Контейнеры тяговых преобразователей расположены на головных вагонах (А и В), которые являются моторными. В контейнере имеется два комплекта тяговых преобразователей, каждый из которых питает двигатели своей тележки. Каждый 4QS-perynHTOp подключен к своей обмотке тягового трансформатора. Выходы четырехквадрантных регуляторов разомкнуты, каждый из них питает свой промежуточный контур. С шинами промежуточного контура соединены следующие узлы:
- тормозной регулятор с тормозным резистором (чтобы иметь возможность погасить энергию электрического торможения в случае невозможности передать ее в контактную сеть);
- конденсатор промежуточного контура, служащий в качестве промежуточного накопителя для сглаживания пульсаций напряжения промежуточного контура;
- автономный инвертор напряжения;
- преобразователь собственных нужд с зарядным устройством аккумуляторных батарей.
В связи с наличием в схемах преобразователей конденсаторов возможно сохранение на них заряда даже при отключении преобразователей от сети. Схемой преобразователей предусмотрены цепи разряда, однако в случае выхода их из строя (например, при механических повреждениях контейнера, ослабившихся болтовых соединениях, обгорании проводов) опасные напряжения могут сохраняться в течение нескольких часов. Для принудительного заземления элементов преобразователя предусмотрены шаровые наконечники, показанные на рис. 5.19.
Рис. 5.19. Положение заземляющих шаровых наконечников преобразователя: ХЕ1, ХЕ2 — заземления корпуса; XN1, XN2 — отрицательные разъемы промежуточного контура; ХР1, ХР2, ХР AUX1 — положительные разъемы промежуточного контура
Основные технические данные преобразователей приведены ниже.
Технические характеристики четырехквадрантного регулятора Номинальное входное напряжение переменного тока, В....................... 1670 Номинальное входное напряжение постоянного тока, В....................... 3000 Диапазон входного напряжения переменного тока, В......................... 1268—1935 Диапазон входного напряжения постоянного тока, В......................... 2100—4005 Частота переменного напряжения на входе, Гц.............................. 50 Частота коммутаций биполярных транзисторов, Гц........................... 300, 450 Максимальный входной ток (режим тяги, эффективное значение), А........... 583 Максимальный входной ток (режим торможения, эффективное значение), А..... 351 Технические характеристики автономного инвертора напряжения Номинальный выходной ток (режим тяги), А................................. 435 Номинальный выходной ток (режим торможения), А........................... 306 Максимальная частота коммутаций IGBT-транзисторов, Гц.................... 500 Напряжение в промежуточном контуре (тяга), В............................. 2700—3600 Напряжение в промежуточном контуре (торможение), В....................... 3000—3600 Технические характеристики тягового преобразователя Тип охлаждения транзисторов.............................................. жидкостное Смесь хладагента (объемный %) Antifrogen/вода............................ 60/40 Расход хладагента, л/мин................................................. 130 Максимальная температура подаваемого хладагента, °С...................... 55 Длина, мм................................................................ 2397 Ширина, мм............................................................... 3290 Высота, мм............................................................... 841 Вес, кг.................................................................. 1650
Контейнеры, в которых под вагонами А и В установлены тяговые преобразователи, закрыты кожухами. Нумерация кожухов приведена на рис. 5.20 и 5.21.
Рис. 5.20. Нумерация боковых кожухов тягового преобразователя: L1 — левый боковой кожух 1; L2 — левый боковой кожух 2; L3 — левый боковой кожух 3; R1 — правый боковой кожух 1; R2 — правый боковой кожух 2; R3 — правый боковой кожух 3
Рис. 5.21. Нумерация кожухов основания и торцевых кожухов: S1 — торцевой кожух 1; U1 — кожух основания 1; U2 — кожух основания 2; U3 — кожух основания 3
На рис. 5.22 показано расположение основных элементов внутри контейнера тягового преобразователя.
Рис. 5.22 (начало). Расположение основных элементов внутри контейнера тягового преобразователя: 1 — зарядный резистор (-R20); 2 — источник питания модулей IGBT 110 В (-К210); 3 — блок управления приводом (-К200); 4 — системный переключатель (-Q2); 5 — сетевой контактор (-Q20); 6 — контактор зарядки (-Q200); 7 — фазовый модуль 4QS-прсобразователя (-К2); 8 — фазовый модуль АИН (-К21); 9— фазовый модуль АИН (-К21); 10— фазовый модуль 4QS-преобразователя (-К1); 11 — размыкающий контактор ПСН (-Q85); 12 — контактор зарядки (-Q100); 13 — сетевой контактор (-Q10); 14— системный переключатель (-Q1); 15 — источник питания модулей IGBT 110 В (-К110); 16 — блок управления приводом (-К100)
Между источником питания и входным контуром тягового преобразователя устанавливается сетевой контактор. Параллельно сетевому контактору подсоединено зарядное устройство, состоящее из высокоомного резистора зарядки и контактора зарядки, как показано на рис. 5.23.
Рис. 5.23. Подключение сетевого контактора и зарядного устройства: 1 — контактор зарядки; 2 — резистор зарядки; 3 — сетевой контактор
Зарядное устройство перед включением тягового преобразователя выполняет следующие функции:
- предварительная зарядка конденсатора промежуточного контура;
- предварительная зарядка конденсатора фильтра.
Такое схемное решение применяется для исключения колебательного заряда конденсаторов. Как известно из электротехники, при включении RLC-цепи на постоянное напряжение возможен как апериодический, так и колебательный заряд конденсатора (рис. 5.24.)
Вид процесса зависит от параметров цепи. Если R > Rкрит, то процесс будет носить апериодический характер. Если наоборот — колебательный. При колебательном заряде силовых конденсаторов напряжение на них может кратковременно равняться двойному напряжению питающей сети. Зарядка силовых конденсаторов через высокоомные резисторы (которые потом шунтируются) позволяет избежать перенапряжения на элементах схемы и их перегрузки ударными токами заряда.
Сетевой контактор замыкается только тогда, когда напряжение на конденсаторах достигает определенного процентного значения от теоретически предельной величины. Для разряда конденсаторов после отключения преобразователя параллельно им подключены высокоомные разрядные резисторы. Однако разряд конденсаторов через резисторы может занимать весьма продолжительное время.
Все полупроводниковые преобразователи, входящие в состав тягового контейнера, собраны на фазовых модулях, основой которых являются IGBT-модули (по два последовательно соединенных транзистора в каждом). Упрощенная схема IGBT-модуля приведена на рис. 5.25.
Рис. 5.24. Подключение RLC-цепи к источнику постоянного напряжения: а — схема включения RLC-цепи на постоянное напряжение; б — изменение напряжения на конденсаторе при колебательном характере заряда; Тр — период собственных колебаний; Uc — напряжение на конденсаторе; Ud — напряжение источника питания; 1 — колебательный заряд R < R т (Q > 1/2); 2 — апериодический заряд
Рис. 5.25. Упрощенная принципиальная схема IGВТ-модуля
Фазовые модули имеют жидкостное охлаждение. В качестве охлаждающего вещества используется смесь воды и антифриза (Antifrigen N) в соотношении 40/60. Для противодействия коррозии в хладагент добавлены специальные присадки — ингибиторы. Зависимость температуры замерзания от объемной концентрации смеси воды и Antifrigen N приведена в табл. 5.3.
Таблица 5.3. Зависимость температуры замерзания от объемной концентрации смеси воды и антифриза
| Объемная концентрация смеси воды и Antifrigen N | Температура замерзания, °С |
| 40/60 | -50 |
| 44/56 | -43 |
| 50/50 | -35 |
| 56/44 | -29 |
| 60/40 | -25 |
Фазовые модули рассчитаны на напряжение 3000 В в промежуточном контуре. Каждый фазовый модуль состоит из одного или нескольких ответвлений полумостов. Каждое ответвление полумоста в свою очередь включает определенное количество модулей биполярных транзисторов с изолированным затвором. Внешний вид различных фазовых модулей представлен на рис. 5.26—5.28.
Рис. 5.27. Фазовый модуль SIBAC SD-3000WL2 (количество ответвлений полумостов — 2; количество модулей IGBT на ответвление — 2)
Рис. 5.26. Фазовый модуль SIBAC ST-3000WL (количество ответвлений полумостов — 3; количество модулей IGBT на ответвление — 2)
Рис. 5.28. Фазовый модуль SIBAC SP-3000WL2 (количество ответвлений полумостов — 1; количество модулей IGBT на ответвление — 4)
Рис. 5.29. Гидравлический разъем фазового модуля
Модули преобразователя включаются в контур охлаждения с помощью гидравлических разъемов (рис. 5.29).
