Mój egzemplarz książki z ok. 1966 roku (wydanie drugie) pt. Tabor Trakcji Elektrycznej autorstwa doc. mgr inż. Stanisława Plewaki - temat przetwornic opisuje tak:
6.14.1. Przetwornice
Obwody rozrządcze zazwyczaj zasilane są niskim napięciem 50-120 woltów. Do wytwarzania takiego napięcia służą w pojazdach trakcyjnych przetwornice, stanowiące zespół dwóch maszyn: silnika zasilanego z sieci trakcyjnej i prądnicy niskiego napięcia, zasilającej obwód rozrządczy i ładującej jednocześnie buforową baterię akumulatorów. Ponadto prądnica ta zasila obwód oświetleniowy i inne obwody pomocnicze. W wagonach oświetlanych świetlówkami stosowana jest osobna prądnica oświetleniowa prądu zmiennego o napięciu 110 V lub więcej i częstotliwości 400-1200 Hz. Prądnica taka jest napędzana albo osobnym silnikiem, albo też jest osadzona na wspólnym wale przetwornicy zasilającej obwody rozrządcze. Duża częstotliwość pozwala na zmniejszenie wymiarów dławików i kondensatorów w świetlówkach. Czasem do zasilania świetlówek są stosowane falowniki typu tranzystorowego przyłączone do źródła niskiego napięcia prądu stałego. Możliwe jest też zastosowanie osobnego uzwojenia na biegunach głównych prądnicy. Silniki przetwornic są zwykle zasilane bezpośrednio z sieci trakcyjnej i ruszają zwykle bez rozruszników oporowych, natomiast przeważnie stosowane są stałe oporniki szeregowe, ograniczające prąd rozruchu. Opór ten jest tak dobierany, aby był równy oporności wewnętrznej silnika. Wzrastające zapotrzebowanie mocy do celów pomocniczych zwiększa stale moc silnika napędowego i jeśli zapotrzebowanie przekroczy 8 kW, to do uruchomienia przetwornicy potrzebny już jest rozrusznik. Silniki przetwornic pracują przy częstych zanikach napięcia, powstających w czasie biegu przy odrywaniu się pantografu od sieci trakcyjnej. W celu poprawienia stałości napięcia prądnicy stosowane bywa tzw. "uzwojenie stabilizacyjne" *). Polega ono na tym, że w obwód uzwojeń stojana silnika włączone jest uzwojenie biegunów prądnicy, a uzwojenie bocznikowe biegunów silnika jest włączone w obwód prądnicy. Rozruch przetwornicy jest wówczas bardzo szybki, gdyż silnik rusza jako szeregowy (rozwijając duży moment obrotowy niezależnie od napięcia w sieci trakcyjnej). Po osiągnięciu właściwej szybkości obrotowej i po wzbudzeniu się prądnicy silnik przetwornicy chroniony jest przed rozbieganiem się przez uzwojenie bocznikowe. Jeśli z jakichkolwiek przyczyn napięcie prądnicy się obniży, to silnik zwiększa szybkość obrotową wskutek osłabienia pola bocznikowego i napięcie prądnicy wzrasta, co znów ogranicza szybkość silnika. W ten sposób napięcie prądnicy ma tendencję do utrzymywania się na stałym poziomie. Samo uzwojenie stabilizacyjne jednak nie wystarcza do utrzymania stałości napięcia i konieczne jest stosowanie regulatorów napięcia. Dużą niedogodnością uzwojenia stabilizacyjnego jest silne powiązanie magnetyczne (indukcja wzajemna) uzwojeń magnesów obu maszyn (silnika i prądnicy). W razie chwilowego zaniku napięcia zespół obraca się w dalszym ciągu pod wpływem bezwładności. Dzięki istnieniu bocznikowego wzbudzenia silnika napięcie na jego zaciskach utrzymuje się i silnik zaczyna pracować jako prądnica, zasilając obwód główny pojazdu. Ponieważ obwód elektryczny przetwornicy, zamykający się w tym przypadku przez silniki trakcyjne, ma niewielką oporność, przeto prądy generacyjne są duże i dochodzą do 8-krotnej wartości prądu znamionowego; ma tu bowiem dodatkowe znaczenie indukcja wzajemna obu uzwojeń magnesów, przyczyniająca się do wzrostu prądu. Wzrost prądu nie powinien powodować iskrzenia na komutatorze. Aby zapobiec nadmiernemu wzrostowi prądu, czasem rozdziela się oba uzwojenia biegunów za pomocą tzw. „transformatora", którego jedno uzwojenie jest włączone do obwodu zasilającego, a drugie do uzwojeń stabilizacyjnych. "Transformator" ten zmniejsza indukcję wzajemną między obu uzwojeniami, a przez to ogranicza wzrost prądu (rys. 6-48). Silniki przetwornicy przy napięciu 1500 V są zazwyczaj czterobiegunowe, natomiast przy napięciu 3000 V bywają również dwubiegunowe. Przetwornica zwykle jest mocno wentylowana, ale powietrze jest przepuszczane nie nad komutatorami lub uzwojeniami, lecz nad powierzchnią jarzma albo przez kanały wentylacyjne. Schemat układu przetwornicy z transformatorem pomocniczym przedstawia rysunek 6-49. Prądnica prądu stałego, szeregowo-bocznikowa, ma płaską charakterystykę, a stałość napięcia na jej zaciskach utrzymuje regulator napięcia przy stałej szybkości obrotowej przez zmianę napięcia w uzwojeniu bocznikowym. Trudne warunki pracy przetwornicy wywołują niebezpieczeństwo przeskoków i ognia komutatorowego, co wymaga bardzo starannej konserwacji.
Należy pamiętać, że w każdym pojeździe silniki trakcyjne pracują znacznie mniej niż przetwornica, która - niezależnie od tego, czy silniki trakcyjne są obciążone, czy nie - musi pracować bez przerwy. Wymaga to częstego czyszczenia komutatora i starannego sprawdzania oraz wymiany szczotek.
Dla ograniczenia ciężaru przetwornicy komutatory silnika mają niewielkie wymiary; działki komutatora są bardzo wąskie. Trudne zadanie powstaje zwłaszcza w silnikach zasilanych bezpośrednio z sieci trakcyjnej o napięciu U = 3 kV. Jeżeli przyjąć napięcie międzydziałkowe e = 21 V, to liczba działek komutatora maszyny czterobiegunowej (2p = 4) wypadnie ~ 571.
Wobec trudności wykonania działek grubości mniejszej od 3,5 mm średnica komutatora D wypada:
571x3,5/pi = 636 mm . Średnica taka jest za duża z uwagi na ogólne wymiary zespołu, a może być zmniejszona tylko przez przyjęcie wyższego napięcia międzydziałkowego e. Jeżeli przyjąć e = 40 V, to liczba działek wypadnie = 300, a średnica komutatora = 335 mm ,
co odpowiada wymiarowi spotykanemu w praktyce. Na przykład komutator przetwornicy PKP serii MG80 ma 349 działek przy napięciu międzydziałkowym e = 38,4 V.
Poprawę w kierunku stabilizacji pracy przetwornicy daje przyłączenie wentylatora chłodzącego silniki trakcyjne do wspólnego wału zespołu, ponieważ obciążenie wentylatorów jest proporcjonalne do trzeciej potęgi szybkości obrotowej. Czasami konstruktorzy celowo zwiększają ilość powietrza dostarczanego przez wentylatory, aby uzyskać stabilizację szybkości obrotowej silnika przetwornicy. W tablicy 6-8 zestawione są dane charakterystyczne przetwornic stosowanych w taborze PKP (importowanych i produkcji krajowej).
*) Patrz podrozdział 5.4.8., rys. 5-26 i 5-27.
Skany dostępne tu:
https://photos.app.goo.gl/LMm6paek2aqD21fK8
Pokaż wiadomości