Admin

Тяговое оборудование электропоезда ЭС1 «ЛАСТОЧКА»

В № 8 нашего журнала за этот год была опубликована обзорная статья об электропоездах серии ЭС «Ласточка», которую подготовили преподаватели Учебного центра Дирекции скоростного сообщения ОАО «РЖД» В.Б. ПЕТРОВ, А.С. КАЛЬНИЦКИЙ и С.А. ЗАБОЛОЦКИЙ. Предлагаем читателям новую статью этих авторов, в которой рассказывается о работе тягового оборудования и силовых электрических схемах (рис. 1) двухсистемного электропоезда ЭС1 в режимах тяги и электродинамического торможения.
Головные вагоны 01 и 02 электропоезда ЭС1 оборудованы четырьмя асинхронными тяговыми двигателями мощностью 320 кВт с самовентиляцией. Трехфазное переменное напряжение, изменяемое по величине и частоте в зависимости от скорости и необходимого тягового усилия, поступает на тяговые двигатели от тягового преобразователя, установленного в подвагонном контейнере головного вагона.

До подъема токоприемников FB-X01 системный переключатель FB-S02 находится в положении переменного тока. После подъема токоприемников на любом роде тока напряжение контактной сети напрямую подается к определителю напряжения FB-T02, а также к подвижным контактам системного переключателя FB-S02, расположенного на крыше электропоезда и находящегося в положении «Переменный ток». Напряжение контактной сети подводится также к ограничителю перенапряжений (разряднику) FB-F01, рассчитанному на напряжение пробоя 75 кВ (рис. 2). От блока управления определителя напряжения FB-T03 сигнал о типе напряжения в контактной сети поступает в систему управления электропоезда.

На участках переменного тока система управления посылает сигнал на включение разъединителя FB-Q03, который расположен на крыше промежуточного вагона 05. После того как аппарат включается, система управления формирует сигнал на опускание головного токоприемника, так как при наличии напряжения в контактной сети потребляемый ток незначителен в отличие от участков постоянного тока. Данная схема с одним поднятым токоприемником FB-X01 является штатной для эксплуатации на переменном токе. При этом системный переключатель FB-S02 (рис. 3) остается в своем изначальном положении — «Переменный ток».

После включения главного выключателя (ГВ) FB-Q01 на вагоне 04 (вагон с поднятым токоприемником) переменное напряжение 25 кВ от аппарата FB-X01 поступает на первичную обмотку тягового трансформатора, расположенного в контейнере вагона 04, по цепи: контакты системного переключателя FB-S02, замкнутые в положении «Переменный ток», —> замкнутые силовые контакты FB-Q01 ГВ —> датчики тока FB-T04, FB-T05.

Одновременно через крышевую проводку переменного тока, разъединитель FB-Q03 переменного тока вагона 05 и датчик тока FB-T05 напряжение 25 кВ приходит на первичную обмотку тягового трансформатора вагона 03. Между датчиками тока FB-Т04 и FB-T05 установлен ограничитель перенапряжения FB-F02, рассчитанный на напряжение пробоя 75 кВ. Он служит дополнительной защитой тягового трансформатора.

Далее, через первичные обмотки обоих тяговых трансформаторов FB-TO1 вагонов 03 и 04, датчики тока FB-T06 переменный ток попадает на заземляющие устройства FA-X12 — FA-X14, расположенные на второй, третьей и четвертой осях вагонов 03 и 04. Устройства FB-T04 — FB-T06 передают в систему управления поездом значения протекающих через них токов.

Несовпадение токов, измеренных датчиками FB-T05 и FB-T06 одного вагона, система управления воспринимает как утечку тока или короткое замыкание в тяговом трансформаторе. Поэтому она отправляет сигнал на отключение силовой цепи (ГВ) и выдает машинисту диагностическое сообщение.

Если возникает разница между показаниями датчика тока FB-T04 и суммой показаний датчиков FB-T05 вагонов 03 и 04, то система управления расценивает это как короткое замыкание или утечку тока через крышевое оборудование 25 кВ. Она дает сигнал на отключение ГВ и также, как в предыдущем случае формирует соответствующие диагностическое сообщение и рекомендации машинисту.

При напряжении на первичных обмотках 25 кВ на вторичных обмотках тяговых трансформаторов формируется переменное напряжение 1668 В, которое подводится к тяговому преобразователю. Для электроснабжения климатических установок электропоезда (а также питания шины отопления 3 кВ) на одной из вторичных обмоток образуется переменное напряжение 2994 В.

Еще на одной из вторичных обмоток тягового трансформатора формируется переменное напряжение 499 В. Оно подводится к фильтру электромагнитной совместимости, состоящему из дросселя FB-LO3, конденсатора FB-C02 и резистора FB-RO1. Это устройство защищено предохранителем FB-F05.


Асинхронные тяговые двигатели получают питание от тягового преобразователя, находящегося в контейнерах головных вагонов 01 и 02. В преобразователе имеются два независимых промежуточных контура, от каждого из которых получают питание автономные инверторы напряжения (АИН), обеспечивающие питание асинхронных тяговых двигателей первой и второй тележек указанных вагонов.

Автономные инверторы собраны на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT, на схеме обозначены А1 — А6), управляемых блоками БУП1 и БУП2 в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия. Транзисторы IGBT работают по принципу управляемых переключателей (ключей) с относительно высокой частотой коммутации.

От вторичных обмоток тягового трансформатора переменное напряжение 1668 В поступает к переключателям типа напряжения Q1.1 (Q2.1) в тяговом преобразователе. Каждая вторичная обмотка тягового трансформатора питает свой промежуточный тяговый контур БУП1 (БУП2). На входе каждого промежуточного контура БУП1 (БУП2) установлен четырехквадрантный регулятор 4QS. Он состоит из транзисторов А1 — А4 и преобразует однофазное переменное напряжение вторичной обмотки тягового трансформатора в постоянное напряжение промежуточного контура.

Рассмотрим принцип действия тягового привода на примере одного из промежуточных контуров БУП (см. рис. 1). По сигналам системы управления БУП задает необходимое тяговое усилие, контролирует напряжение и ток промежуточного контура. Переменное напряжение 1668 В вторичной обмотки тягового трансформатора поступает через датчик входного тока В1 к переключателю типа напряжения Q1.1 и далее — к силовым транзисторам АЗ, А4 регулятора 4QS. (На схеме переключатели Q1.1 и Q2.1 показаны в положении «Переменный ток».)

Второй вывод тягового трансформатора через включенный контактор Q100 и резистор R10 подсоединен к силовым транзисторам Al, А2 регулятора 4QS. Резистор R10 ограничивает ток заряда конденсатора промежуточного контура С1. Таким образом, посредством переключателя Q1.1 и включенного контактора Q100 четырехквадрантный регулятор 4QS оказывается под однофазным напряжением.

После открытия транзисторов IGBT А1 — А4 замыкаются вторичные обмотки тягового трансформатора, и в них увеличивается ток. В результате благодаря индуктивности обмоток тягового трансформатора в обмотках накапливается энергия.

При размыкании вторичной обмотки тягового трансформатора в ней образуется электродвижущая сила самоиндукции, направленная в ту же сторону, что и напряжение вторичной обмотки. Энергия, запасенная в конденсаторах промежуточного контура Cl (С2), сбрасывается в промежуточный контур БУП через обратные диоды 4QS.

(Напоминаем, что конденсаторы С1, С2 при запуске тягового преобразователя заряжаются. При мгновенном снятии напряжения с промежуточного контура они разряжаются. Тем самым компенсируется провал напряжения.)

Четырехквадрантный регулятор 4QS выполняет несколько функций. Во-первых, он преобразует напряжение вторичной обмотки тягового трансформатора в постоянное напряжение промежуточного контура, повышая его до рабочих пределов. Во-вторых, регулятор 4QS преобразовывает постоянное напряжение промежуточного контура в однофазное переменное напряжение для передачи в контактную сеть при рекуперативном торможении. В этом случае регулятор работает как инвертор, ведомый сетью.
Выпрямленное постоянное напряжение поступает на промежуточный контур БУП1. От него через контактор Q85 запитывается преобразователь собственных нужд ПСН. Конденсатор С1 служит для сглаживания пульсаций напряжения в промежуточном контуре.

Далее постоянное напряжение промежуточного контура поступает на вход инвертора PWR. Установив контроллер тягово-тормозных усилий в тяговое положение, машинист задает тяговое усилие в процентах. Цифровой сигнал о его величине поступает в центральный блок управления, который передает цифровой сигнал в блоки управления приводом БУП1 (БУП2).

После задания тягового усилия инверторы формируют на тяговых двигателях трехфазное переменное напряжение, изменяемое по величине и частоте благодаря открытию транзисторов IGBT, управляемых блоками БУП. На выходе инвертора PWR к тяговым двигателям установлены датчики тока В11, В12 (В21, В22), контролирующие сопротивление изоляции тяговых двигателей.

При задании тормозного усилия инвертор PWR снижает частоту приложенного напряжения, при которой частота вращения магнитного поля статора становится меньше частоты вращения ротора асинхронного двигателя. При этом тяговые электромашины переходят в режим генератора. Энергия от тяговых двигателей поступает через обратные диоды инвертора на промежуточный контур тягового преобразователя.

Затем постоянное (выпрямленное) напряжение передается на четырехквадрантный регулятор. По сигналам БУП1 (БУП2) он преобразует постоянное напряжение промежуточного контура в однофазное переменное напряжение, которое затем поступает на вторичные обмотки тягового трансформатора.

В результате с первичной обмотки тягового трансформатора переменное напряжение, вырабатываемое двигателями в режиме работы генераторами, отдается в контактную сеть. Если нагрузки (потребителей) в контактной сети будет недостаточно для реализации необходимого тормозного усилия, то по сигналам блоков управления приводом БУП1 и БУП2 открываются транзисторы А5 и Аб, выполняющие роль тормозного регулятора. В результате ток промежуточного контура начинает протекать через тормозные резисторы, находящиеся на крыше головного вагона, т.е. происходит реостатное торможение электропоезда.

Если заданного тормозного усилия от рекуперативного или реостатного торможения будет недостаточно, то система управления посылает сигнал на блоки управления тормозами БУТ для реализации необходимого тормозного усилия электропневма-тическим тормозом. При этом возможно совместно применять электродинамическое и электропневматическое торможение.

На участках постоянного тока напряжение контактной сети подается к определителю напряжения FB-TO2 и к подвижным

контактам системного переключателя FB-S02, расположенного на крыше электропоезда. Постоянное напряжение 3 кВ подводится также к ограничителю перенапряжений (разряднику) FB-F01, рассчитанному на напряжение пробоя 75 кВ.


От блока определителя напряжения FB-T03 сигнал о типе напряжения в контактной сети передается в систему управления электропоезда. По ее сигналу подвижные контакты системного переключателя FB-S02 переключаются в положение «Постоянный ток». Система управления выдает сигнал на включение разъединителя постоянного тока FB-Q06, расположенного в подвагонном контейнере вагона 03. После включения разъединителя токоприемники вагонов 03 и 04 остаются поднятыми. Это соответствует штатному режиму эксплуатации электропоезда на постоянном токе в контактной сети.

В случае снятия напряжения с контактной сети оба БВ отключаются по сигналу системы управления, силовые контакты разъединителя постоянного тока размыкаются. Системный переключатель переходит в положение «Переменный ток». Датчик напряжения сети передает сигнал о его величине в систему управления поездом, которая выдает на интерфейс машиниста соответствующую информацию в виде гистограммы.

Если напряжение контактной сети находится в допустимых пределах, то машинист включает БВ. Напряжение 3 кВ через датчик сетевого тока поступает в сетевой фильтр-дроссель, находящийся в одном контейнере с тяговым трансформатором. После этого машинист получает информацию в виде гистограммы о токе, потребляемом из контактной сети.

Сетевой фильтр-дроссель служит для сглаживания колебаний потребляемого тока благодаря своей индуктивности. От него напряжение 3 кВ поступает на вход тягового преобразователя БУП1 (БУП2) и через датчик входного тока Bl (В2) — к переключателю рода тока в тяговом преобразователе Q1.1 (Q2.1), установленному в положение «Постоянный ток».

Далее напряжение контактной сети через силовые контакты Q1.1 (Q2.1) поступает на вторичные обмотки тягового трансформатора. Последние выступают в роли дополнительной индуктивности, сглаживающей броски тока из контактной сети. От вторичной обмотки тягового трансформатора напряжение 3 кВ через включенные контакторы Q100 (Q200), резистор R10 (R20), замкнутые контакты переключателя системы напряжения Q1.2 (Q2.2) приходит на промежуточные контуры БУП1 и БУП2.

Резистор RIO (R20) служит для ограничения тока заряда конденсаторов промежуточного контура С1 (С2). После их заряда включается контактор Q10 (Q20), и напряжение контактной сети поступает на промежуточный контур напрямую, минуя резистор RIO (R20).

Конденсаторы промежуточного контура С1 (С2) предназначены для защиты от пульсаций напряжения и стабилизации напряжения промежуточного контура. Датчики напряжения В13 (В23) контролируют допускаемый уровень напряжения промежуточного контура БУП1 (БУП2). В промежуточном контуре БУП1 (БУП2) установлен резистор R11 (R21) для разряда конденсатора промежуточного контура в случае отключения тягового преобразователя.

Далее напряжение с промежуточного контура подается на вход АИН. Когда система управления задает тяговое усилие, АИН преобразует напряжение промежуточного контура в трехфазное переменное напряжение, изменяющееся по величине и частоте, для питания асинхронных тяговых двигателей.

При электродинамическом торможении электропоезда, когда машинист задает необходимое тормозное усилие, асинхронные тяговые двигатели работают в генераторном режиме. Энергия торможения через обратные диоды инверторов передается на промежуточные контуры БУП1 и БУП2. Затем с промежуточного контура тормозной ток проходит по цепи: вторичные обмотки тягового трансформатора —> обмотки сетевого фильтра дросселя -> датчик сетевого тока -> БВ -> контакты системного переключателя и через токоприемник возвращается в контактную сеть.

Если напряжение в контактной сети больше или равно напряжению промежуточного контура, то рекуперативное торможение становится неэффективным. При этом открываются транзисторы А5 и А6 тормозного регулятора BST, и энергия торможения от тяговых двигателей гасится на тормозных резисторах FD-R01 и FD-R02.

Напоминаем, что электропоезд ЭС1 «Ласточка» имеет защиту от пониженного и повышенного напряжения в контактной сети как на постоянном, так и на переменном токе. В случае снятия напряжения, его отклонения от рабочих пределов система управления отключает БВ (или ГВ), защищая силовую цепь от повышенного или пониженного напряжения.

__________________
Если не можете скачать файл... / Наше приложение ВКонтакте / Какими программами открывать скачанное? | Распоряжения 1