вторая схема является комбинацией двух контакторов (силового и вспомогательного) с двумя тиристорами (силовым и вспомогательным) и R-C-цепи. Она способна освободить быстродействующий контактор защиты от дугогасительной камеры и предназначена для электропоездов ЭР2Р, ЭР2Т с электроторможением. Третья схема построена на базе активного емкостного делителя с плавающими потенциалами и предназначена для систем электроснабжения постоянного повышенного напряжения. Схемы защищены приоритетом РФ.
Проведено компьютерное моделирование схем, позволившее оптимизировать параметры узлов. Разработки позволяют в несколько раз увеличить срок службы указанных контакторов, снизить их громоздкость, повысить их надежность и снизить эксплуатационно-ремонтные расходы. 2. Предложено применение устройств разгрузки контакторов (УРК) в виде тиристорно-диодных высоковольтных столбов, шунтирующих индуктивные цепи обмоток возбуждения и якорных, а также разделительных (блокировочных) силовых диодов для защиты от обратных сверхтоков при пробое на корпус. Устройства позволяют существенно увеличить срок службы линейных, переключающих, шунтовых контакторов и аварийного быстродействующего выключателя, повысить их надежность и снизить эксплуатационно-ремонтные расходы. 3. На основе анализа известных прогрессивных решений для схем пассивных форсирующих устройств разработана и запатентована в РФ оригинальная схема активного форсирующего устройства (АФУ) для аварийного высоковольтного быстродействующего выключателя (БВ). Оно содержит два высоковольтных емкостных накопителя с общим зарядным преобразователем, две цепи разрядки на размагничивающую и дугогасительную катушки БВ, соответственно, по сигналу пороговых датчиков аварийных состояний блока ранней диагностики (БРД), а также короткозамкнутый отбрасывающий якорный экран. Его применение позволяет не только существенно снизить время отключения короткого замыкания (КЗ) и перегрузки, а главное - предотвратить пожары и КЗ по сигналу об утечке тока в изоляции. Кроме того, обеспечивается реверсивность БВ, т.е. использование его также в режиме рекуперативного торможения. Разработанные схемы защищены патентами РФ и могут быть рекомендованы для БВ существующих и перспективных тяговых схем электропоездов и электровозов. 4. На базе проведенных аЕїтором теоретических и экспериментальных исследований различных способов повышения эффективности двухщелевой дуго-гасительной камеры высоковольтного БВ типа БВП-105ТС были предложены оригинальные технические решения: применение профилированных рабочих деионных решеток в зоне дугового потока, применение керамических подпятников в стенках камер по концам роговых электродов, внешних дублирующих и стабилизаторных тин. Это позволяет существенно повысить предельную и снизить критическую (минимальную) коммутационную способность БВ, повысить износостойкость камер и продлить их срок службы. Предложения защищены патентами с приоритетом РФ. 5. Разработан нетрадиционный пороговый дифференциальный датчик постоянного тока на базе насыщаемого трансформатора в цепи резонансного контура для применения в составе блока ранней диагностики в цепи управления АФУ БВ. Стендовые испытания датчика показали его высокую эффективность по чувствительности (1-2%), быстродействию (0,1-0,2 мс), стабильности (в диапазоне температур от -40 до +70 С) и помехоустойчивости. 6. Предложены два способа непрерывного контроля изоляции. Первый способ основан на регулярном поочередном известном заземлении питающих проводов через высокоомную измерительную цепь. При этом вместо заземления на корпус применено «квазизаземление» на специально введенный защитный провод, позволяющий использовать дифференциальный датчик тока и существенно повысить чувствительность контроля. Второй способ основан на непрерывном высокочастотном зондировании изоляции с одновременными локальными измерениями токов утечки в центральных и периферийных цепях. Он позволяет реализовать не только централизованную, но и селективную защиту. Оба способа взаимно дополняют друг друга и рекомендуются к совместному применению для повышения степени достоверности информации об утечках тока в диагностических системах управления защитно-коммутационной аппаратурой. 7. Предложены две последовательно-модульные закольцованные структуры понижающих трансформаторных конверторов с высоковольтным питанием, предназначенных для стабилизированного питания цепей управления защитно-коммутационной и диагностической аппаратуры с исключением высоковольтных «забросов» в низковольтную бортовую сеть, для зарядки аккумуляторной батареи (резервный канал), зарядки емкостных накопителей АФУ БВ и для гальванической развязки киловольтметра на пульте машиниста. В структурах использовано активное, но неуправляемое самовыравнивание напряжений секций входного конденсаторного делителя, позволяющее применить относительно низковольтные транзисторы, а главное - исключить цепи управления с обратными и синхронизирующими связями, находящиеся под высокими осциллирующими потенциалами, т.е. максимально обеспечить надежность конвертора в условиях высокой влажности и слабой помехозащиты. Вторая структура рассчитана на меньшую мощность, но имеет один трансформатор. Структуры защищены приоритетом РФ. 8. Разработана нетрадиционная схема простого нерегулируемого трансформаторного конвертора на базе двух однотактных однотранзисторных инверторов тока со средней точкой в балластном дросселе. Схема исключает так называемые «сквозные токи» и насыщение трансформатора, обеспечивает высокую надежность, высокий КПД и хорошие массогабаритные характеристики. Она предназначена для реализации модулей в описанной структуре конверторов с высоковольтным питанием, однако может иметь и самостоятельное применение, например для питания газоразрядных ламп.
Полунатурные испытания форсирующих устройств для быстродействующего выключателя и рекомендации по проектированию
Сущность модернизации заключается в том, что размещение торцов пластин деионнои решетки дугогасительнои камеры непосредственно в рабочей зоне дугового потока не только ускоряет процесс вытягивания дуги (создает «присасывающий» эффект), но и стабилизирует высокий градиент напряжения без ухудшений аэродинамики.
На рис.4.2.3 представлена упрощенная конструкция одной щели предложенной дугогасительнои камеры.
Дугогасительная камера содержит внутри каждой щели анодный 1 и катодный 2 дугогасительные рога, деионные металлические пластины 3, а также изоляционные стенки 4 камеры. Пластины установлены в один ряд, параллельный выхлопному торцу щели. Края пластин, обращенные в сторону рогов, расположены непосредственно в зоне дугового потока (показан пунктиром) и образуют с его положительным направлением тупой угол. Каждый дугогаситель-ный рог выполнен с развитой 2 рабочей поверхностью 5 концевой части, обращенной к пластинам, причем со скругленными краями, например, с цилиндрической поверхностью с эллиптическим сечением, большая ось которого параллельна ряду пластин. Рабочая поверхность концевой части рога может быть выполнена из жаропрочного электропроводящего материала.
Возникающая в щели камеры между рогами дуга с помощью дутья, например, магнитного, испытывает поперечное движение, перемещаясь из узкого межрогового промежутка в широкий - между концевыми частями рогов, обращенными к пластинам. Далее происходит ускоренное вытягивание дуги и «присасывание» дугового потока к краям пластин, чем исключаются поперечные колебания потока и тем самым стабилизируется градиент напряжения дуги, исключая повторные пробои в зоне узкого межрогового промежутка. При этом загнутость пластин (тупой угол между плоскостью края пластины и положи 168 тельным направлением дугового потока) снижает турбулентность потока и аэродинамическое сопротивление, что исключает повторные пробои в узкой зоне между рогами. В свою очередь повышение эффективности дугогашения, т.е. повышение коммутационной способности, снижает износ и загрязнение камеры, повышая ее срок службы. 1,2 - анодный и катодный дугогасительные рога; 3 - деионные металлические пластины; 4 - изоляционные стенки камеры; 5 -рабочие поверхности концевых частей рогов. Выполнение катодного дугогасительного рога с развитой рабочей поверхностью, выполненной из жаропрочного материала, не только повышает и стабилизирует процесс «присасывания» дуги к пластинам, но и снижает износ концевой части рога и примыкающей к ней зоны изоляционных стенок щели. Применение рабочих деионных решеток предполагает два рациональных варианта конструкции: - с укороченной рабочей зоной камеры; - с удлиненными рабочими плоскостями пластин деионной решетки (см. рис.4.2.4 и 4.2.5). Следует заметить, что загиб рабочих концов пластин (см. рис.4.2.3) в сторону аэродинамического дугового потока (в сторону катодного электрода) желателен с точки зрения аэродинамической эффективности, но крайне неудобен с точки зрения унификации камер и мест их установки. На рис.4.2.6 а), б), в) приведены осциллограммы сравнительных испытаний стандартной и модернизированных камер с рабочими деионными решетками.
