[02-2019] Цепи вспомогательных машин электровозов постоянного тока

[Admin]

Цепи вспомогательных машин электровозов постоянного тока

И.А. ЕРМИШКИН, инженер, г. Ожерелье

ЭЛЕКТРОВОЗЫ 2ЭС10


На данной серии локомотивов ПСН обеспечивает питанием силовые вспомогательные цепи, а также низковольтное электрооборудование электровоза.

Преобразователь запитывается по цепи (рис. 1): контактная сеть 3 кВ -> входной LC-фильтр -> токоограничивающий демпферный резистор R7 -> провод 801 контактор К5 -> провод 803. ПСН соединен с заземляющими устройствами по цепи: провод 817 —> разъединитель QS6 -> провод 818 —> токовый шунт RS5. При этом контролируются напряжение и ток, протекающий по вспомогательным машинам. Сигнал от шунта RS5 передается в измерительный преобразователь UZ5 и далее — в систему управления электровозом.

Микропроцессорная система управления ПСН по заданному алгоритму формирует импульсы управления силовыми биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), тем самым обеспечивая необходимое напряжение на следующих выходных каналах:

- канал «ВОТД 1,2» (35 кВт) предназначен для питания двух трехфазных асинхронных двигателей: М15 вентилятора охлаждения ТД и М17 вентилятора охлаждения дросселя входного фильтра линейным напряжением 380 В и частотой 2,5... 50 Гц;

- канал «ВО ТД 3,4» (35 кВт) служит для питания двух трехфазных асинхронных двигателей: М16 вентилятора охлаждения ТД и М18 вентилятора охлаждения дросселя входного фильтра линейным напряжением 380 В и частотой 2,5... 50 Гц;

- канал «ТК» (30 кВт) предназначен для питания трехфазного асинхронного двигателя Аб тормозного компрессора линейным напряжением 380 В и частотой 2,5... 50 Гц;
- канал «МК» (20 кВт) предназначен для питания трехфазной схемы установки А4 микроклимата кабины линейным напряжением 380 В и частотой 50 Гц;

- канал «=220 В» (20 кВт) служит для питания печи СВЧ и осушителя тормозного компрессора (А5) однофазным напряжением 220 В и частотой 50 Гц;

- канал «=110 В» предназначен для питания цепей управления, освещения суммарной мощностью 15 кВт;

- канал «90— 160 В» (5 кВт) используют для заряда аккумуляторной батареи.

В случаях выхода из строя одного из каналов ПСН предусмотрено резервирование схем питания вспомогательных машин трехфазными переключателями (QR2 — QR4) с ручным приводом. Для защиты силовых цепей, а также оперативного отключения двигателей М17, М18 вентиляторов охлаждения дросселя в их цепи ввели автоматические защитные выключатели SF31, SF32.

ЭЛЕКТРОВОЗЫ 2ЭС4К

В качестве привода вспомогательных машин на грузовых электровозах постоянного тока 2ЭС4К установлены асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Это потребовало включить в их силовые цепи преобразователь собственных нужд ПСН-235 (U1).

Высокое напряжение подается на преобразователь U1 по цепи: токоприемник ХА1 -> дроссель радиопомех L1 -> быстродействующий выключатель QF1 -> дифференциальное реле КА2 -> датчик тока ТА1 -> ввод ХТ1 (рис. 2). Отвод тока от преобразователя осуществляется через вывод ХТ2, дифференциальное реле КА2, измерительный шунт RS5 счетчика электроэнергии РЛ и токосъемные устройства ХТ1 — ХТ4.

В соответствии с заданным алгоритмом блок ПСН с автономными инверторами напряжения (АИН) преобразует постоянное напряжение контактной сети 3 кВ в трехфазное напряжение, которое подается на шесть выходов:

— (ХТЗ — ХТ5) -> провода С110, С210, С310 -> контактор КМ11 -> провода С111, С211, С311 -> контактор КМ19 -> провода С117, С217, С317 -> тепловое реле КК19 -> двигатель компрессора М9. Данный канал обеспечивает плавный запуск мотор-комп рессора;

- — (ХТ6 — ХТ8) -> провода С120, С220, С320 -> контактор КМ21 -> провода С121, С221 контактор КМ23 -> провода С123, С223 -> трансформатор Т7. От выводов вторичной обмотки данного трансформатора получает питание преобразователь возбуждения U15, который подает напряжение в цепь обмоток возбуждения тяговых двигателей Ml, М2;

— (ХТ9, ХТ10) -> провода С130, С230 -> контактор КМ31 -> провода С131, С231 -эблок U3. Последний подает питание в цепи управления и обеспечивает заряд аккумуляторной батареи электровоза;

— (ХТ11 — ХТ13) -» провода С140, С240, С340 -> контактор КМ41 -> провода С141, С241 -> контактор КМ43 -> провода С143, С243 -> трансформатор Т8. От данных выводов вторичной обмотки трансформатора получает питание преобразователь возбуждения U25, который подает напряжение в цепь обмоток возбуждения тяговых двигателей М3, М4;

— (ХТ14 — ХТ16) -> провода С150, С250, С350 -> контактор КМ51 -> провода С151, С251, С351 -> контактор КМ53 -> провода С153, С253, С353 -> трансформатор Тб. От этих выводов вторичной обмотки трансформатора получают питание устройства микроклимата и санитарный узел;

— (ХТ17 — ХТ19) -> провода С160, С260, С360 -> контактор КМ61 -> провода С161, С261, С361 -> пускатели КМ68 и КМ69. От этих выводов получают питание двигатели М5, М7 вентиляторов охлаж-дения тяговых двигателей. Данный канал обеспечивает автоматическое регулирование частоты вращения вентиляторов в зависимости оттока и температуры двигателей.

Силовые цепи вспомогательных машин защищены от токов короткого замыкания на «землю» с помощью дифференциального реле

КА2. Защита трехфазных двигателей вентиляторов и компрессора осуществляется при помощи тепловых реле и ПСН.

На лобовой части каждой секции электровоза установлены розетки XI5, Х25 и Х35 или XI7, Х27 и Х37, к которым подключают источник переменного тока депо для питания двигателей вспомогательных машин одной секции.

ЭЛЕКТРОВОЗЫ 2ЭС6

На электровозах данной серии (рис. 3) установлены ПСН для питания двигателей компрессора, двух двигателей вентиляторов охлаждения ТД и четырех двигателей мультициклонных фильтров системы охлаждения ТД. Однако силовые цепи вспомогательных машин данного электровоза имеют отличия. Так, на локомотивах № 001 — 014 и № 016 — 026 установлены ПСН-200, на № 015 и с № 027 — преобразователи ПСН-210-3.

Высокое напряжение подается на преобразователь по одинаковой схеме вне зависимости от номера электровоза (рис. 4): токоприемник ХА1 -> дроссель радиопомех L1 -> крышевой разъединитель QS1 -> быстродействующий выключатель QF1 -> провод 006 -> катушка 12-11 дифференциального реле КА2 провод 800 -> демпферный резистор R10 -> провод 801 -> контактор КМ1 -> провод 802 -> пусковой резистор R11 и параллельно включенный контактор КМ2 -> провод 803 -> вход блока защиты (А 1).

После запуска ПСН проверяется наличие низкого напряжения и проводится самодиагностика. Затем плавно запускается преобразователь: через пусковой резистор R11 подается напряжение контактной сети. Через 3 с его шунтирует контактор КМ2. Разъединитель QS6 служит для вывода из работы ПСН при его неисправности или по иным причинам.

Блок защиты А1 соединен с корпусом электровоза по цепи: провод 804 (817) -> контакт разъединителя QS6 -> провод 818 -> катушка 14-13 дифференциального реле КА2 -> провод 819 -> шунт RS5 -> заземляющие устройства колесных пар ХА2 — ХА5.

После блока защиты напряжение по проводу 820 подается на следующие блоки ПСН-200:

- А2-1 и А2-2 — регуляторы напряжения РН-3000;

- А2-3 и А2-4 — статические преобразователи СТПР-600;

- А2-5 — преобразователь частоты ПЧ ПСН;

- А7 и А8 — статические преобразователи СТПР-1000.

На выходе преобразователя напряжения имеются каналы для питания вспомогательных машин, аналогичные установленным на электровозах 2ЭС10. Возможно также питание оборудования локомотива от сети депо трехфазным напряжением 380 В через розетки Х5.

Чтобы повысить эксплуатационную надежность ПСН-200, предусмотрена схема резервирования с установкой переключателей QR1 — QR6. При неисправности одного из регуляторов напряжения микропроцессорная система управления и диагностики получает сигнал на перевод возбуждения тяговых двигателей в режим «Последовательное возбуждение». При этом блок А2-1 РН-3000(1) или А2-2 РН-3000(2) резервируется переключателем QR1 или QR2 соответственно.

Блоки А2-3 СТПР-600(1) и А2-4 СТПР-600(2) резервируются переключателями QR4 и QR5 соответственно. Блоки А7 СТПР-1000(1) и А8 СТПР-1000(2) не резервируются, в случае неисправности их цепи отключают переключателями QR3 или QR6. При этом машинист может выбирать, на каком возбуждении ТД продолжить вести поезд: либо отключить пару ТД с неисправным преобразователем СТПР-1000 и следовать на независимом возбуждении, либо перевести все ТД на последовательное возбуждение.

На электровозах с № 027 установлен преобразователь ПСН-210-3 измененной конструкции. В его силовой схеме уменьшили число переключателей QR и ввели принцип резервирования каналов ПСН. С локомотива № 178 применили преобразователь СТПР-1000М4 для одновременной работы каналов питания обмоток возбуждения ТД и сети 600 В. Для этого в силовой цепи изменили рабочее положение переключателей QR1 и QR2. На электровозах с № 246 установлены преобразователь ПЧ и зарядное устройство (А5) с резервированием выходных каналов.

При этом из силовой цепи вспомогательных машин исключили переключатели QR3 — QR5, так как резервирование и подача питания на двигатели осуществляется через переключатели «МВ» и «МК» непосредственно на блоке ПЧ и зарядном устройстве (А5). В данной схеме питания двигатели вентиляторов подведены к одному выходному каналу, а второй преобразователь находится в резерве (рис. 5). В случаях выхода из строя двигателей вспомогательных машин переходят на второй (резервный) канал, установив переключатель в положение «2». При повторном отказе переключатель на блоке А5 можно перевести в положение «3».


ЭЛЕКТРОВОЗЫ ЭП2К

Преобразователи ПСН-100/ЗУ2 (А5, Аб) предназначены для питания трех независимых каналов (рис. 6) трехфазным напряжением переменного тока 380 В, 50 Гц. Конструктивно каждый преобразователь имеет в своем составе:

- высоковольтный понижающий преобразователь для преобразования напряжения контактной сети в промежуточное напряжение 620 В при гальванической развязке от входной сети;

- автономные инверторы напряжения АИН1 — АИНЗ, преобразующие напряжение 620 В в трехфазное напряжение 380 В. При этом на выходе АИН1 — постоянное напряжение 380 В с частотой 50 Гц, на выходах АИН2 и АИНЗ — регулируемое напряжение (U/f = const) от 0 до 380 В с частотой от 0 до 50 Гц;

- систему управления.

Уровень напряжения в контактной сети контролируют датчики напряжения, которые выдают сигнал в блок СУ ПСН для включения входного контактора и подачи питания на преобразователь. При этом образуется цепь: реактор L1 -> токоограничивающие резисторы R1 и R2 —> реактор L2 -> конденсаторы входных модулей. По мере заряда конденсаторов отключаются зарядные резисторы R1 и R2. Заданные значения тока и напряжения на конденсаторах поддерживаются на постоянном уровне.

Затем напряжение преобразуется в высокочастотное, которое подается на первичные обмотки трансформаторов блока ПСН. Со вторичных обмоток трансформаторов напряжение подается на выпрямительные блоки, а затем — на конденсаторы звена постоянного напряжения. С помощью выходных модулей АИН оно преобразуется в трехфазное.

Напряжение электровоза подается в силовые цепи вспомогательных машин через L-C-фильтры, установленные на выходе каждой питающей фазы преобразователя. Преобразователь запускается в течение 12 — 15 с. При необходимости (и наличии соответствующей версии программного обеспечения) машинист может проверить работу ПСН, нажав клавиши «4» + «9» на мониторе микропроцессорной системы управления электровоза (рис. 7).

Питание к двигателям вспомогательных машин подается с выходов ПСН (рис. 8).

К зажимам 1U5, 1V5, 1W5 АИН1 (А5) через контактор КМ108 и автоматические выключатели SF83, SF84 подключены двигатели М14, М15 мультициклонных фильтров. Одновременно через контактор КМ103, автоматический выключатель SF4 «Шкаф питания», контактор КМ105.1 питание поступает в шкаф питания А4.


К зажимам 2U5, 2V5, 2W5 АИН2 (А5) через контактор КМ107.1 и тепловое реле КК1 подключен двигатель М13 осевого вентилятора. Через другие контакты контактора КМ107.2 подается питание от выводов АИН2 преобразователя Аб.

К зажимам 3U5, 3V5, 3W5 АИНЗ (А5) через контактор КМ90.1 и тепловое реле ККЗ подключен двигатель Ml 1 винтового компрессора. Через другие контакты контактора КМ90.2 подается питание от выводов АИНЗ преобразователя Аб.

Реверсивные контакторы КМ90, КМ101, КМ105, КМ107 и КМ111 обеспечивают основное и резервное питание потребителей напряжения 380 В (50 Гц), шкафа питания, двигателей осевых вентиляторов и компрессора. Контакторы резервного питания от второго преобразователя включаются системой МПСУ в случае неисправности основного.

К зажимам 1U5, 1V5, 1W5 АИН1 (Аб) подключены:

- через контактор КМ112 и автоматические выключатели SF85, SF86 — двигатели Ml 7, Ml8 мульти-циклонных фильтров второго осевого вентилятора;

- через выключатель SF7 «Нагрузка 380 В», контактор КМ101.1, автоматические выключатели SF10 и SF65 — первичные обмотки трансформаторов Т1 иТ2;

- через выключатель SF7 «Нагрузка 380 В», контактор КМ101.1, автоматический выключатель SF3 «ПВИ» и контактор КМ104 — импульсный регулятор возбуждения U1 (кратковременно, до появления напряжения на пускотормозных резисторах).

В цепях вспомогательных машин предусмотрена подача напряжения на контакторы КМ105.1 и КМ101.2 от сети депо через соединитель XS4 и автоматический выключатель SF5 «Питание 380 В. Депо».

В ходе выпуска электровозов серии ЭП2К в их электрические цепи были внесены конструктивные изменения, призванные повысить их надежность. Так, в схемах локомотивов из первых партий, которые продолжают эксплуатировать, блоки ПСН получали питание по следующей схеме (рис. 9): «плюс» 3000 -> дифференциальное реле КАЗ -> провод 437 -> шина 460LU -> предохранитель FU1 (3) -> провод 451 (452) -> диоды модуля А20 -> провод 438 (461) -> шина 441Ш (464LU) -> провод 444 (467) предохранитель FU2(4) -> провода 445 — 448 (468 — 471) -> зажим XN4.

С корпусом локомотива преобразователь соединен по цепи: зажим XN2 -> провод 450 (473) -> ХТ80 -> датчик UA10 -> провод 432 -> КАЗ -» шунт RS3 -> «земля». Наличие входного напряжения 3000 В на преобразователе контролирует датчик высокого напряжения, входящий в него.

При включении контакторов КМ81 (КМ84) по цепи: провод 442 (465) -> токоограничивающие резисторы R18 и R19 —> провод 443 (466) -> ХТ82 (ХТ83) -> провод 440 (463) напряжение контактной сети поступает на зажимы XN1 преобразователей. Начинается заряд конденсаторов, расположенных в модулях входных преобразователей. По мере заряда появляется и растет напряжение на промежуточной шине преобразователя. После заряда контакторы КМ82 и КМ83 включаются, а КМ81 и КМ84 — отключаются.

Для предварительного прогрева преобразователя в случаях, когда температура окружающего воздуха опустится ниже минус 40 °C, включают контакторы КМ80 и КМ85. В данном случае напряжение контактной сети подается на разъем ХТ81 (ХТ84) через провод 447 (470) и зажим XN3 на резисторы R2 — R5.

В дальнейшем при модернизации цепей преобразователя ПСН из силовой цепи электровоза (рис. 10) исключили контакторы КМ81 (КМ84) и КМ80 (КМ85), а функции зарядных резисторов реализовали непосредственно в блоках ПСН.

Модернизация локомотивов привела к изменениям в монтажных схемах и расположении оборудования (рис. 11). Так, изначально в силовых цепях использовали токоограничивающие резисторы R18 и R19, электромагнитные контакторы типа 1 КМ.016 и дифференциальное реле типа РДЗ-58-01, диодной мост располагался в высоковольтной камере вне блока БСА4.

После внесения изменений (рис. 12) из блока БСА4 исключили часть высоковольтной аппаратуры. Расположение электромагнитных контакторов типа 1 КМ.01 б относительно высоковольтных вставок FU1 и FU3 не изменилось. В дальнейшем в блоке БСА4 по-новому разместили оборудование, установив диодный мост А20, иначе расположили электромагнитные контакторы КМ82 (КМ83).

Одновременно электромагнитные аппараты типа 1 КМ.016 заменили контакторами СН800 110ER фирмы «Schaltbau». Поскольку из силовой цепи исключено реле КАЗ, изолятор ХТ80 и датчик тока UA10 перенесли в блок БСА1 и смонтировали рядом с электрическими шунтами RS1 — RS3 и блоком БИВМ-32 системы «Автоведение».

Более подробную информацию о конструкции и работе ПСН, а также их электрических цепей можно получить у специалистов заводов-изготовителей преобразователей.