Как повысить эффективность использования тяговых свойств электровозов
Н.л. МИХАЛЬЧУК, ю.и. ПОПОВ, В.В. ЗАК
Для достижения целей, утверждённых Долгосрочной программой развития ОАО «РЖД» (ДПР) до 2025 года [1], необходимы разработка и дальнейшее внедрение на полигонах обращения локомотивов нового поколения с улучшенными тяговыми и энергетическими характеристиками, позволяющими водить поезда массой 7100 — 8000 т и более. С этими целями в январе 2019 г. на участке Тайшет — Иркутск Восточно-Сибирской железной дороги проведены тягово-энергетические испытания, чтобы определить возможность вождения грузовых поездов массой 7100 т, сформированных из вагонов с осевой нагрузкой 25 тс. Использовались электровозы ЗЭС5К № 899,900, оборудованные системой поосного регулирования силы тяги и независимого возбуждения тяговых электродвигателей (ТЭД).
В процессе испытаний были смоделированы и реализованы нестандартные ситуации с поездом массой 7100 т на наиболее сложном участке:
> отправление на перегон Камышет — Ук (рис. 1) при наличии на лимитирующем участке ограничения скорости 25 км/ч (4641 км пк 9);
> отправление на лимитирующий участок с пониженным напряжением в контактной сети 21 — 23 кВ;
> выполнение остановки и взятия с места поезда на 4641 км пк 10, 4647 км пк 8 с освобождением перегона и достижением скоростей 28 и 14 км/ч, соответственно, у входного сигнала станции Ук.
На основании полученных результатов тягово-энергетических испытаний сделано заключение о возможности проведения опытной эксплуатации электровозов с аналогичными характеристиками. Результаты испытаний подтвердили возможность вождения грузовых поездов массой до 7100 т на участках Восточного полигона.
Повышение эффективности перевозочного процесса стало возможным с увеличением весовых норм при применении схемотехнических решений с использованием независимого возбуждения коллекторных электродвигателей в режиме тяги. При этом особенностями электрической схемы и её работы (ЗТС.001.012-06ЭЗ) являются наличие одной выпрямительной установки возбуждения (ВУВ) на секцию и автоматический переход на независимое возбуждение тяговых двигателей при скорости 55 км/ч посекционно, что приводит к снижению силы тяги электровоза (рис. 2).
Посекционный переход с последовательного на независимое возбуждение ТЭД сопровождался потерей силы тяги по всем секциям с 695 до 247 кН с последующим ступенчатым набором в течение 15 с по каждой переключаемой секции:
- 455 кН — в режиме тяги одной секции;
- 549 кН — в режиме тяги двух секций;
- 780 кН — в режиме тяги трех секций.
Чтобы снизить возникающие реакции, предлагается техническое решение с реализацией потележечного или поосного автоматического управления электровоза в режиме независимого, адаптивного возбуждения ТЭД.
В настоящее время разрабатываются и изготавливаются электровозы с импульсной передачей электрической энергии из контактной сети к тяговым двигателям с помощью управляемых выпрямителей. Недостатками данного оборудования являются неэффективное использование электроэнергии для тяги поездов, генерирование электромагнитных помех и ограниченные функциональные возможности.
Отмеченные недостатки импульсных регуляторов мощности устраняются, если электрический потенциал контактной сети непрерывно и полностью используется для выполнения механической работы с учётом потерь энергии в тяговом электроприводе локомотива. Технически реализовать научно обоснованное управление мощностью электроподвижного состава можно путем изменения входного электрического сопротивления полупроводниковыми преобразователями.
Вместо управляемого выпрямителя возбуждения (ВУВ) с нулевым выводом, собранного на тиристорах, в предложенном регуляторе тока мостовой выпрямитель выполнен на диодах VD1 —VD4 (рис. 3). Выпрямленное напряжение через дроссель без сердечника L прикладывается к промежуточному накопителю энергии С и далее от выпрямителя и силовых транзисторов VT1 — VT4 импульсное напряжение поступает к обмоткам возбуждения 0В1 — ОВ4. Во время паузы между импульсами напряжения благодаря энергии магнитного поля под действием ЭДС самоиндукции по обмоткам возбуждения ТЭД продолжает протекать ток через обратные диоды VD5 — VD8, поэтому электрическая энергия непрерывно используется для формирования магнитного поля электрических машин.
Входное электрическое сопротивление регулятора тока можно плавно регулировать путем изменения продолжительности проводящего состояния силовых транзисторов VT1 — VT4, формируя ток возбуждения с учётом изменения параметров внешней среды, обеспечивая максимальную силу тяги и оптимальный расход электроэнергии при вождении поездов повышенного веса.
Библиография
1. Распоряжение Правительства РФ от 19.03.2019 г. № 466-р Долгосрочная программа развития ОАО «РЖД» до 2025 года.
