Схема цепей управления электровоза 2ЭС4К «ДОНЧАК»
В минувшем году в нашей стране начат серийный выпуск двухсекционных грузовых электровозов постоянного тока 2ЭС4К «Дончак». Многие узлы его механической части унифицированы с элементами электровоза переменного тока 2ЭС5К «Ермак». Об особенностях его электрических схем журнал «Локомотив» рассказал в N9 8, 9 за 2008 г. К началу 2009 г. на дороги России поступили 14 новых локомотивов.
Реализованные на электровозе современные технические новшества позволили повысить его технико-экономические показатели по сравнению с существующими аналогами — электровозами серий ВЛ10 и ВЛ11, улучшить условия труда локомотивных бригад. На «Дончаках» повышены эффективность защиты оборудования от аварийных режимов, безопасность движения, реализованы функции самодиагностики и статистического учета эксплуатационных параметров. Одной из особенностей электровоза 2ЭС4К является наличие микропроцессорной системы управления (МПСУ) с широкими функциями управления, реализующими алгоритмы контроля, диагностики, защиты тягового и вспомогательного приводов. Предлагаем вниманию читателей статью с описанием цепей управления нового электровоза.
Управляют электровозом с помощью контроллера машиниста, выключателей и тумблеров. Контроллером задают направление движения и режим работы, осуществляют пуск, электрическое торможение и регулирование скорости электровоза.
Выключатели и тумблеры предназначены для управления токоприемниками, аппаратами защиты, вспомогательными машинами и другим электрооборудованием.
Чтобы исключить ошибки при управлении, которые возможны при одновременном включении в обеих секциях выключателей блоков выключателей S20 или контроллеров машиниста SM1, предусмотрено запирание выключателей в отключенном положении специальным ключом, а контроллера машиниста — механическими блокировками, исключающими вращение реверсивного и главного валов при снятой реверсивной рукоятке (выполненной съемной в нулевом положении). Для управления выключателями блока S20, не запирающимися ключом из головной кабины, их цепи подключаются контактами блокировочного переключателя SA3. Чтобы предотвратить приведение электровоза в движение, когда тормоза не переключены на управление из рабочей кабины, установлено устройство блокирования тормозов, имеющее съемную рукоятку.
Характеристики цепей управления электровоза 2ЭС4К
Номинальное напряжение, В...................................... 110
Номинальная мощность, кВт.........................................20
Пульсация напряжения, %, не более............................... 1
Рабочий диапазон напряжения питания, В....... 77 — 137
Применение МПСУ повысило точность управления, существенно сократив при этом время реакции на срабатывание устройств защиты.
Важными элементами схемы управления являются следующие цепи:
- поднятия токоприемников;
- управления быстродействующим выключателем (БВ);
- контроллера машиниста;
- индикации сигналов управления, защиты и контроля;
- включения вспомогательных машин;
- подсыпки песка;
- управления краном машиниста.
Рассмотрим их более подробно.
Система питания цепей управления — двухпроводная с заземленным «минусом». Источником питания является шкаф питания U3 и щелочные никель-кадми-евые аккумуляторные батареи GB1, GB2. Шкаф питания представляет собой статический преобразователь напряжения переменного тока в напряжение пульсирующего тока и служит для питания цепей управления стабилизированным напряжением 110 В, а также заряда аккумуляторных батарей. Он получает питание от преобразователя U1 напряжением 600 В при включенном контакторе КМ31. Контактор включается тумблером «Включение ШП».
Питание цепей управления осуществляется по следующей цепи:тиристор VS1 (в первый полупериод), VS2 (во второй полупериод), дроссель L1, пакетный переключатель SA1, предохранитель FU2, провод Э01, нагрузка, провод Е0, пакетный переключатель SA1, диод VD4 (в первый полупериод), VD3 (во второй полупериод). Для снижения величины пульсации выпрямленного напряжения предусмотрен дроссель L1. Напряжение цепей управления измеряется вольтметром PV при установке тумблера SA4 в положение «Цепи управления». Для измерения напряжения аккумуляторных батарей необходимо переключить тумблер SA4 в положение «Напряжение батареи».
Питание цепей управления от деповского источника постоянного или пульсирующего тока напряжением 99 — 121 В может поступать через розетку Х20. При этом пакетный переключатель SA1 должен находиться в положении «Источник депо», а пакетный переключатель SA2 «Батарея» — в положении «Нормально» или в среднем положении.
Аккумуляторные батареи заряжаются по цепи: «плюс» выпрямителя, тиристор VS3, сглаживающий реактор L2, пакетный переключатель SA2, предохранитель FU3, провод Н01, аккумуляторные батареи GB1 — GB4, провод Н04, предохранитель FU5, шунт амперметра RS1, пакетный переключатель SA2, «минус» выпрямителя. Заряд полностью или частично разряженных батарей осуществляется током, не превышающим 31 А.
По мере восстановления емкости напряжение растет и при достижении определенной величины, зависящей от температуры окружающей среды, стабилизируется. Для искпючения исчезновения напряжения при переключении контакта КМ шкафа питания U3 по проводу НОЮ подается напряжение (0,8 номинала GB) от 69-й банки аккумуляторной батареи на шкаф питания U3 (Х2:16). Ток батарей измеряется с помощью амперметра РА1.
Батареи можно заряжать от деповского источника напряжения постоянного или пульсирующего тока через розетку Х21. Предварительно пакетный переключатель SA2 шкафа питания необходимо установить в положение «Источник депо». Предусмотрен также заряд батареи от шкафа питания U3 другой секции. При исчезновении напряжения на обмотке трансформатора T1 шкафа питания (например, выключение быстродействующего выключателя) цепи управления автоматически переключаются на питание от аккумуляторных батарей GB1 —GB4 по цепи: «плюс» батареи GB1, провод Н01, предохранитель FU3, пакетные переключатели SA2, SA1, предохранитель FU2, провод Э01, цепи управления, провод Е0, пакетные переключатели SA1, SA2, шунт амперметра RS1, предохранитель FU5, провод Н04, «минус» батареи GB4. Цепи управления от токов короткого замыкания защищены выключателями: SF14, SF16 — SF25, SF28 — SF36, SF38, SF39, SF41 — SF45, SF47, SF48, SF51 — SF54, SF61 — SF63, SF71 — SF76, SF89, SF91 — SF93.
ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОПРИЕМНИКАМИ
Для подъема токоприемника ХА1 необходимо подать сжатый воздух в цилиндры привода токоприемника, включив электромагнитный вентиль Y10. Подъем возможен только при закрытых дверях и шторах высоковольтной камеры, закрытых пультах кабины, дверях преобразователей собственных нужд Шив нижнем положении переключателя QS5. Для питания цепей управления токоприемниками необходимо включить выключатель SF21 «Токоприемники».
Включают токоприемники с помощью выключателей «Токоприемник передний» (головная секция), «Токоприемник задний» (прицепная секция) блока выключателей S20. После этого подается напряжение на катушку промежуточного реле KV44 через панель диодов U69 или U70, контакты датчика-реле давления SP5, переключателя QS5 и низковольтной блокировки SQ6, блок управления системой автоматического пожаротушения и преобразователя U1.
Панели диодов U69 и U70 предназначены для исключения подачи напряжения от провода Э29 на провод ЭЗО и обратно. Контакты переключателя QS5 замкнуты, когда он не находится в положении питания тяговых двигателей от сети депо через розетки XI, Х2. Контакты SP5 замыкаются при повышении давления воздуха в магистрали токоприемника до 0,45 — 0,48 МПа (4,5 — 4,8 кгс/см2) и размыкаются при снижении до 0,27 — 0,29 МПа (2,7 — 2,9 кгс/см2).
После включения реле KV44 происходит следующее:
♦ замыкающие контакты (з.к.) Н331 — Н332 подготавливают к включению вентиль токоприемника У10 от блока А55, обеспечивающего подъем токоприемника;
♦ з.к. Н017 — Н246 подает информацию в блок А55 о включении реле KV44;
♦ з.к. Н288 — Н289 в цепи розетки Х22 подготавливает к включению контактор депо, подающий напряжение от сети депо.
МПСУ программным способом обеспечивает выполнение следующих требований:
♦ запрещается подъем токоприемников при включенном на любой секции быстродействующем выключателе
(БВ): контакт БВ подключен на вход МПСУ (блок А55) проводом Н230;
* запрещается подъем токоприемников, если включен тумблер S1 «От депо» на любой из секций: контакт тумблера S1 подключен на вход МПСУ (блок А55) проводом Н423, а также если переключатель QS5 находится в верхнем положении (контакт переключателя QS5 подключен на вход МПСУ проводом Н64);
* при работе одним электровозом (две секции) может быть поднят любой из токоприемников или два токоприемника;
f при работе двумя электровозами (четыре секции) могут быть подняты токоприемники на второй и четвертой секциях по ходу движения или на первой и третьей, либо все четыре токоприемника;
v при работе электровоза с третьей секцией могут быть подняты два токоприемника на второй и третьей секциях по ходу движения или на первой и второй секциях, или три токоприемника.
ЦЕПИ АППАРАТУРЫ МПСУ
Для включения и управления электрооборудованием необходимо включить блоки управления А55, А56 и блоки индикации А78. Чтобы включить аппаратуру МПСУ, необходимо:
★ включить выключатели SF24 «МПСУ», SF61 «МПСУ», SF62 «МПСУ», SF91 «Контроллер 1» (МПК1), SF92 «Контроллер 2» (МПК2), SF93 «Блок индикации», SF29 «Сигнализация», SF89 «Датчики скорости», SF71 «Аппаратура 1-1», SF72 «Аппаратура 1-2», SF73 «Аппаратура 2-1», SF74 «Аппаратура 2-2»;
★ перевести в рабочее положение рукоятку блокирования тормозов. При этом включается переключатель SA3;
★ включить выключатель МПСУ блока выключателей S20. Напряжение на выключатель подается от выключателя SF24 МПСУ.
После выключателя МПСУ блока выключателей S20 напряжение поступает на катушку контактора КМ75. Включившись, контактор КМ75 подает напряжение на тумблеры S5 — S8 и S33 — S36, обеспечивающие включение МПСУ на каждой секции, а также включение нужного контроллера (МПК1 или МПК2). Так, при включении тумблера S5 через блокировку переключателя SA3 (замкнута только на ведущей секции) и блокировку промежуточного реле KV16 (замкнута только в нулевом положении контроллера машиниста SM1) получает питание катушка контактора КМ55.
Включившись, он подает напряжение от источника питания U3 через выключатели МПСУ SF61 и SF62 на источник питания А88. От него через панель диодов U55 напряжение 50 В постоянного тока поступает к следующей аппаратуре МПСУ:
❖ микроконтроллеру МПК1 —через выключатель SF91 «Контроллер 1» (МПК1), контакты контактора КМ77;
микроконтроллеру МПК2 — через выключатель SF92 «Контроллер 2» (МПК2), контакты контактора КМ78;
❖ блоку индикации А78 — через выключатель SF93 «Блок индикации»;
цепям сигнализации — через выключатель SF29 «Сигнализация»;
❖ цепям датчиков скорости — через выключатель SF89 «Датчики скорости»;
❖ цепям регулятора тока возбуждения U15, U25 — через выключатель SF28 «Возбудители».
При температуре ниже минус 25 °С должен быть включен выключатель SF63 «Обогрев МПСУ» для подогрева выключателей блоков управления А55 и А56. При температуре выше нуля они должны быть выключены. Контакторы КМ77, КМ78 включаются тумблерами S33 — S36 только из ведущей секции в нулевом положении контроллера машиниста SM1. При включении контактора КМ77 в работе будет находиться МПК1, а при включении контактора КМ78 — МПК2. Через контакты контакторов КМ77 и КМ78, выключатели SF71 — SF74, провода Н55 — Н58 осуществляется питание аппаратуры, управляемой блоками А55 и А56.
ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ БВ QF1
Для управления быстродействующими выключателями QF1 предусмотрены выключатели «БВ и возврат защиты» в блоке выключателей S20. При включении выключателя БВ получает питание от МПСУ (блок А55) удерживающий вентиль выключателя QF1 на всех секциях при следующих условиях:
- в МПСУ (блок А55) по проводу Э11 поступает напряжение от выключателя БВ;
- напряжение контактной сети находится в диапазоне 2200 — 4000 В (контролирует датчик TV1);
- блок А5 готов к работе (готовность блока передается в блок А55 по проводу Н120).
Кроме того, от выключателя БВ по проводу Э11 через балластные резисторы поступает напряжение на катушку реле дифференциальной защиты КА1, подготавливая его к включению. После включения выключателя «Возврат защиты» блока S20 от МПСУ (блок А55) получают питание включающие вентили QF1 на всех секциях при следующих условиях:
♦ включены реле дифференциальной защиты КА1 обоих секций (контакт реле КА1 подключён на вход МПСУ, блок А55). Включение реле осуществляется контактором КМЗЗ, катушка которого получает питание от МПСУ (блок А55) при включении выключателя «Возврат защиты»;
+ включены быстродействующие токоограничивающие выключатели QF11, QF21 (контакты выключателей подключены на входы МПСУ, блок А55). Включение выключателей QF11, QF21 происходит при подаче напряжения на их включающие катушки непосредственно от выключателя «Возврат защиты» (провод Э12). Оперативное отключение выключателя QF1 осуществляется посредством выключения выключателя БВ блока выключателя S20.
Аварийное отключение выключателя QF1 происходит при коротких замыканиях в цепях ТД и вспомогательных машин (срабатывает реле дифференциальной защиты КА1, срабатывают выключатели QF11, QF21, любое из реле перегрузки КА11, КА12, КА21 или КА22). Для форсированного отключения QF1 предусмотрен блок А5. При подаче внешнего сигнала в блок А5 (зажим 2) он формирует импульсный сигнал на отключающую катушку QF1.
МПСУ (блок А55) выдает сигнал на блок А5 в следующих случаях:
★ срабатывает дифференциальное реле КА1;
* срабатывает выключатель QF11 или QF21;
★ срабатывает любое из реле перегрузки КА11, КА12, КА21, КА22;
* требуется аварийное отключение QF1 от МПСУ ПСН.
Внешний сигнал на блок А5 для форсированного отключения QF1 поступает также непосредственно на зажим 2 блока от провода Н048 через блокировку дифференциального реле КА1 и выключателей QF11, QF21.
ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ МАШИНАМИ И УСТРОЙСТВАМИ
Ими управляет блок А56 после включения выключателей «ПСН», «Компрессоры», «Вентиляторы» блока выключателей S20 и тумблерами S9 «Компрессор», S14 «Компрессор», S11 «Вентилятор 1», S12 «Вентилятор 2». Тумблеры предназначены для отключения при необходимости соответствующих двигателей (например, в случае неисправности).
Управление главным компрессором. Для управления главным компрессором предусмотрены следующие органы управления: выключатель «Компрессоры» блока выключателей S20, тумблер S14 «Компрессор», кнопка S9 «Компрессор», датчик давления SP6, контакты которых подключены на входы МПСУ электровоза (блок А56). Двигатель компрессора подключается к источнику питания (ПСН) с помощью контактора КМ 19, катушка которого подсоединена к выходу МПСУ (блок А56).
Для защиты двигателя компрессора от перегрузок предусмотрено тепловое реле КК19, контакт которого подключен на вход МПСУ. Он размыкается при срабатывании (отключении) теплового реле. Для возврата теплового реле в исходное состояние после отключения предусмотрена катушка КК19, подключенная к входу МПСУ. Она получает питание при включении выключателя «Возврат защиты».
При включении выключателя «Компрессоры» блока выключателей S20 МПСУ электровоза дает команду в МПСУ ПСН включить контактор и подготавливается к приему команды по управлению компрессором. МПСУ ПСН при этом включает контактор КМ11. Включенное состояние тумблера S14 (включается и отключается на каждой секции) определяет, что на этой секции должен работать компрессор. Соответственно, если тумблер выключен, то на ней компрессор не должен работать. При этом МПСУ электровоза не дает команду в МПСУ ПСН о включении компрессора, и МПСУ ПСН не включает контактор КМ11.
Замкнутое состояние контактов датчика давления SP6 или кнопки S9 «Компрессор» является командой на включение контактора КМ 19. После этого МПСУ выдает команду в ПСН о плавном запуске компрессора. Сигнал от кнопки S9 воспринимается только из ведущей секции, а сигнал от датчика давления SP6 — из любой секции электровоза. При размыкании контактов датчика давления SP6 на всех секциях и кнопки S9 «Компрессор» контактор КМ 19 отключается, и отключается компрессор.
Для облегчения запуска компрессора предусмотрен разгрузочный клапан У5. Его катушка подсоединена к выходу МПСУ (блок А56). При отключенном состоянии контактора КМ 19 катушка клапана получает питание на тех секциях, где включен тумблер S14. При включении контактора КМ 19 катушка клапана У5 обесточивается через 5 с. При отключении теплового реле КК19 (контакт КК19 разомкнут) снимается питание с катушки контактора КМ 19 на той секции, где отключилось тепловое реле. При возврате теплового реле в исходное состояние контактор КМ 19 может быть включен вновь.
Управление вентиляторами. Для управления вентиляторами предусмотрены следующие органы управления: выключатель «Вентиляторы» блока выключателей S20, тумблер S11 «Вентилятор 1», тумблер S12 «Вентилятор 2», датчики тока ТА14, ТА15, ТА24, ТА25, датчики температуры тяговых двигателей. Датчики тока и температуры подключены к МПСУ (блок А55), а блокировки выключателя и тумблеров — на входы МПСУ (блок А56). Подключение двигателей вентиляторов к источнику питания (ПСН) осуществляется с помощью пускателей КМ68, КМ69. Катушки пускателей подсоединены к выходу МПСУ (блок А56).
Для защиты двигателей вентиляторов от перегрузок предусмотрены тепловые реле, входящие в конструкцию пускателей. Их контакты подключены на входы МПСУ (блок А56) и размыкаются при срабатывании (отключении) теплового реле. Одновременно обесточивается катушка соответствующего пускателя на той секции, где отключилось тепловое реле. Защитное реле возвращается в исходное состояние после отключения автоматически, когда остынет тепловое реле. Включение пускателя после срабатывания теплового реле осуществляется только после включения выключателя «Возврат защиты».
При включении выключателя «Вентиляторы» блока выключателей S20 МПСУ включает пускатели КМ68, КМ69. Отключенное состояние тумблеров S11, S12 (включается или отключается на каждой секции) указывает, что на данной секции должен быть отключен соответствующий вентилятор (не включается пускатель КМ68 или КМ69, соответственно). Если отключены оба тумблера S11 и S12, то МПСУ электровоза не дает команду в МПСУ ПСН о включении вентиляторов, а МПСУ ПСН при этом не включит контактор КМ61.
При включении пускателей КМ68, КМ69 МПСУ электровоза дает команду в МПСУ ПСН о включении вентиляторов. МПСУ ПСН при этом включает контактор КМ61 и выдает напряжение на двигатели вентиляторов, соответствующее первой ступени вентиляции. Частота вращения вентилятора изменяется в зависимости от величины токов и температур, поступающих в МПСУ электровоза от соответствующих датчиков. Повышение ступени вентиляции на всех секциях происходит по команде от МПСУ электровоза из любой секции, понижение ступени вентиляции — при условии, что МПСУ электровоза на всех секциях дали команду на понижение. Отработка ступени вентиляции происходит в МПСУ ПСН.
Управление ПСН и каналом питания устройств микроклимата. Для этого предусмотрен выключатель ПСН блока выключателей S20, контакт которого подключен на вход МПСУ (блок А56). Подключение канала питания устройств микроклимата к источнику питания (ПСН) осуществляется с помощью контактора КМ53. Катушка контактора подсоединена к выходу МПСУ (блок А56).
При включении выключателя ПСН блока выключателей S20 МПСУ электровоза включает контактор КМ53 и дает команду в МПСУ ПСН на включение канала питания устройств микроклимата. При этом МПСУ ПСН запускает соответствующий инвертор (внутренний алгоритм ПСН), включает контактор КМ51 и выдает напряжение в канал питания устройств микроклимата.
Управление подключением регуляторов тока возбуждения U15, U25 к ПСН. Для этого предусмотрен выключатель «Возбудители» блока выключателей S20, контакт которого подключен к входу МПСУ (блок А56). Подключение регуляторов U15, U25 к источнику питания (ПСН) осуществляется через трансформаторы Т7 и Т8 с помощью контакторов КМ23 и КМ43 соответственно. Катушки контакторов КМ23, КМ43 подключены к выходам МПСУ (блок А56). '
При включении выключателя «Возбудители» блока S20 МПСУ электровоза включает контакторы КМ23 и КМ43 и дает команду в МПСУ ПСН на включение регуляторов тока возбуждения. МПСУ ПСН при этом включает контакторы КМ21 и КМ41. Подключение регуляторов тока возбуждения U15, U25 к источнику питания U1 должно осуществляться только при полностью исправном электрооборудовании.
Управление контакторами межсекционного резервирования ПСН (U1). Чтобы питать нагрузки системы собственных нужд и вспомогательного привода при выходе из строя преобразователя ПСН U1 одной из секций, схема электровоза предусматривает подачу резервного питания от ПСН другой секции. Для этого применены контакторы КМ 15 — КМ 17, подключающие резервное питание через лобовые розетки и контакторы КМ65 — КМ67, подающие резервное питание через торцевые розетки. Катушки указанных контакторов подключены к выходу МПСУ (блок А56).
При определении МПСУ ПСН неисправности ПСН в МПСУ электровоза передается соответствующее сообщение. Далее выполняется следующая последовательность:
МПСУ всех секций электровоза должна разобрать тяговые цепи (отключить все линейные и реостатные контакторы) и выдать сообщение о неисправности на дисплей;
МПСУ ПСН на всех секциях отключает контакторы КМ11, КМ21, КМ41, КМ51, КМ61;
МПСУ на всех секциях отключает контакторы КМ 19, КМ23, КМ43, КМ53, КМ68 и КМ69;
машинист переводит главную рукоятку контроллера машиниста в нулевое положение и нажимает выключатель «Возврат защиты»;
МПСУ электровоза неисправной и резервирующей секций включают контакторы межсекционного резервирования;
МПСУ неисправного ПСН включает контакторы внут-рисекционного резервирования;
МПСУ исправного ПСН запускает ПСН в работу в режиме резервирования (с включением контакторов КМ11, КМ21, КМ41, КМ51, КМ61 и формированием необходимых напряжений);
МПСУ электровоза неисправной и резервирующей секций включает контакторы КМ 19, КМ53, КМ68, КМ69 по штатной логике. Контакторы КМ23 и КМ43 в режимах резервирования ПСН включать запрещено.
В зависимости от составности электровоза выполняются следующие правила по управлению контакторами межсекционного резервирования.
Сцеп из четырех секций (два электровоза по системе многих единиц). Резервирование предусматривается только в пределах одного двухсекционного электровоза, т.е. между лобовыми розетками двух локомотивов резервирование не предусматривается. Алгоритм межсекционного резервирования аналогичен работе схемы двухсекционного электровоза. Управление осуществляется из головной секции электровоза, т.е. прицепная секция — третья по отношению к ведущей. При выходе из строя ПСН ведущей или средней секции алгоритм межсекционного резервирования остается прежним. При выходе из строя ПСН третьей, прицепной секции включаются контакторы КМ65 — КМ67 на третьей секции и контакторы КМ 15 — КМ 17 на средней.
Сцеп из трех секций. Управление осуществляется из прицепной секции, т.е. прицепная секция становится ведущей. При выходе из строя ПСН ведущей секции на ней включаются контакторы КМ65 — КМ67, на средней — контакторы КМ 15 — КМ 17. При выходе из строя ПСН средней или третьей секции алгоритм межсекционного резервирования подобен работе схемы двухсекционного локомотива.
(Окончание следует)
Инж К.П. СОЛТУС, ОАО «ВЭлНИИ»
