статичний перетворювач
Статичний перетворювач - пристрій, призначений для перетворення роду струму, напруги і частоти в силових, допоміжних і низьковольтних ланцюгах управління і захисту на електрорухомому складі (ЕРС) і тягових підстанціях. в пристроях зв'язку і СЦБ. в депо і т. д. Статичний перетворювач не містить рухомих частин, складається з трансформатора (на змінному струмі), керованих і некерованих вентилів, апаратури управління, охолодження, захисту та сигналізації.
Класифікація перетворювачів
По виконуваних функцій виділяють випрямні перетворювачі. інверторні і випрямно-інверторні перетворювачі; за способом регулювання напруги - на імпульсні (постійного струму), імпульсно-фазові, зонно-фазові, частотні, частотно-імпульсні, широтно-імпульсні та ін.
Статичні перетворювачі можуть бути залежними від напруги живлення (для ЕРС змінного струму) та незалежними (для ЕРС постійного струму); виконуються з охолодженням природним і примусовим, повітряним і рідинним (масляним), а також термосифонним.
Конструктивно статичні перетворювачі можуть бути стаціонарними і пересувними, на ЕРС внутрікузовнимі (внутрівагоннимі) і підвагонними.
Статичні перетворювачі силових ланцюгів підстанцій і ЕРС виготовляють у вигляді шаф або панелей, в яких встановлюють вентилі. За схемою з'єднання вентилів розрізняють статичні перетворювачі 2, 4-плечові (мостові), 6, 8-, 10-плечові та інші з послідовно-паралельним включенням вентилів.
На ЕРС застосовують статичні перетворювачі в тяговому виконанні (див. Рис.) З електричними вентилями, виконані з урахуванням відповідних технічних умов. У малопотужних, низьковольтних статичних перетворювачах використовують вентилі загальнотехнічного виготовлення.
На залізниці поширені також напівпровідникові статичні перетворювачі, більш надійні в порівнянні з ртутними, що мають менші габаритні розміри і масу, більший термін служби, не токсичні при обслуговуванні та ремонті.
Статичні перетворювачі для ЕРС повинні забезпечувати:
працездатність ЕРС без обмежень потужності при виході з ладу одного з вентилів (в будь-якому плечі) і при пошкодженнях в ланцюгах управління; зручну і швидку заміну пошкоджених вентилів;
стійку роботу при зміні значення і форми напруги живлення в встановлених межах.
При роботі статичні перетворювачі відкриваються і закриваються відповідно до заданим алгоритмом управління, в результаті чого в навантаженні виникає струм в певні періоди часу. На ЕРС встановлюють один або кілька силових статичних перетворювачів, від кожного з яких живиться один або кілька тягових електродвигунів. Потужність таких статичних перетворювачів - до декількох тисяч кВт, робоча напруга - від одиниць до декількох тисяч В; сила струму - від одиниць до декількох тисяч А.
Удосконалення статичних перетворювачів можливо в напрямку поліпшення їх параметрів, зниження габаритних розмірів і маси, зменшення числа вентилів при забезпеченні тієї ж потужності, підвищення надійності, спрощення системи обслуговування і ремонту.
Історія розвитку та сфери застосування
Випрямляч на кремнієвих діодах з природним охолодженням на залізничній тягової підстанції
Першими на електричному транспорті набули поширення ртутні (ігнітрони) випрямлячі, що застосовувалися на тягових підстанціях для перетворення струму промислової частоти в постійний. Вони використовувалися також для харчування тягових двигунів на перших електровозах змінного струму. До 1960-х років ртутні випрямлячі залишалися єдиними апаратами, що мали масове поширення.
Ртутні випрямлячі мали ряд недоліків, головними з яких були великі габарити і небезпека виділення ртутної пари при пошкодженні корпусу апарату. У міру появи кремнієвих і германієвих вентилів ртутні випрямні установки були замінені напівпровідниковими. Напівпровідникові діодні випрямлячі досі широко застосовуються на тягових підстанціях постійного струму, електровозах змінного струму, тепловозах з передачею змінно-постійного струму.
З 1960-х років робилися спроби створення бестрансформаторних перетворювачів постійного струму і інверторів на основі тиристорів, але перетворювачі на їх основі мали низьку надійність, високу вартість і великі габарити, що стримувало їх масове застосування. Стримував їх поширення і низький технічний рівень більшості експлуатаційних підприємств. Окремі напівпровідникові прилади мали малу напругу пробою і номінальний струм, що призводило до необхідності застосування в силових перетворювачах збірок з великим числом приладів. Пропонувалися схеми ЕРС, в яких тиристорні перетворювачі тягового струму використовувалися спільно з контактними апаратами, а іноді і з реостатним регулюванням для зменшення числа ступенів і підвищення плавності регулювання, проте вони не набули масового застосування.
Основними областями застосування тиристорних перетворювачів були керовані випрямлячі на тягових підстанціях, де вимоги до масогабаритні характеристики менш жорсткі, а також перетворювачі власних потреб і регулятори поля тягових двигунів на рухомому складі, так як в цих ланцюгах комутовані струми порівняно малі.
З 1974 року серійно будувалися електровози ВЛ80 р. на яких тиристорний перетворювач використовувався не тільки для плавного регулювання струму тягових двигунів, а й був здатний працювати в режимі інвертора, забезпечуючи рекуперацію. На міському транспорті СРСР масове застосування тягових статичних перетворювачів на основі тиристорів почалося тільки з середини 80-х років.