Рис. 5. Зависимость напряжения на накопителе и его тока от времени разряда

U, В

Рис. 6. Изменение токов, напряжения и противоЭДС тяговых двигателей при импульсном регулировании тока возбуждения

В случае потери контакта между полозом токоприемника и контактным проводом перестает протекать ток якоря. По сигналу датчика тока якоря начинается подпитка обмоток возбуждения от накопителя. Ток подпитки при этом соответствует значению предварительно протекавшего тока якоря, что предотвращает размагничивание ТД. Для предотвращения срабатывания устройства в аварийных режимах и при оперативных коммутационных переключениях силовой цепи на входы СУ дополнительно поступают сигналы от контроллера машиниста КМ и аппаратов защиты.

Для определения параметров накопителя использовали следующие данные:

□ максимальная продолжительность отрыва токоприемника At — 2 с;

□ ток двух последовательно соединенных обмоток возбуждения тяговых двигателей 1_в — 500 А;

□ сопротивление двух нагретых обмоток возбуждения двигателей Хг_в — 0,068 Ом;

□ внутреннее сопротивление R₁ и емкость С, элемента накопителя;

□ рабочее напряжение U₁ элемента накопителя — 2,5 В.

Энергия, запасенная в накопителе, расходуется на поддержание тока возбуждения в интервале прекращения питания, а также теряется в накопителе. Обмотки возбуждения могут подпитываться до тех пор, пока напряжение накопителя не станет ниже величины падения напряжения на обмотках возбуждения.

Взяв за основу падение напряжения на обмотках возбуждения и внутреннем сопротивлении накопителя, требуемую величину запасенной энергии и воспользовавшись характеристиками параметров элементов выбираем ионистор типа ВСАР0650.¹

Примем емкость накопителя на уровне 20 Ф. Внутреннее сопротивление г_с накопителя типа ВСАР0650 составит 24 мОм. Тогда минимальное напряжение на накопителе перед восстановлением питания для обеспечения переходного процесса при протекании максимального тока возбуждения должно быть равным:

На рис. 3 приведены результаты моделирования электромагнитных процессов при прямом подключении накопителя к обмоткам возбуждения при параллельном соединении ТЭД и скорости движения 50 км/ч.

Как следует из рисунка, в случае прямого подключения накопителя к обмоткам возбуждения в них резко увеличивается ток. Следствием этого является интенсивный разряд накопителя, что нерационально. Кроме того, в обмотках возбуждения возникают значительные динамические усилия. Для повышения эффективности использования запасенной накопителем энергии целесообразно применять импульсный режим регулирования напряжения.

На рис. 4 приведена схема устройства для подпитки обмотки возбуждения, содержащая источник питания ИП, накопитель, полупроводниковые ключевые элементы VS1 и VS2. Элемент VS2 работает в паре с элементом VS1 и обеспечивает защиту ТД при возникновении коротких замыканий путем увеличения скорости размагничивания магнитной системы.

На рис. 5 показан характер изменения напряжения на накопителе при работе ключа VS1 в импульсном режиме и поддержании тока подпитки на заданном уровне 500 А. На рис. 6 представлены результаты моделирования электромагнитных процессов при импульсном питании обмотки возбуждения от накопителя.

Из представленных результатов следует, что в промежутке времени, когда питание двигателя от контактной сети отсутствует, ток возбуждения поддерживается постоянным. В результате его магнитная система не размагничивается, и при последующем подключении ток якоря плавно увеличивается.

Данное устройство можно использовать и на ЭПС переменного тока с контакторными системами регулирования, чтобы предотвратить остановку поезда на подъеме при аварийном снятии напряжения в контактной сети. Как известно, для защиты ТД в этом случае силовая схема разбирается. Чтобы ее можно было собрать повторно, требуется возвратить групповой контроллер на первую позицию. Таким образом, последующий сбор схемы становится доступным примерно через 1 мин. За это время скорость поезда может существенно снизиться (вплоть до остановки). В некоторых случаях происходит растяжка поезда.

Сейчас существуют интеллектуальные системы контроля короткого замыкания. При проходящем замыкании время автоматического повторного включения снижается. Таким образом, становится возможным исключить разбор силовой схемы в этом случае и последующую остановку поезда на подъеме. После полного разряда накопителя и отсутствия напряжения в контактной сети силовая схема разбирается обычным порядком.

Д-р техн. наук А.С. МАЗНЕВ, кандидаты технических наук И.П. ВИКУЛОВ, В.А. БАРАНОВ, Санкт-Петербургский государственный университет

От редакции. Ионистор — суперконденсатор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор, от англ. EDLC — Electric double-layer capacitor — электрохимическое устройство, конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. Функционально представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.