1. Что и зачем будем выпрямлять?
В настоящий момент основную часть тепловозного парка составляют тепловозы с электрической передачей переменно - постоянного тока. Это тот случай, когда тяговый генератор переменного тока вырабатывает электричество для тяговых электродвигателей постоянного тока (2ТЭ116, ТЭП70 и т. д.).
Так сказать, связующим звеном между источником переменного тока и потребителем постоянного, является выпрямительная установка, преобразующая переменный ток в постоянный. Сегодня речь пойдет о выпрямительной установке УВКТ - 5.
2. УВКТ - 5. Назначение и устройство.
Выпрямительная установка представляет из себя шкаф, сваренный из стальных листов, имеющий смотровые люки с передней и задней сторон. Чтобы понимать специфику работы выпрямительной установки, необходимо понимать конструкцию тягового генератора переменного тока, которую мы обсуждали в прошлой статье*.
Статорная обмотка тягового генератора ГС-500 представляет из себя две трехфазных звезды. Первая звезда, выводы которой маркируются, как 1С1, 1С2, 1С3, подсоединена к выпрямительному трехфазному мосту, расположенному с передней стороны шкафа.
Вторая звезда статорной обмотки тягового генератора 2С1, 2С2, 2С3 подключена ко второму трехфазному выпрямительному мосту, установленному в шкафу с задней стороны. Шесть линейных и два нулевых провода подходят к ВУ через открытое дно шкафа.
Каждый выпрямительный мост состоит из шести плеч силовых диодов. На каждой фазе от тягового генератора висят по два плеча выпрямительной установки, каждое плечо включает в себя 20 диодов.
Рассуждаем: три фазы, на каждой фазе по два плеча, в каждом плече по 20 диодов, т. е. один мост состоит из 120 диодов (40 х 3). В шкафу два моста, значит, выпрямительная установка состоит из 240 силовых выпрямительных диодов.
Большие токи, проходящие через каждый диод, вызывают ощутимый нагрев, вынуждая каждый диод с определенным усилием вкручивать в радиатор, чтобы диод успевал отдавать тепло.
Диоды обоих выпрямительных мостов расположены радиаторами друг к другу на расстоянии 50 мм. Через образовавшийся проем вентилятор гонит поток охлаждающего воздуха со скоростью 10 м/с, и не дай бог ему сломаться, сразу сработает защита, отключая тяговый генератор от потребителей (сброс нагрузки).
3. Почему именно так? Прямой ток и обратное напряжение.
Каждое плечо выпрямительного моста состоит из 20 силовых выпрямительных диодов. Для того, чтобы использовать имеющиеся, так сказать, под рукой, наиболее близкие по параметрам диоды, учитывая, что на один тяговый двигатель ЭД - 118 поступает длительный ток 720 Ампер, а порой и максимальный, доходящий до 1100 Ампер, плечо выполнили из 10 параллельных ветвей. Тем самым мы уменьшим нагрузку на каждый диод, ведь по закону Кирхгофа сумма токов втекающих равна сумме токов вытекающих, а прямой ток, выдерживаемый одним диодом, составляет 200 Ампер.
Функция диода - пропускать тот полупериод, который является для него прямым, и закрываться, когда полупериод обратный.
В момент, когда возникает отрицательный полупериод и диод закрывается, создается обратное напряжение. Выдержать его могут два последовательно подключенных диода ВЛ200 - 8, каждый из которых относится к 8 классу полупроводниковых устройств. Устройства, относящиеся к 8 классу держат обратное напряжение 869 вольт. Именно с целью, выдержать обратное напряжение, в каждой из десяти параллельных ветвей выпрямительного плеча, включены по два последовательно соединенных диода.
4. В главной роли - диод ВЛ200 - 8
Расшифровываем аббревиатуру: вентиль лавинный, выдерживает 200 ампер прямого тока, относится к восьмому классу электронных устройств, способных держать обратное напряжение до 869 вольт. Лавинный - электронный прибор, сделанный из чистого кремния, отличающийся тем, что при перенапряжении ток распределяется по всей площади устройства, тем самым защищаясь от перегрева, и восстанавливает свои свойства после снятия перенапряжений.
Представьте себе короткий медный болт с шестигранной головкой под гаечный ключ с углублением в торце. В это углубление впаивается тонкая пластина из сверхчистого монокристаллического кремния, полученного с помощью специальных технологий.
С обеих сторон пластины припаиваются вольфрамовые диски, защищающие пластину от механических повреждений и выполняющие функцию электродов. Сверху завальцовывается кожух, защищающий выпрямительный элемент от внешних воздействий. Сквозь кожух проходит медный шунт, одним концом припаянный к верхнему электроду выпрямительного элемента, а другой конец шунта оканчивается стальным наконечником для подключения диода к электрической схеме выпрямительной установки.
Если кожух диода металлический, то медный шунт обязательно изолирован от кожуха проставкой из свинцовистого стекла.
Выпрямительный мост, расположенный с передней стороны шкафа, выпрямляет ток для трех тяговых электродвигателей передней тележки тепловоза, соответственно мост, расположенный с задней стороны ВУ, выпрямляет ток для трех тяговых электродвигателей задней тележки.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм-канале https://t.me/mihailsilko24 или в набирающем в последнее время популярность «Рутубе» https://rutube.ru/channel/22129608/.
Приглашаем посмотреть более 50-ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!