Parovoz.COM

Проблема повреждения тиристоров в преобразователях электровозов ВЛ80В-1129 и 1130 появилась сразу, как только на наладочных испытаниях стали выходить на скорости выше примерно 25-30 км/ч. Т.е. когда напряжение на входе и выходе преобразователя было уже достаточно большим чтобы повредить тиристор.

Борьба с этой проблемой с самого начала пошла, строго говоря, по «ложному руслу».
Подумали, что эти повреждения связаны с уже известными науке перенапряжениями при включении последовательных тиристоров плеча.

Включение последовательных тиристоров в плече тоже происходит не абсолютно синхронно. На доли микросекунды какой-то из тиристоров может опаздывать. И тогда все напряжение прикладывается к нему с соответствующим результатом.

Но эти перенапряжения очень коротки. И с ними обычно боролись подключением к каждому тиристору небольшой RC-цепи. Такие цепи способны «заглотить» короткое перенапряжение в несколько микросекунд и защитить тиристор. Но их «энергоемкости» оказалось мало. Повреждения продолжались. А мощные RC-цепи в преобразователь на каждый тиристор не засунешь.

Следующим этапом подумали, что тиристоры горят не от перенапряжений, а от слишком высокой скорости нарастания тока при включениях тиристоров. Предположительно из-за неких высокочастотных резонансов, вызванных паразитными емкостями и индуктивностями цепей. Для борьбы с этим перед каждым плечом в цепь вставили дроссель насыщения. Это было тоже уже известное типовое средство. Но и оно тоже не помогло. Проблема оказалась не в этом.

Тогда пошли еще более радикальным путем. Параллельно каждому тиристору включили цепь из двух встречно включенных лавинных диода ВЛ200 12 класса.
По сути, установили мощный двухсторонний стабилитрон на каждый тиристор.

После этого тиристоры гореть тут же перестали, но начали гореть эти самые лавинные диоды. Реже, чем раньше горели тиристоры. Но, все таки, довольно часто. Из каждой опытной поездки «привозили» несколько пробитых диодов. Т.е. и это средство фактически не помогло. Хотя эта мера, все-таки, помогла провести пробег в 5000 км и тягового-энергетические испытания электровоза.

Стало ясно, что с этой проблемой нужно разбираться гораздо серьезнее. Именно в этот момент Минэлектротехпром и остановил все работы в этом направлении.
По настоянию ВНИИЖТа МПС выкупил у НЭВЗа электровоз ВЛ80В-1129 за 1 млн рублей. И дальнейшие исследования по решению проблемы проходили уже во ВНИИЖТе.

Хотя основную творческую нугрузку в этой работе взяли на себя 4 молодых но уже квалифицированных специалиста из ВЭлНИИ, которые поступили в очную аспирантуру ВНИИЖТа и получили таким образом возможность продолжить исследовательскую работу. Эти ребята были как раз из того отдела ВЭлНИИ, который был расформирован по решению Минэлектротехпрома.

Продолжение следует.

Для того, чтобы выяснить истинные причины проблемы команде во ВНИИЖТе пришлось потрудиться примерно 3 года. И даже в этот период времени далеко не сразу стало ясно, в чем дело.

В конечном счете, стало очевидно, что нужна глубокая переработка электронной системы управления с введением в нее алгоритма отслеживания потенциальных условий на тиристорах. Если они отрицательны, то и импульс управлении подавать не зачем. Все равно ток не потечет. А как только потенциальные условия появились, тут-то как раз и нужно сразу тиристоры включать.

Но такую систему оказалось сделать не так просто.
Во-первых, существовавшие на электровозе кассеты с электроникой не позволяли все это ввести и были уже изрядно потрепаны наладочными работами. И пришлось всю систему перерабатывать заново.

Во-вторых, чтобы отслеживать потенциальные условия нужна система датчиков напряжения и тока довольно высокой точности. Популярных теперь ЛЕМовских датчиков тогда не было. Пришлось все придумывать из «подручных» средств. И на это ушло еще пару лет.

В итоге, когда сделали новую систему управления со слежением за потенциальными условиями, все старые усовершенствования с преобразователей сняли. И RC-цепи, и дросселя насыщения, и лавинные диоды. И все получилось. И в 1988 году ВЛ80В-1129 обновленный в свежей голубой окраске вполне успешно прошел свой второй пробег 5000 км на Северо-Кавказской ж.д. без повреждений тиристоров.

Скажу честно, нашей радости не было предела. Будущее представлялось весьма праздничным, и мы начали «политическую» борьбу за то, чтобы идея вентильного двигателя возродилось вновь в полную силу. МПС действительно стало поворачиваться к этому направлению лицом. Серьезно помог в этом плане «политически» опыт Альстома, который за это время взялся и сделал электровозы и поезд TGV с вентильными двигателями.

И первой идеей, за проработку которой мы активно взялись (я об этом не писал в прежнем историческом обзоре), это чтобы модернизировать ВЛ80В-1129 и 1130 с учетом проведенной работы в заводских условиях ( а не на ВНИИЖТовских коленках) и выдать их в эксплуатацию.
Было составлено ТЗ. Договор на эту работу должен был с МПС заключать НЭВЗ. МПС выразило готовность финансировать эту работу, но держа в памяти прежние события, стало настаивать на том, чтобы в договоре на эту работу было записано условие: если опять будет неудача, НЭВЗ вернет МПС все затраченные средства. НЭВЗ категорически на это не согласился. И эта работа не состоялась. На этом перспектива для ВЛ80В-1129 и 1130 была окончательна закрыта. Это было примерно в 1989-1990 годах.

Потом были идеи сделать с вентильными двигателями пассажирский электровоз переменного тока на базе ТЭП70, грузовой электровоз ВЛ87. Но они так и остались на бумаге. Однако идею, все-таки, удалось «запрячь» в проект ЭП200. Уверенность в успехе была полная. Но результат оказался «по форме» на удивление похож на «приключения» ВЛ80В-1129 и 1130. Говорю – по форме – потому что проблемы там уже были другие. Но причины были те же. Заложили много чего нового. Торопились. Стендов не делали. Ничего проверить не успели. Все опять пошло на электровоз с листа…………

Очень поучительная история.
На сколько я знаю, похожих историй было довольно много в СССР.
Окрыленные идеями люди брались за работу. Очень хотели и спешили победить.
Не во всех деталях разбирались вовремя. В итоге терпели поражение.
И сказать, кто более был в этом виноват, люди или система, вроде бы сложно.
Однако, система всегда тоже ведь состоит из людей…

Вот так!
А теперь на недельку схожу в отпуск…

Узнал по случаю некоторые особенности сборки синхронных двигателей на постоянных магнитах.
Та еще штучка.
Магнитные элементы из редкоземельных металлов вставляют в пазы в роторе, но не на поверхности, а в теле.
Перед этим эти элементы намагничивают.
И после этого с ними нужно манипулировать аккуратно, потому что сила их притяжения друг к другу настолько высока, что при неосторожности можно вполне остаться без пальцев.
Хотя на производстве есть много технологий, где можно остаться без пальцев.)))
Эти элементы, естественно, сильно примагничиваютя и к телу ротора.
Так что без специальной технологии и оснастки сборка ротора - затея бесполезная.
Ну и далее - установка собранного ротора в статор.
Нужна идеальная центровка осей статора и ротора в этот момент.
Иначе нарушается магнитный балланс системы и возникает огромная радиальная сила.
Даже на компактном двигателе мощностью 500 кВт при смещении оси ротора на 1 мм от оси статора такая радиальная сила может достигать примерно одной тонны.
Все эти задачки конечно, технологически, решаемые, а проблемки очевидные.
Но, все-таки, любопытно было это узнать.

А как там решают проблему изоляции?

Решение только одно - делать изоляцию как можно надежнее.
Ну а если все-таки пробило, то ничем не поможешь.
Только эвакуация поезда тихим ходом.

Товарищи, просветите, пожалуйста, про устройство 4Q-s выпрямителей или хоть посоветуйте литературу на эту тему. Не откажусь от ссылки на англоязычную литературу. Особенно интересует вопрос поддержания постоянства коэф. мощности.

Уважаемый Сергей Владимирович, в продолжении разговора про ТЭДы с постоянными магнитами - а никогда ни у кого не возникало идеи использовать коллекторный двигатель с постоянными магнитами на статоре в качестве тягового?

Сам я про такое не слышал.
Хотя технически, думаю, это возможно.
Но нужно иметь в виду, что это получится двигатель с постоянным нерегулируемым возбуждением.
А значит с жесткими тяговыми характеристиками со всеми их плюсами и минусами.
В том числе это означает, что для таких двигателей нужно будет делать индивидуальное регулирование напряжения, чтобы выравнивать тяговые нагрузки.
Вобщем это будет не так просто, как кажется с первого взгляда.

У меня вопросы, которые давно меня интересуют, но несколько сложные, чтобы объяснить одной фразой...
Какой тип тягового электродвигателя установлен на обычные пригородные поезда, коллекторный или без-коллекторный?
За тем вопрос, при ускорении поезда http://www.youtube.com/watch?v=EVJesJCf1S4, это ТЭДы гудят или кардан редуктора, как убеждал меня дежурный переезда.
Если это редуктор, или ходовые части, то разве они отсоединяться от колёс после ускорения, ну а если это мотор, то какая часть электромотора издает звук "повышающего тона" при ускорении, колебания обмотки от переменного тока, или магнит в моторе, или только при ускорении щётки имеют контакт с ротором?

Видео недоступно для телефонов... Смею предположить, "обычные" электропоезда - это ЭР2Т и его "клоны", имеющие коллекторные ТЭД постоянного тока. У этих эл.поездов характерный звук издаёт в основном тяговый редуктор, и в значительно меньшей степени, щёточно-коллекторный узел электродвигателя.

_________________
Компот из овощей называется "борщ"! ©

Вопрос такой : есть ли резон использовать в качестве тяговых двигателей асинхронные двигатели с фазным ротором?

Смысла нет. Двигателем будет управлять ведь частотный преобразователь, а он умеет ограничивать пусковые токи. Т.е. пусковой ток будет не больше 1,1 -1,2 от номинала.

Смысл в том что упрощается устройство инвертора ( частотного преобразователя ) и управление частотой вращения двигателя. Кстати ограничение пускового тока снижает и без того маленький пусковой момент асинхронного двигателя с КЗ ротором. И вообще как решается проблема слабого пускового момента асинхронных двигателей ? Состав ведь тронуть с места надо.

Малый пусковой момент асинхронного двигателя будет при питании напряжением номинальной частоты. Подавая на него напряжение пониженной (изменяемой) частоты максимальный момент можно получить во всем диапазоне частот вращения. Фазный ротор в этом случае не дает никакой выгоды, а только увеличивает потери.

Увы, ноль в пролете.

А если в обмотках двигателя создать ток, частота которого равна скольжению?

В скольжении этот несчастный ноль в знаменателе. Так что частота ноль, скольжение бесконечность.

Хм-м-м, не совсем понял в какой формуле ноль в знаменателе. Скольжение s = (wo - w)/wo. Где wo - синронная частота вращения, w - механическая частота вращения ротора. Таким образом, при нулевой частоте вращения скольжение будет равно единице.
Впрочем, в первом сообщении я выразился неточно. Я интересовался режимом когда при заторможноенном роторе в обмотке статора пропускается ток с частотой, соответствующей частоте тока ротора при номинальном скольжении.

Да, попутал.Ну будет какой-то режим, с каким-то еще скольжением, с единицей, не номинальным. Под номинальным имелся ввиду максимум момента/мощности?
Ведь как ни мучай формулу, при w=0 скольжение 1... Момент в таком режиме - пусковой, обычно в два-три раза меньше максимального.

Но с другой стороны. Электромагнитный момент пропорционален магнитному потоку статора и току ротора. В свою очередь, ток ротора определяется магнитным потоком статора и частотой скольжения. Допустим, мы хотим реализовать у заторможенной машины максимальный момент, соответствующий критическому скольжению при питании током номинальной частоты. Для этого необходимо создать такой же магнитный поток, как при номинальной частоте и такой же ток ротора. Так как ротор заторможен, то сила и частота тока в нем будет определятся только магнитным потоком статора. Значит магнитный поток статора должен меняться с частотой, соответствующей критическому скольжению. Так как при снижении частоты магнитный поток пропорционально растет, то для сохранения его на требуемом уровне потребуется снизить напряжение. В результате приходим к соотношению, полученному М.П. Костенко: момент машины постоянен при U/f = const.