На выводах тяговой обмотки трансформатора получают пониженное напряжение переменного тока. Однако тяговые двигатели рассчитаны на питание только постоянным током, поэтому переменный ток превращают в постоянный с помощью выпрямителей, собранных в выпрямительную установку, которая размещена на каждом моторном вагоне электропоезда.
На электроподвижном составе первого выпуска применяли ртутные выпрямители (игнитроны). Ныне используют только полупроводниковые кремниевые выпрямители, которые установлены на поездах первого выпуска при их модернизации. Отдельные элементы выпрямителей называют также вентилями, неуправляемые полупроводниковые вентили — диодами, а управляемые — тиристорами.
Все виды выпрямителей пропускают ток только в одном направлении, а в обратном направлении ток не проходит (рис. 16).
Рис. 16. Принципиальная схема включения выпрямителя в цепь тягового двигателя постоянного тока: 1 — первичная обмотка трансформатора; 2 —вторичная обмотка трансформатора; 3 — выпрямитель; 4 — тяговый двигатель
В корпусе полупроводникового вентиля помещена пластинка из кремния, специально обработанная для придания ей необходимых электрических свойств. С помощью вспомогательных деталей пластинка припаяна с одной стороны к медному основанию корпуса, имеющему нарезку для закрепления охладителя, а с другой стороны к гибкому проводу, который выводится из корпуса и изолирован от него специальным изолятором. Вывод с помощью гибкого шунта соединен с наконечником. Корпус герметичен, защищает кремниевую пластинку от проникновения влаги, которая может резко ухудшить характеристики вентиля.
Специальная обработка пластинки кремния состоит в том, что в пластинку монокристаллического кремния электронной проводимости (n-типа) вплавляется с одной стороны алюминий, а с другой сплав серебра, сурьмы и свинца. Это приводит к образованию слоя дырочной проводимости (p-типа), и на границе этих двух типов проводимости внутри пластинки создается р—n переход.
Слой кремния, в который вплавлен алюминий, является анодом. Это так называемая сплавная технология.
При применении диффузионной технологии р— n переход создается за счет диффузии (проникновение внутрь при нагревании) бора в кремний. Первую технологию применяют при изготовлении вентилей типа ВК-200, вторую — ВКД-200.
Наличие р—n перехода обеспечивает пропускание тока кремниевой пластинкой только в одном направлении от анода к катоду.
Толщина кремниевой пластинки 0,5—0,8 мм, для повышения механической и термической прочности она помещена между вольфрамовыми дисками. Площадь пластинки зависит от величины тока, на который рассчитан вентиль, и принимается исходя из удельной плотности тока 0,5—1 а/мм2. Для вентиля ВКД-200 диаметр кремниевой пластинки принят 25 мм.
При работе вентиль нагревается, для отвода тепла к нему на резьбе крепится алюминиевый или медный охладитель, представляющий собой ребристый радиатор, обдуваемый воздухом.
Для обеспечения нужных параметров выпрямленного тока полупроводниковые вентили собраны в выпрямительную установку, рассчитанную на значительно большие напряжения и токи, чем отдельный вентиль, и приспособленную к работе в условиях тряски и вибрации, при температуре окружающего воздуха от плюс 40 до минус 50° С. Выпрямительная установка на электропоезде ЭР9 расположена внутри кузова, а на ЭР9П — под кузовом вагона. Вентили расположены так, что их охладители находятся в вентиляционном канале, продуваемом воздухом от специального вентилятора.
Вентили в выпрямительной установке собраны по однофазной двухполупериодной мостовой схеме выпрямления, показанной на рис. 17, а.
В течение одного полупериода, например полупериода I или III (рис. 17, б), работают вентили 1 и 3, а в течение другого полупериода, например II, — вентили 2 и 4. Цепь двигателя будет получать напряжение и выпрямленный ток дважды за период, т. е. с удвоенной частотой. Пульсация тока будет снижена, так как цепь двигателей представляет собой индуктивную нагрузку и кроме того, для увеличения индуктивности в силовую цепь моторного вагона включен сглаживающий реактор. При этих условиях ток не будет в конце полупериода снижаться до нуля (рис. 17, в).
Рис. 17. Мостовая схема выпрямления а и кривые выпрямленного тока при безындуктивной б и индуктивной в нагрузках
Отношение амплитуды переменной составляющей iпульс к среднему значению выпрямительного тока Iвып называется коэффициентом пульсации Кп, который выражается в %:
Сглаживающий реактор предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей и представляет собой катушку из шинной меди, заключенную в сердечник броневого типа, набранный из пластин трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. Для снижения нагревания катушки реактор имеет принудительное воздушное охлаждение, для которого на поездах с подвагонным расположением выпрямительной установки используют вентилятор, предназначенный для подачи воздуха на радиаторы полупроводниковых вентилей.
