POJAZDY TRAKCYJNE

APARATY I URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE

REGULATORY NAPIĘCIA

  Regulatory napięcia są to urządzenia elektryczne, ktĂłrych zadaniem jest regulacja prądu wzbudzenia prądnic, aby dawały na wyjściu stałe napięcie niezaleĹźnie od obciążenia.
Wartość napięcia uzyskiwanego na zaciskach prądnicy uzależniona jest od prędkości z jaką są napędzane i prądu wzbudzenia. Prędkość obrotowa zmienia się w pewnych granicach, co w konsekwencji powoduje zmiany wytwarzanego napięcia. W przypadku pojazdów elektrycznych z przetwornicami wirującymi, wartość napięcia uzyskiwanego z przetwornicy zależy przede wszystkim od napięcia w sieci jezdnej, które jak wiadomo może się wahać w dość dużych granicach. Prądnica napędzana jest przez silnik, którego wirnik napędza prądnicę z prędkością zależną od napięcia sieci, ponadto w przetwornicach stosowanych w pojazdach eksploatowanych przez PKP prądnice mają uzwojenie obce zasilane z obwodu wysokiego napięcia. W spalinowych pojazdach trakcyjnych napięcie na zaciskach prądnic pomocniczych zależy zwykle od prędkości obrotowej silnika spalinowego.
Zmianom prędkości obrotowych trudno przeciwdziałać, natomiast można regulować prąd wzbudzenia dzięki zastosowaniu w obwodach wzbudzenia regulatorów napięcia. Starsze regulatory napięcia działają na zasadzie włączania w obwód wzbudzenia dodatkowych rezystorów, które w zależności od potrzeby ograniczają prąd wzbudzenia. Nowsze regulatory napięcia składają się z elementów półprzewodnikowych, a wartość prądu wzbudzenia regulowana jest na zasadzie oddziaływania układu na elementy półprzewodnikowe.

Na poniższym rysunku przedstawiony jest regulator napięcia stosowany w pojazdach trakcyjnych PKP. Regulatory stosowane w taborze PKP różnią się nieco od siebie, jednak istota ich działania jest podobna.


Budowa

  Typowy regulator napięcia starszego typu składa się z cewki ruchomej (2) osadzonej na ruchomej dĹşwigni (3) oraz cewki nieruchomej (1) osadzonej na konstrukcji regulatora. Ruchoma dĹşwignia jest osadzona na konstrukcji wsporczej w taki sposĂłb, Ĺźe moĹźe zmieniać połoĹźenie w stosunku do niej. Na dĹşwigni znajduje się styk ruchomy (drgający - 4), a na konstrukcji wsporczej dwa styki stałe (5). Do dĹşwigni przymocowana jest sprężyna (6), ktĂłra z drugiej strony przymocowana jest do konstrukcji wsporczej regulatora. Styki wykonane są z grafitu. Regulator jest odpowiednio połączony z zespołem rezystorĂłw i obwodami prądnicy. Część obwodu jest połączona z zaciskami prądnicy w celu kontroli napięcia, natomiast druga część połączona jest z obwodem wzbudzenia prądnicy. Oba te obwody są ze sobą odpowiednio powiązane. Cewki stała i ruchoma tworzą obwĂłd magnetyczny.

Działanie

  Prąd płynący przez cewki wywołuje powstawanie siły elektrodynamicznej, ktĂłra powoduje, Ĺźe cewka ruchoma prĂłbuje się oddalić od cewki stałej a razem z nią dĹşwignia i styk ruchomy. Wobec tego siła ta sprawia, Ĺźe styk ruchomy stara się oderwać od lewego styku stałego i przesunąć w kierunku prawego styku. Nie pozwala mu na to jednak siła naciągu sprężyny, ktĂłra w czasie, gdy napięcie na zaciskach prądnicy jest na odpowiednim poziomie jest rĂłwnowaĹźna sile elektrodynamicznej. W związku z tym cewka ruchoma, ktĂłra jest trzymana przez sprężynę nie moĹźe oddalić się od cewki stałej. JeĹźeli napięcie na zaciskach prądnicy oscyluje poniĹźej nastawionej wartości (np. podczas włączania prądnicy) to siła naciągu sprężyny pokonuje siłę elektrodynamiczną pochodzącą od cewek i styk ruchomy dotyka styku stałego lewego, a prąd płynący w obwodzie jest na tyle duĹźy, Ĺźe wzbudza szybko prądnicę. W czasie narastania napięcia na zaciskach prądnicy siła elektrodynamiczna rośnie i zrĂłwnowaĹźa się z siłą naciągu sprężyny. Docisk styku ruchomego do lewego styku stałego maleje (bo rośnie siła elektrodynamiczna w wyniku zwiększania się napięcia na zaciskach prądnicy). Dochodzi w końcu do sytuacji, w ktĂłrej napięcie przekroczy nastawioną wartość i siła elektrodynamiczna swoją siłą pokona siłę naciągu sprężyny i odsunie styk ruchomy od styku stałego lewego. W tym momencie prąd wzbudzenia popłynie przez rezystor o większej wartości i prąd wzbudzenia zmaleje, wobec tego zmaleje napięcie na zaciskach prądnicy. W konsekwencji zmniejszy to siłę elektrodynamiczną i styk ruchomy znowu zetknie się ze stykiem stałym lewym i prąd wzbudzenia zacznie ponownie zwiększać napięcie na zaciskach prądnicy. Wystąpi ponownie zjawisko wzrostu napięcia prądnicy ponad nastawioną wartość i sytuacja się powtĂłrzy. Taki stan pracy jest uwaĹźany za normalny i w tym stanie styk ruchomy drga w pobliĹźu styku stałego lewego z dużą częstotliwością.
  W przypadku, gdy napięcie indukowane przez prądnicę wzrośnie dość znacznie to siła elektrodynamiczna będzie na tyle duĹźa, Ĺźe odepchnie styk ruchomy od styku stałego lewego i ten dotknie styku stałego prawego. Prąd wzbudzenia zostanie skierowany przez rezystor o odpowiednio duĹźej rezystancji i zostanie zbocznikowany. Dzięki temu prąd wzbudzenia znacznie zmaleje i zmniejszy się napięcie indukowane przez prądnicę. Siła elektrodynamiczna w związku z tym zmaleje i będzie się zrĂłwnywała z siłą naciągu sprężyny, a to spowoduje oderwanie się styku ruchomego od stałego prawego i skierowanie go w kierunku styku stałego lewego.

  W układach tych stosuje się często dodatkowe elementy, ktĂłre np. powodują zwiększanie częstotliwości drgań styku ruchomego, dzięki temu zmniejsza się iskrzenie panujące między stykami. Do regulacji regulatora słuĹźy śruba, ktĂłrą reguluje się naciąg sprężyny.

  W lokomotywach elektrycznych i elektrycznych zespołach trakcyjnych są stosowane przetwornice, ktĂłre przetwarzają napięcie stałe 3000 V na 110 V. Przetwornica składa się z silnika oraz prądnicy. Po stronie prądnicy, w obwodzie wzbudzenia zamontowany jest taki regulator napięcia, ktĂłry ma za zadanie utrzymywać napięcie na stabilnym poziomie 110 V. Schemat regulatora działającego na wyĹźej opisanej zasadzie przedstawiony jest poniĹźej.


  Cewki nieruchome i ruchoma tworzą obwĂłd magnetyczny regulatora. Rezystory włączone w obwĂłd posiadają róşne rezystancje, dzięki temu w zaleĹźności od ukierunkowania prądu przez styki prąd wzbudzenia jest większy lub mniejszy. Zasadniczym połoĹźeniem jest drganie styku ruchomego (środkowego) w pobliĹźu styku gĂłrnego. Prąd płynie przez rezystor R₂ bocznikujący rezystor R₁. Jeśli napięcie na prądnicy będzie wyĹźsze od 110 V to styk ruchomy oderwie się od styku stałego gĂłrnego i prąd magnesujący popłynie przez rezystor R₁ o większej rezystancji dzięki temu zmniejszy się jego wartość. Jeśli napięcie na zaciskach prądnicy będzie znacznie wyĹźsze to styk ruchomy dotknie styku stałego dolnego i prąd zostanie zbocznikowany przez rezystor R₃ o mniejszej rezystancji od rezystorĂłw R₁ i R₂. Rezystor R₆ słuĹźy do zwiększenia częstotliwości drgań styku ruchomego co zapobiega duĹźemu iskrzeniu. W obwodzie cewek regulatora znajdują się takĹźe dwa rezystory o takiej samej rezystancji R₄ i R₅ ograniczające pobĂłr prądu przez cewki.
Powyższy schemat i opis dotyczą regulatora stosowanego w lokomotywach elektrycznych serii EU06 i EU07.

  Innym rodzajem regulatorĂłw są regulatory składające się ze słupkĂłw węglowych, ktĂłrych rezystancja zmienia się pod wpływem nacisku. Słupki te (krążki) zmieniają swoją rezystancję w zaleĹźności od siły ściskającej. Przy duĹźym ścisku rezystancja krążkĂłw jest mała, w miarę zmniejszania siły nacisku rezystancja rośnie. Regulatory te posiadają cewkę napięciową, ktĂłra włączona jest w obwĂłd prądnicy i słuĹźy do pomiaru napięcia. W zaleĹźności od napięcia prądnicy prąd płynący przez cewkę napięciową jest mniejszy lub większy. Ma to decydujący wpływ na występowanie sił elektrodynamicznych w regulatorze. Jeśli napięcie na zaciskach prądnicy jest zbyt duĹźe to ruchomy elektromagnes z cewką napięciową spowoduje zmniejszenie siły docisku krążkĂłw i rezystancja słupkĂłw wzrośnie. Spowoduje to obniĹźenie wartości prądu wzbudzenia co przełoĹźy się na zmniejszenie napięcia indukowanego przez prądnicę. W przypadku obniĹźenia napięcia słupki zostaną bardziej ściśnięte, dzięki temu rezystancja ich zmaleje, zwiększy się wartość prądu wzbudzenia i w konsekwencji napięcia indukowanego w prądnicy.

  Niekiedy regulatory napięcia, ktĂłre służą między innymi do ładowania baterii akumulatorĂłw posiadają samoczynne wyłączniki, ktĂłrych zadaniem jest zamykanie i otwieranie obwodu ładowania baterii. W przypadku, gdy napięcie prądnicy jest wyĹźsze od napięcia baterii to wyłącznik jest zamknięty i trwa ładowanie baterii. Jeśli z jakiegoś powodu napięcie na zaciskach baterii by było wyĹźsze od napięcia na zaciskach prądnicy to prąd płynął by od baterii do prądnicy. Taka sytuacja moĹźe uszkodzić prądnicę i dlatego zadaniem wyłącznika jest przerwanie obwodu ładowania.

  RozwĂłj energoelektroniki przyczynił się do budowania układĂłw energoelektroniczych z zastosowaniem diod, tranzystorĂłw, tyrystorĂłw oraz innych elementĂłw elektronicznych. Układy te są bardziej niezawodne, bezstykowe i dzięki temu dają duĹźe moĹźliwości regulacyjne. Układy te są bardzo złoĹźone i działanie jest uzaleĹźnione ściśle od budowy kaĹźdego elementu. Układ sterowania moĹźe się składać z kilku członĂłw, np. zasilacza, czujnika prądu, układu pomiaru napięcia, układu formowania impulsĂłw sterujących tyrystorami oraz układu zabezpieczeń.

Zastosowanie regulatorĂłw napiecia

  Regulatory napięcia stosuje się do regulacji wartości napięcia wytwarzanego przez prądnicę pomocniczą w spalinowych pojazdach trakcyjnych oraz w celu regulacji napięcia przetwarzanego przez przetwornicę w elektrycznych pojazdach trakcyjnych.

Główne parametry regulatorów napięcia
- stabilizacja napięcia [+/- V lub %];
- napięcie znamionowe [V];
- prąd znamionowy [A]

* W przypadku elektromechanicznych regulatorów napięcia podaje się także rezystancje cewek oraz poszczególnych rezystorów.

STYCZNIKI | WYŁĄCZNIKI SZYBKIE | ODŁĄCZNIKI I ROZŁĄCZNIKI | PRZEKAŹNIKI | WYZWALACZE I CZUJNIKI | BEZPIECZNIKI ODGROMNIKI I ISKIERNIKI | PRZYRZĄDY POMIAROWE | REZYSTORY I BOCZNIKI | ZAWORY ELEKTROPNEUMATYCZNE NAWROTNIKI | NASTAWNIKI | SPRZĘGI ŁĄCZENIOWE | ODBIERAKI PRĄDU | DANE TECHNICZNE APARATÓW I URZĄDZEŃ

Poniżej znajdują się odnośniki do poszczególnych zagadnień związanych z pojazdami trakcyjnymi:

APARATY I URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE | MASZYNY ELEKTRYCZNE