Admin

Система вспомогательных машин пассажирских электровозов двойного питания

Инж.И.А. ЕРМИШКИН, г. Ожерелье

В силовые схемы вспомогательных машин электровозов двойного питания ЭП1О и ЭП20 введено большее число двигателей по сравнению с эксплуатируемыми локомотивами как постоянного, так и переменного тока. Однако распределенная система вентиляции на электровозах двух родов тока имеет минимальное число воздуховодов и меньшую общую мощность электрических машин. При этом частота вращения и производительность вентиляторов зависят от режима работы локомотивов и фактического уровня нагрева оборудования. Рассмотрим цепи вспомогательных машин электровозов ЭП10 (в сокращенном виде) и ЭП20.
Силовые цепи электровозов двойного питания ЭП10 и ЭП20 существенно отличаются от подобных традиционных схем локомотивов, выпускаемых отечественными локомотивостроительными заводами. Это вызвано применением управляемых статических преобразователей на основе запираемых (выключаемых) тиристоров (англ. Gate Turn Off, GTO) или биполярных транзисторов с изолированным затвором (англ. Insulated-Gate Bipolar Transistor, IGBT) и плавным регулированием напряжения и частоты асинхронного тягового двигателя.

Одновременно введено промежуточное звено постоянного тока, в котором с помощью широтно-импульсной модуляции поддерживается постоянное напряжение. Это позволяет использовать данную цепь для питания вспомогательных машин электровоза. Однако необходим также отдельный преобразователь собственных нужд, работой которого управляет микропроцессорная система управления электровозом.

Данная статья позволит повысить уровень образования работников локомотивного хозяйства. Читайте также про образование в Австрии
http://www.studyaustria.ru

ЭЛЕКТРОВОЗ ЭП10

Питание к преобразователю собственных нужд U4 подается от промежуточных звеньев постоянного напряжения тяговых преобразователей UZ1, UZ3 через высоковольтные предохранители (рис. 1). Так обеспечивается стабильное электроснабжение всех электрических машин в режимах тяги и электрического торможения.

Преобразователь собственных нужд состоит из двух идентичных каналов, формирующих две независимые трехфазные цепи с номинальным выходным линейным напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Питание в силовые цепи вспомогательных машин подается через разделительные трансформаторы Т5 и Тб. Они имеют схему соединения обмоток «треугольник» — «звезда» и нулевые выводы, чтобы, кроме мощных трехфазных нагрузок от этих цепей, можно было питать однофазные нагрузки.

Производительность асинхронных двигателей регулируется изменением напряжения и частоты на выходе преобразователя с тремя рабочими ступенями:

• 1-я ступень — 130 В, 17 Гц;

• 2-я ступень — 250 В, 33 Гц;

• 3-я ступень — 380 В, 50 Гц.

При пуске вспомогательных машин и переходе с одной ступени регулирования на другую инверторы преобразователя собственных нужд плавно пропорционально изменяют выходное напряжение и частоту в необходимом диапазоне.

В штатном режиме работы один канал преобразователя BUR2 собственных нужд формирует стабильное нерегулируемое трехфазное напряжение 380 В с постоянной частотой 50 Гц. От него получают питание подсистемы 4 — б, 8 — 10. Особенность работы данного канала заключается в работе мотор-компрессоров. Для облегчения запуска двигателя напряжение и частота кратковременно снижаются, что не влияет на работу других двигателей этого канала.


Второй канал преобразователя собственных нужд — BUR1 — формирует регулируемое трехфазное напряжение с тремя ступенями. От данного канала получают питание подсистемы 1 — 3, 7. Они обеспечивают охлаждение основного тягового оборудования и вентиляцию внутри кузова электровоза. Включение одной из трех ступеней производительности вентиляции определяется и задается системой управления по оборудованию, имеющему максимальный уровень нагрева. При включении вентиляторов охлаждения тормозных резисторов система управления всегда переводит этот канал на полную мощность, чтобы исключить даже кратковременный перегрев тормозных резисторов.

В случае выхода из строя одного из каналов в схеме цепей собственных нужд предусмотрели перевод всех вспомогательных машин на питание от второго исправного. Однако его мощности в аварийном режиме недостаточно, чтобы двигатели работали с номинальной производительностью.

В данном случае частота питания составляет 45 Гц, что снижает производительность системы охлаждения. Поэтому система управления тяговым приводом автоматически снижает максимальную тяговую мощность электровоза на 10 %, что позволяет избежать перегрева оборудования.

Для этого в силовой цепи установлен контактор резервирования КМЗ, который в штатном режиме разомкнут. Чтобы обеспечить сбор аварийной схемы, система управления электровозом контактором КМ1 или КМ2 отключает неисправный канал от цепей собственных нужд и включает контактор КМЗ.

В силовой цепи питание от выходных зажимов трансформаторов Т5 (Тб) по проводам С100, С200, СЗОО (С130, С230, СЗЗО) подается на предохранители F12 — F14 или F15 — F17 и далее — на трехфазный контактор КМ1 или КМ2. От контактора КМ1 получает питание трехфазная магистраль С102, С202, С302 для регулируемой группы, а от контактора КМ2 — магистраль С132, С232, С332 для нерегулируемой группы.

Трехфазные электрические машины подключаются к питающим магистралям через отдельные индивидуальные трехфазные контакторы. Исключение составляют двигатели вентиляторов тяговых двигателей и тормозных резисторов. Здесь один контактор (КМ10, КМ12, КМ14, КМ16, КМ18, КМ20) подсоединяет два параллельно соединенных двигателя. В этом случае индивидуальное включение вентиляторов не имеет смысла, так как схемы резервирования предусматривают возможность отключения цепей тяговых преобразователей одной тележки, а значит, всегда двух тяговых двигателей и двух блоков тормозных резисторов.


К регулируемой по напряжению и частоте группе вспомогательных машин относятся:

- двигатели вентиляторов тяговых двигателей М10 — М15;

- двигатели вентиляторов тормозных резисторов М1 б — М21;

- двигатели вентиляторов теплообменников М7 — М9;

В двигатели вентиляторов наддува в кузове М31 — МЗЗ. Нерегулируемую группу вспомогательных машин составляют:

• двигатели жидкостных насосов тяговых преобразователей М22 — М24;

• двигатели маслонасосов тягового трансформатора М25, М2б и дросселей М27;

• двигатели мотор-компрессоров М35 и МЗб;

• цепи предварительного подогрева, заряда аккумуляторной батареи, печи, холодильник, кондиционеры и другие потребители.

Нулевой провод цепей нерегулируемой группы С01 в штатной схеме всегда подключен к трансформатору Тб. В случае отказа канала ВПр2 переключением сдвоенного контактора КМ4 обеспечивается подключение нулевого провода С01 к нулевой точке трансформатора Т5.

Случаи замыкания на «землю» цепей обоих каналов контролируют реле KV7 и KV8, которые получают питание через панели диодов U17 —- U19 и резисторы R7, R8 (R9, R10). Второй вывод катушек реле соединен с корпусом локомотива. При включении любого из реле в кабине машиниста загорается индикатор «РЗ» на панели индикации.

Для подачи трехфазного напряжения 380 В от сети депо на электровозе предусмотрена розетка Х1. Питание цепей собственных нужд при этом осуществляется замыканием трехфазного контактора КМ5.

ЭЛЕКТРОВОЗ ЭП20

Вспомогательные машины и другие потребители собственных нужд получают питание от вспомогательного блока питания вспомогательных цепей U4. Он представляет собой отдельный шкаф, в котором смонтированы четыре не зависящие друг от друга (с точки зрения силовых цепей и управления) преобразователя CVS1 — CVS4, имеющие общую систему принудительного воздушного охлаждения.

Первый канал CVS1-U4 вспомогательного блока подключен к звену постоянного напряжения второго канала тягового преобразователя U1 проводами В106 и В107 (рис. 2);

второй канал CVS2-U4 подсоединен к звену постоянного напряжения первого канала тягового преобразователя U2 проводами В206 и В207.

третий канал вспомогательного блока CVS3-U4 подключен к звену постоянного напряжения второго канала тягового преобразователя 112 проводами В235 и В236;

четвертый канал вспомогательного блока CVS4-U4 связан со звеном постоянного напряжения первого канала тягового преобразователя U3 проводами ВЗОб и В307.

Каждый канал во вспомогательном блоке U4.1 получает питание через высоковольтный предохранитель. Оно подается также на инвертор напряжения, который формирует из напряжения постоянного тока трехфазную сеть с номинальным напряжением 1500 В и номинальной частотой 50 Гц. Промежуточный контур каждого канала вспомогательного блока U4.1 содержит сглаживающий емкостный фильтр и датчик напряжения TV.

На выходе каждого инвертора имеются датчики тока ТА, через которые по проводам В150, В250, В350 получают питание обмотки трехфазных трансформаторов Т21 — Т24 с нулевой точкой. Последние понижают выходное напряжение каналов вспомогательного блока U4.1 до 380 В.

Вторичные обмотки трансформаторов соединены по схеме «звезда». Они подают питание на соответствующие фазы А — В — С (N) блока U4.2 и далее через датчики тока ТА — на коммутирующие контакторы. Между фазами трехфазных трансформаторов Т21 — Т24 и датчиками тока включены конденсаторы С, которые вместе с индуктивностями вторичной обмотки этих трансформаторов образуют синус-фильтр.

Цепи собственных нужд разделены на потребителей, питающихся регулируемым напряжением и частотой, и на потребителей, работающих при фиксированном напряжении и частоте.

В соответствии со схемой (рис. 3) в штатном режиме одна часть потребителей первой группы, питающихся регулируемым напряжением и частотой, подключена ко второму каналу вспомогательного блока U4, а другая — к его четвертому каналу. При этом в зависимости от температуры охлаждаемых объектов выходные частота и напряжение регулируются автоматически ступенями.

Потребители второй группы, питающиеся фиксированным напряжением и частотой, также разбиты на две части, одна из которых подключена к первому каналу вспомогательного блока U4, а вторая — к его третьему каналу.

В трехфазную сеть каждой группы потребителей напряжение подается с помощью следующих линейных контакторов:
- контактор C(IS)OND-CVS1 коммутирует нагрузку первого канала вспомогательного блока U4.2;

- контактор C(IS)OND-CVS2 коммутирует нагрузку второго канала вспомогательного блока U4.2;

- контактор C(IS)OND-CVS3 коммутирует нагрузку третьего канала вспомогательного блока U4.2;

- контактор C(IS)OND-CVS4 коммутирует нагрузку четвертого канала вспомогательного блока U4.2.

К первому и второму каналам проводом С23 подключен нейтральный провод для потребителей напряжения 220 В.


При неисправности любого канала вспомогательного блока U4 собирается одна из схем резервирования. Происходит переконфигурация цепей собственных нужд. Линейный контактор неисправного канала вспомогательного блока U4 при этом автоматически отключается.

Существуют следующие схемы резервирования неисправных каналов вспомогательного блока U4:

первый канал — отключается линейный контактор C(IS)OND-CVS1 и включается контактор резервирования C(SE)CVS12. Все потребители первого неисправного канала подключаются к исправному второму каналу. При этом выходные параметры второго канала становятся нерегулируемыми;

второй канал — отключается линейный контактор C(IS)OND-CVS2 и включается контактор резервирования C(SE)CVS12. Все потребители данного неисправного канала подключаются к исправному первому каналу, причем выходные параметры второго в этом случае не регулируются;

третий канал — отключается линейный контактор C(IS)OND-CVS3 и включается контактор резервирования C(SE)CVS34. Все потребители неисправного канала подключаются к исправному четвертому каналу. При этом выходные параметры третьего канала вспомогательного блока U4 становятся нерегулируемыми;

четвертый канал — отключается линейный контактор C(IS)OND-CVS4 и включается контактор резервирования C(SE)CVS34. Все потребители данного неисправного канала подключаются к исправному третьему, причем выходные параметры четвертого канала в этом случае не регулируются.

Наличие напряжения на выходе канала вспомогательного блока U4, защиту от токов перегрузки и коротких замыканий силовых цепей выполняют специальные устройства, входящие в его конструкцию.

В качестве привода вентиляторов, компрессоров, маслонасосов и водяных насосов использованы трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Согласно силовой схеме, в штатном режиме работы вспомогательного блока 114отего первого канала получают питание следующие приводные двигатели:

- вентиляторов обдува блока питания вспомогательного блока U4, конструктивно входящего во вспомогательный блок U4.2;

- жидкостных насосов тяговых преобразователей U1 — U3;

У маслонасосов тягового трансформатора Т1.11.

От второго канала вспомогательного блока U4 получают питание приводные двигатели:

- вентиляторов обдува первого, второго, третьего и шестого тяговых двигателей М40, М41, М42 и М45 соответственно;

- вентилятора обдува радиатора тягового преобразователя U 1.3;

- вентилятора наддува в кузов М50.

От третьего канала вспомогательного блока U4 получают питание приводные двигатели:

А вентиляторов обдува тормозных резисторов М16 — М21;

А главных компрессоров МС1 и МС2 блока компрессорного оборудования All.

От четвертого канала вспомогательного блока U4 получают питание приводные двигатели:

> вентиляторов обдува четвертого и пятого тяговых двигателей М43 и М44 соответственно;

> вентиляторов обдува радиаторов тяговых преобразователей U2 и U3;

> вентилятора наддува в кузов М51.

Питание каждого двигателя осуществляется через соответствующий трехфазный контактор и тепловое реле.

От первого канала вспомогательного блока U4 через контактор КМ12 и провода С142, С242, С342 и С23 получают питание 380 В и 220 В переменного тока цепи собственных нужд локомотива. Контактор КМ73 подводит напряжение к нагревательным элементам тяговых преобразователей U1 — U3 и другим устройствам:

❖ U1 — по проводам 6143 и С243;

❖ U2 — по проводам С243 и С343;
❖ U3 — по проводам С143 и С343;

❖ блоку компрессорного оборудования А11 — по проводам С243 и С23;

❖ санитарному модулю Е85 — по проводам С343 и С23;

❖ элементу Е90 подогрева блока радиостанции — по проводам С243 и С23.

В заключение следует отметить, что рассмотренный принцип конструирования преобразователей и схем питания вспомогательных машин является основным на современных сериях электро-подвижного состава (таких как 2ЭС10, 2ЭС6, ЭП2К), на которых в силовых цепях вспомогательных машин установлены асинхронные двигатели.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК