[01-2012] Совершенствование электрооборудования электропопездов с коллекторным тяговым приводом
 

Совершенствование электрооборудования электропопездов с коллекторным тяговым приводом

Эксплуатируемый в настоящее время парк электропоездов постоянного тока с электродинамическим торможением представлен сериями ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, ЭД2Т и ЭД4 всех индексов. Составы Рижского вагоностроительного завода, в основном, уже почти выработали свой срок эксплуатации и нуждаются в замене. Их заменяют отечественные электропоезда, выпускаемые на Демиховском и Торжокском заводах. Все указанные серии принципиально не отличаются друг от друга.

Для всех указанных серий характерно следующее: t использование двигателей с номинальным напряжением 750 В; •/ реостатный пуск без перегруппировки двигателей; v глубокое ослабление возбуждения;

v прямой вход в рекуперацию (кроме электропоездов ЭР2Р и ЭР2Т до № 7194);

v рекуперативное и реостатное торможение при независимом возбуждении и последующем самовозбуждении двигателей.

На выпускаемых до 1984 г. электропоездах ЭР2 использовались тяговые двигатели УРТ-110Б с номинальным напряжением 1500 В. В процессе пуска использовалось два соединения тяговых двигателей, с применением на каждом двух ступеней ослабления возбуждения. Однако эти двигатели не допускали их использования в генераторном режиме, в связи с чем силовая схема моторного вагона допускала работу только в режиме тяги. Последний электропоезд ЭР2-1348 был выпущен РВЗ в 1984 г. Пришедшие им на смену электропоезда серии ЭР2Р стали позволять использование режима электродинамического торможения, но не допускали перегруппировки тяговых двигателей ввиду применения на них тяговых двигателей с номинальным напряжением 750 В.

В отличие от электропоездов с электрической схемой силовой цепи, не допускающей перегруппировки, и имеющих коэффициент пусковых потерь, равный единице, электропоезда с перегруппировкой обладают коэффициентом пусковых потерь, равным 0,5. Результатом этого является меньший уровень реостатных потерь, а также более широкие регулировочные возможности за счет регулирования напряжения и коэффициента возбуждения.

Рекуперативное торможение не всегда возможно, и. как показала практика, не позволяет полностью компенсировать реостатные потери в процессе пуска. На возможность его применения влияет большое число факторов: параметры тяговой сети, уровень напряжения в контактной сети, наличие ЭПС в режиме тяги.

Также на электропоездах ЭР2Р и ЭР2Т первых выпусков существовала фаза подготовительного реостатного торможения до момента повышения напряжения на двигателях до уровня напряжения контактной сети, что позволяло осуществлять рекуперативное торможение только при третьем положении рукоятки контроллера машиниста с током якоря 350А и уменьшало количество возвращаемой энергии. Внедрение на электропоездах более позднего выпуска способа прямого входа в рекуперацию позволило существенно улучшить условия работы двигателей и коммутационной аппаратуры, а также увеличить отдачу энергии в контактную сеть.


На электропоездах серий ЭР2Т, ЭТ и ЭД всех индексов диапазон возможного рекуперативного торможения ограничен. Он находится в пределах 130 (конструкционная скорость движения) — 45 км/ч. Однако применение электродинамического торможения с нормальной уставкой тока якоря 350 А на десятивагонном электропоезде может привести к срыву рекуперации в результате отсутствия мощного потребителя, способного потребить всю отдаваемую энергию (общий ток рекуперации около 1750 А). Невозможность отдачи всей вырабатываемой энергии вызывает повышение напряжения в контактной сети выше 3950 В и последующее замещение рекуперативного торможения реостатным при продолжающемся независимом возбуждении.

После такого замещения в данном цикле торможения обратный переход на рекуперацию невозможен, что, безусловно, составляет недостаток. В случае появления потребителя и уменьшения в результате этого уровня напряжения в контактной сети ток рекуперации не будет превышать 50 А. Рекуперативно-реостатное торможение продолжится. Поэтому в настоящее время желательно использовать следящие системы рекуперативно-реостатного торможения. Однако использование их при ступенчатом реостатно-контакторном регулировании крайне затруднено.

Все электропоезда можно разделить на пять поколений. Эксплуатируемые в настоящее время серийные электропоезда относятся к первому поколению. Преимущества подвижного состава с бесколлекторным тяговым приводом широко известны. В то же время результаты исследований подтверждают слабые преимущества тягового подвижного состава с данным типом привода в условиях Российских железных дорог в результате разработана и принята следующая стратегия развития электроподвижного состава (ЭПС), состоящая из трех этапов:

- создание и освоение производства подвижного состава с коллекторными двигателями;

- разработка опытных образцов ЭПС с асинхронным тяговым приводом;

- в случае успешной эксплуатации опытных образцов ЭПС с асинхронным тяговым приводом дальнейшее его внедрение на локомотивах и моторвагонном подвижном составе.

Опираясь на приведенные положения принятой стратегии развития отечественного ЭПС, можно определить концепцию по созданию переходной серии электропоездов постоянного тока. Для улучшения их энергетических показателей необходимо уменьшить пусковые потери, а также расширить зону рекуперации (снизить скорость ее окончания), С этой целью необходимо использовать двигатели с номинальным напряжением 1500 В и компенсационной обмоткой для возможности осуществления перегруппировки двигателей в процессе пуска и применения электрического торможения.

Подобные схемные решения были впервые использованы на моторном вагоне электропоезда ЭР2Т-71 16-04. Впоследствии комплект энергосберегающего электрооборудования производства завода РЭЗ был установлен на трех электропоездах серии ЭТ2ЭМ, поступивших для эксплуатации на Октябрьской дороге в 2005 — 2006 гг. Кэк показала практика, существенным недостатком данных электропоездов можно отметить отсутствие ступеней ослабления возбуждения при последовательном соединении двигателей.

В результате ввиду низкой скорости движения 8 момент выхода на безреостатную характеристику последовательного соединения двигателей (15 — 20 км/ч) при перегруппировке резко увеличивается сила тяги, что способствует появлению в составе поезда продольно-динамических реакций, снижающих комфортность. Подобный комплект энергосберегающего оборудования производства АО «Электросила» был установлен и испытан на электропоезде серии ЭД4Э.

С целью упрощения силовой схемы и автоматизации процесса управления режимом торможения, а также учитывая, что а условиях пригородного движения средняя скорость начала торможения при подъезде к пассажирской платформе, в основном, не превышает 60 — 80 км/ч, в режиме электродинамического торможения целесообразно использование только одного соединения двигателей — последовательного, исключающего необходимость выравнивания токов параллельных ветвей обмоток якорей и позволяющего использовать рекуперативное торможение до малой скорости.

Ток независимого возбуждения двигателей с напряжением 1500 В при последовательном соединении их якорей будет меньшим по сравнению с двигателями, имеющими напряжение 750 В, что делает возможным использование типового электромашинного преобразователя 1ПВ6 или его аналога той же мощности, Таким образом, по сравнению с существующими электропоездами, прицепной и головной вагоны остаются без каких-либо изменений, что немаловажно.

Недостатком использования только последовательного соединения двигателей при торможении с высоких скоростей является уменьшение тормозной силы. Однако его можно легко компенсировать применением электропневматического торможения на прицепных вагонах с последующим отпуском по мере снижения скорости и увеличения тормозной силы, создаваемой моторными вагонами.

На рис, 1 представлена упрощенная схема силовой цепи моторного вагона в режиме тяги. Пуск электропоезда осуществляется при последовательном соединении двигателей путем поочередного вывода контакторными элементами реостатного контроллера секций пусковых резисторов R1 и R2, После выхода на естественную характеристику последовательного соединения двигателей возможно использование ступеней ослабления возбуждения.

Перегруппировка происходит путем синхронного замыкания контакторов П1 и П2. Ввиду использования вместо мостового контактора диода VD1, в качестве контакторов П1 и П2 можно использовать контакторные элементы реостатного контроллера без дугогашения и, тем самым, уменьшить количество силовых электропневматических контакторов.

В режиме торможения осуществляется независимое возбуждение тяговых двигателей от синхронного генератора электромашинного преобразователя через мостовой полностью управляемый выпрямитель под контролем электронного блока системы автоматического управления торможением САУТ. Обмотки якорей соединены постоянно последовательно (рис. 2).

При наличии потребителя в фидерной зоне, где находится электропоезд, осуществляется рекуперативное торможение с «прямым» входом в этот режим. В случае завышения напряжения по причине невозможности отдачи 8сей вырабатываемой энергии потребителям происходит переход на замещающее реостатное торможение посредством замыкания контактора Т. Контактор ЛК при этом остается замкнутым.

Таким образом, в случае использования двигателей на напряжение 1500 В становится возможным отказаться от режима самовозбуждения и осуществлять реостатное торможение путем вывода резисторов из цепи якорей до замещения его электропневматичес-ким для окончательной остановки поезда при независимом возбуждении В результате использования двигателей с номинальным напряжением 1500 В на электропоездах с электрическим торможением можно добиться улучшения их энергетических показателей.

Одновременно можно использовать подобные схемные решения для режима тяги и на электропоездах ЭР2, эксплуатация которых продолжается в настоящее время после проведения им капитальных видов ремонта. Известно, что в процессе перегруппировки мостовым способом в случае незначительного нарушения алгоритма работы коммутационной аппаратуры (контакторы, реостатный контроллер) возможно размыкание мостового контактора под током и даже возникновение контура короткого замыкания контактной сети. В результате происходит срабатывание быстродействующей защиты, а также возможны повреждения тяговых двигателей из-за возникновения кругового огня по коллектору.

Условия работы тяговых двигателей можно улучшить, заменив контактор М блоком силовых лавинных диодов (см. рис. 1). Ввиду относительно небольших значений тока силовой цепи (менее 200 А) можно использовать естественное охлаждение блока диодов. В результате уменьшается число силовых контакторов, исключаются перебросы дуги на заземленные части контактора и стенки ящика.

Для коммутации цепей управления блокировочными контактами контактора М в ящике с контакторами необходимо установить реле, катушка которого будет располагаться вместо вентиля контактора М. Таким образом, становится возможным существенно улучшить условия работы тяговых двигателей и коммутационной аппаратуры электропоезда ЭР2 без изменения его монтажной схемы. Также следует учитывать, что трудоемкость и стоимость настоящей модернизации минимальны и ее можно производить в условиях депо при проведении плановых видов ремонта.

Для улучшения обслуживания пассажиров на линиях со станциями стыкования актуально использование электропоездов двойного питания, отсутствующих в настоящее время. Реализовать подобное решение можно на базе электропоезда переменного тока с реостатным торможением, дополнив возможностью переключения тяговых двигателей на последовательное соединение и их прямого подключения к контактной сети через резисторы.

Инж. В.А. БАРАНОВ, г. Санкт-Петербург

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin