Плавное регулирование скорости движения электропоезда выполняется тиристорным регулятором тока с широтно-импульсной модуляцией. Принятая частота регулирования 400 Гц выходит за пределы используемых частот в системах автоблокировки и частотной АЛС-200.

Проектированию тиристорного регулятора предшествовали научные исследования, которые показали, что проблема обеспечения широкого диапазона изменения коэффициента ослабления возбуждения от 0,85 до 0,2 при широтно-импульсной модуляции на повышенной частоте 400 Гц решается достаточно удовлетворительно посредством комбинированного регулятора 1 с общим узлом запирания тиристоров [16]. С учетом результатов этих исследований для электропоезда ЭР200 специалистами РЭЗ разработан специальный комбинированный широтно-импульсный регулятор возбуждения тяговых двигателей [17]. Регулятор является универсальным, так как его используют в схеме силовых цепей моторного вагона ЭР200 не только для регулирования возбуждения тяговых двигателей, но и для межступенчатого регулирования сопротивления пуско-тормозного реостата при пуске и электрическом торможении.

Универсальный тиристорный импульсный регулятор (УТИР) имеет главный тиристор ТГ (рис. 49) вспомогательный тиристор ТВ и коммутирующие тиристоры ТкГ и ТкВ. При ослаблении возбуждения в режиме тяги тиристор ТГ включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ тягового двигателя, которая шунтируется резистором R_ш и дросселем L_ш. Тиристор ТВ включен параллельно обмотке возбуждения ОВ и тиристору ТГ. Между катодами тиристоров ТГ и ТВ подключена цепочка, состоящая из коммутирующих тиристоров ТкГ и ТкВ, которые поочередно обеспечивают перезаряд коммутирующего конденсатора С_к.

Различают четыре стадии работы регулятора в течение одного периода регулирования, равного 2,5 мс (при частоте 400 Гц).

Первая стадия. Отпираются тиристор ТГ и тиристор ТкГ. Перед этим тиристор ТВ был открыт, а конденсатор С_к был заряжен полярностью, показанной на рис. 49 в скобках. Отпирание тиристоров ТГ и ТкГ приводит к тому, что к тиристору ТВ прикладывается в обратном направлении напряжение конденсатора С_к и тиристор ТВ запирается. Одновременно конденсатор С_к перезаряжается, т. е. сначала разряжается через L_ш и R_ш, а затем заряжается обратной полярностью, которая потребуется в дальнейшем для запирания тиристора ТГ. Во время разряда конденсатора С_к ток возбуждения несколько снижается, так как ток разряда конденсатора направлен встречно i_в. Продолжительность переходных процессов на первой стадии регулирования, т. е. коммутационного интервала t_1, обеспечивающего запирание тиристоров и перезаряд коммутирующего конденсатора, равна 0,2 — 0,25 мс и составляет около 0,1 периода регулирования.

Рис. 49. Принципиальная схема УТИР

Вторая стадия. Тиристор ТГ открыт. Ток обмотки якоря протекает по обмотке возбуждения ОБ и по шунтирующей цепочке R_ш и L_ш. Идет нарастание тока i_в. Продолжительность второй стадии (t₂) определяется временем открытого состояния тиристора ТГ.

Третья стадия. Отпираются тиристоры ТВ и ТкВ. Ток обмотки якоря переходит с тиристора ТГ на тиристор ТВ. Тиристор ТГ запирается, так как к нему прикладывается обратное напряжение на конденсаторе С_к. Одновременно происходит перезаряд конденсатора С_к, который вновь приобретает полярность, показанную на рис. 49 в скобках.

Ввиду того, что направление тока разряда коммутирующего конденсатора С_к на этой стадии совпадает с направлением тока возбуждения i_в, последний несколько повышается. Продолжительность третьей стадии регулирования (t₃) определяется, как и первой, временем переходных процессов в цепи конденсатора С_к.

Четвертая стадия. Тиристор ТВ открыт. Ток обмотки якоря протекает по цепи этого тиристора, которая шунтирует обмотку возбуждения ОВ. Ток обмотки возбуждения i_в замыкается через L_ш и R_ш и поэтому интенсивно уменьшается. Напряжение конденсатора С_к, полученное на предыдущей стадии, остается неизменным, так как коммутирующие тиристоры закрыты. Продолжительность четвертой стадии регулирования (t₄) определяется временем открытого состояния тиристора ТВ.

В тяговом режиме коэффициент ослабления возбуждения тяговых двигателей β зависит от того, насколько снижается ток на четвертой стадии регулирования, а также зависит от относительной продолжительности открытого состояния регулятора или коэффициента заполнения импульсов γ=t_и/Т, который в рассматриваемом режим.е выражает долю времени открытого состояния вспомогательного тиристора в течение всего периода регулирования

Увеличивая время t₄ и соответственно уменьшая время t₂ при Т = 2,5 мс, на моторном вагоне ЭР200 практически осуществляют ослабление возбуждения от β = 0,85 до β = о, 19. При этом коэффициент γ изменяется от 0,2 до 0,8.

В режиме межступенчатого регулирования сопротивления пускотормозного реостата, а также в режиме регулирования возбуждения тяговых двигателей при электрическом торможении у определяется временем открытого состояния главных тиристоров, т. е.

Поддержание тока тяговых двигателей на его среднем уровне, соответствующем току уставки (в пределах между наибольшим и наименьшим значениями), выполняют путем изменения коэффициента заполнения импульсов у от наименьшего значения (при малой скорости электропоезда) до наибольшего (при высокой скорости). Функцию автоматического изменения у несет система автоматического регулирования САР.

Пока коэффициент заполнения импульсов у сохраняется менее 0,5, САР выдает импульсы управления в начале каждого периода регулирования:

• на главные тиристоры ТГ и коммутирующие тиристоры перезаряда ТкГ (в режиме межступенчатого импульсного регулирования реостата при тяге и электрическом торможении и в режиме регулирования возбуждения двигателей при электрическом торможении);
• на вспомогательные тиристоры ТВ и коммутирующие тиристоры гашения ТкВ (в режиме регулирования возбуждения двигателей при тяге).

Импульсы управления на закрывание тиристоров САР выдает в те моменты, когда ток двигателей превышает уставку на 5% (контролируется наибольшее значение тока двигателей i_max). Эти импульсы подаются:

• на вспомогательные тиристоры ТВ и коммутирующие тиристоры гашения ТкВ в режиме межступенчатого регулирования реостата при пуске и электрическом торможении и в режиме регулирования возбуждения при электрическом торможении;
• на главные тиристоры ТГ и коммутирующие тиристоры перезаряда ТкГ в режиме регулирования возбуждения двигателей в тяге.

Указанная последовательность работы элементов регулятора предусмотрена лишь в начале регулирования и не может сохраняться при коэффициенте заполнения импульсов у, достигшем значения 0,5 или более, так как из-за возросшего времени открытого состояния тиристоров при малом времени периода (высокой частоте регулирования) не исключен пропуск отдельных периодов регулирования. Такой пропуск означал бы нежелательный переход системы регулирования в релейно-частотный режим. Во избежание этого, когда коэффициент заполнения импульсов у достигает значения 0,5, предусмотрено изменение логической структуры управления (изменение структуры), заключающееся в том, что в начале каждого периода импульсы управления подаются на те элементы системы, которые их получали ранее, когда ток двигателей достигал imax. А элементы системы, получавшие ранее импульсы управления в начале периода регулирования, теперь, после изменения структуры, получают импульсы управления, когда ток двигателей достигнет значения меньше уставки на 5% (контролируется минимальное значение тока двигателей t_min).