[08-2024] Электрическая схема электровоза 2(3)ЭС4К «ДОНЧАК»

[Admin]

Электрическая схема электровоза 2(3)ЭС4К «ДОНЧАК»

Цветная схема — на вкладке
И.А. ОСИНЦЕВ, преподаватель Тайгинского подразделения
Западно-Сибирского учебного центра профессиональных квалификаций

Электрическая схема электровозов серии ЭС4К «Дончак» условно разделена на следующие части:

• > схема силовых цепей, состоящая из цепи токоприемников и цепи тяговых двигателей;
• > схема вспомогательных цепей, состоящая из цепей преобразователя ПСН (U1), вспомогательных машин, обогревателей и других устройств, питающихся от преобразователя ПСН (U1 );
• > схема цепей управления.

Схемы силовых цепей тяговых двигателей и вспомогательных цепей приведены для одной секции электровоза.
На схеме контакты аппаратов показаны в следующем положении:

• Е> реверсивных переключателей QP1, QP2 — в положении движения «Вперед» кабиной секции «А»;
• Е> тормозных переключателей QT1 — в положении «Тяга»;
• Е> переключателей Q1 — в положении для независимого возбуждения;
• Е> переключателей QS7 — в верхнем положении.

Провода, обозначенные соответствующими буквами, относятся:
'Ъ «В» с цифрой (В1, В2 и т.д.) — к высоковольтным цепям с напряжением 3 кВ;
'Ъ «С» с цифрой (С1, С2 и т.д.) — к цепям собственных нужд и к цепям управления, напряжение которых превышает 42 В переменного тока;
«Н» с цифрой (Н1, Н2 и т.д.) — к цепям управления;
«Э» с цифрой (Э1, Э2 и т.д.) — к межэлектровозным цепям;
«G» — соединяют оборудование (корпусы, магнитопроводы и др.) с кузовом электровоза;
«Л» с цифрой (Л 1, Л2 и т.д.) — к цепям системы безопасности;
«Т» с цифрой (Т1, Т2 и т.д.) — к цепям тормозного оборудования;
Ъ «П» с цифрой (П1, П2 и т.д.) — к цепям пожарной сигнализации;
'Ъ «А» с цифрой (А1, А2 и т.д.) — к цепям автоматики.
Для работы по системе многих единиц (три секции) переключатель QS7 средней секции переводится в нижнее положение. Провода В84, В250 электровоза соединяются, соответственно, с проводами В83, В252 третьей секции.
Розетки резервирования питания собственных нужд Х15, Х17, Х25, Х27, Х35, Х37 установлены на лобовой части секции, а Х16, Х18, Х26, Х28, Х36, Х38 — на торцевой части секции. Предусмотрено изготовление межсекционных жгутов, соединяющих указанные розетки секций «А» и «Б» при формировании электровоза. Предусмотрен дополнительный комплект таких же жгутов для возможности присоединения третьей секции.
В межсекционном соединении электровоза (электровоз в составе двух секций) провода цепей управления одной секции соединяются с проводами другой секции следующим образом: Э01 с Э02, ЭОЗ с Э04, Э13 с Э14, Э17 с Э22, Э18 с Э23, Э29 с ЭЗО. Остальные провода соединяются с одноименными.
В межэлектровозном соединении (при работе двух электровозов по системе многих единиц) провода цепей управления одного электровоза соединяются с проводами другого электровоза следующим образом: Э13 с Э15, Э14 с Э16, Э15 с Э13, Э16 с Э14, Э17 с Э24, Э18 с Э25, Э22 с Э26, Э23 с Э27, Э29 с ЭЗО. Остальные провода, кроме проводов Э32, Э36, соединяются с одноименными.

Провода Э32 и Э36 соединяются между собой в пределах своей секции в межэлектровозном соединении.
Провода Э01, Э02, ЭОЗ, Э04, Э31 в межэлектровозном соединении не соединяются.
В соединении электровоза с третьей секцией провода цепей управления электровоза (указаны первыми) соединяются с проводами секции следующим образом: Э01 с Э02, ЭОЗ с Э04, Э13 с Э14, Э14 с Э15, Э15 с Э13, Э17 с Э22, Э18 с Э23, Э22 с Э24, Э23 с Э25. Остальные провода соединяются с одноименными.
Контакты датчиков-реле давления, сигнализаторов давления, пневматических выключателей управления SP1, SP3, SP5, SP6, SP7, SP8, SP11, SP12, SP15, SP16, SP17 показаны в положении без воздуха:
«=> переключателя QS5 показаны в нижнем положении;
•=> контакты QF1 показаны в отключенном состоянии; QF11, QF21 — во включенном состоянии.
Тумблер S4 ЭПК опломбирован во включенном положении.
Катушки аппаратов НА1, К1 — К36, К41 — К44, К47, К51 — К54, KV15, KV16, KV18, KV44, KV32, KV51 — KV56, KV61, KV62, KV64 — KV67, KV71, KV75, KV78, ЗАЗ, QI, Q11, Q21, QP1, QP2, Y1 -Г, QT1, У5, У10 — У14, У17, У18, У21 — У24, УЗО зашунтированы шунтирующим устройством ШУ-131 5ТС.583.131:
О аппаратов КМ11, КМ12, КМ14 — КМ17, КМ19, КМ21, КМ23, КМ31, КМ41, КМ43, КМ51, КМ53, КМ61, КМ62, КМ64 — КМ67 — шунтирующим устройством ШУ-143 5ТС.583.143;
О аппаратов КМЗЗ, КМ75, KV37 — KV40, KV80 — шунтирующим устройством ШУ-144 5ТС.583.144;
О аппаратов КМ1, КМЗб, КМ37, КМ45 — КМ48, КМ55, КМ77, КМ78 — шунтирующим устройством ШУ-225 5ТС.583.225.
Вилка Х29 должна быть установлена в розетку Х67 секции «А», а вилка ХЗО — в розетку Х65 секции «Б».
Для облегчения изучения принципа работы в отдельных случаях приводятся схемы электрических цепей двух секций электровоза, электровоза и третьей секции, двух электровозов, соединенных по системе многих единиц.

СИЛОВЫЕ ЦЕПИ

Подключение электровоза к контактной сети осуществляется токоприемником ХА1 через дроссель помехоподавления L1 и быстродействующий выключатель QF1 (см. вкладку, лист 1).
Дроссель L1 и конденсаторы С1, С2 предназначены для защиты от помех радиовещательного диапазона. Конденсатор СЗ исключает проникновение радиопомех от внутреннего электрооборудования в контактную сеть. Разъединители QS1 и QS2 служат для отключения неисправного токоприемника. Рукоятка разъединителя выведена внутрь высоковольтной камеры электровоза. Быстродействующий выключатель QF1 предназначен для разрыва силовой цепи и ее защиты оттоков короткого замыкания.

Для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений в контактной сети предусмотрен ограничитель перенапряжений F1.
Напряжение в контактной сети измеряется вольтметром PV1, установленным в кабине и подключенным через добавочный резистор R1 и предохранитель F2.
Датчик напряжения TV1, подключенный к цепи токоприемника ХА1, выполняет функции измерителя напряжения в контактной сети. Информация используется для сообщения машинисту о понижении напряжения в контактной сети ниже 2200 В, либо о повышении напряжения в контактной сети выше 4000 В, а также для управления электровозом в режиме тяги и электрического торможения.
Электрической схемой в цепи токоприемников предусмотрена панель реле напряжения А2, обеспечивающая контроль за наличием напряжения в контактной сети в случае неисправности датчика напряжения TV1 или неисправности микропроцессорной системы управления электровозом (МПСУ), а также используемая в качестве балластного резистора в цепи высоковольтной катушки вентиля защиты Y1.
Заземлитель QS3 предназначен для заземления цепей токоприемников при открытии дверей высоковольтной камеры для обеспечения безопасности при входе в нее.
Отвод тока от электровоза осуществляется через буксовые токосъемные устройства ХТ1 — ХТ4.
На электровозе имеются розетки X1, Х2 для питания тяговых электродвигателей от сети депо.
Электрической схемой предусмотрен раздельный учет расхода электроэнергии на тягу и на собственные нужды с помощью счетчиков электроэнергии РЛ, PJ2, подключенных через измерительные шунты RS5, RS6.
На электровозе возможны три соединения тяговых электродвигателей: последовательное (С), последовательно-параллельное (СП) и параллельное (П). На каждом из этих соединений имеется возможность работать как при полном возбуждении, так и на четырех ступенях ослабления возбуждения двигателей. Реостатное торможение возможно только на параллельном соединении тяговых электродвигателей М1 — М4. Схемой предусмотрена работа электровоза по системе многих единиц в составе трех и четырех секций.

Цепи тяговых электродвигателей в режиме тяги. Питание на тяговые электродвигатели М1 — М4 подается напряжением 3000 В постоянного тока непосредственно из контактной сети.
Защита цепей тяговых электродвигателей от токов короткого замыкания осуществляется с помощью быстродействующего выключателя QF1, от замыканий на корпус — с помощью реле дифференциальной защиты КА1.
Кулачковые переключатели QP1, QP2 обеспечивают изменение направления тока в обмотках якорей тяговых электродвигателей для изменения направления движения электровоза.
Кулачковый переключатель QT1 предназначен для переключения схемы электровоза из режима тяги в режим электрического торможения и обратно.

Кулачковый переключатель Q1 служит для отключения цепи независимого возбуждения тяговых электродвигателей.
Кулачковые переключатели Q11, Q21 предназначены для отключения неисправной пары тяговых электродвигателей.
Пускотормозные резисторы RIO, R11, R20, R21 служат для ограничения и регулирования тока тяговых двигателей электровоза.
Электродвигатели М11, М12, М21, М22 предназначены для привода вентиляторов, обдувающих, соответственно, пускотормозные резисторы R10, R11, R20, R21.
Датчики тока ТА 11, ТА 12, ТА21, ТА22 и ТА 13, ТА 14, ТА23, ТА24, ТА 15, ТА25 включены, соответственно, в цепи электродвигателей вентиляторов обдува пускотормозных резисторов, цепи якорей и цепи возбуждения тяговых электродвигателей и предназначены для контроля тока в указанных цепях.
Датчики напряжения TV12, TV13, TV22, TV23 подключены к обмоткам якорей тяговых электродвигателей через резисторы R12.1, R12.2, R22.1, R22.2 и обеспечивают контроль напряжения на якорях тяговых электродвигателей.
После полного выведения из цепи тяговых электродвигателей пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21 дальнейшее увеличение скорости движения электровоза достигается ослаблением возбуждения тяговых электродвигателей путем шунтирования обмоток возбуждения резисторами R14, R24 и последовательно соединенными с ними индуктивными шунтами L11, L21. Индуктивные шунты предназначены для снижения бросков тока и облегчения условий коммутации тяговых электродвигателей при колебаниях напряжения в контактной сети или его восстановления после кратковременного снятия.
Предусмотрены четыре ступени ослабления возбуждения:

• О первая ступень 79 % (включены контакторы К41, К51);
• © вторая ступень 64 % (включены контакторы К41, К42, К51, К52);
• © третья ступень 52 % (включены контакторы К41 — К43, К51 — К53);
• О четвертая ступень 43 % (включены контакторы К41 — К44, К51 — К54).

Это значит, что 79, 64, 52, 43 % тока якоря проходит по обмотке возбуждения.
Ток якорей тяговых двигателей измеряется амперметром РА1, а ток возбуждения — амперметром РА2, подключенными, соответственно, к измерительным шунтам RS1 и RS2. Амперметры установлены в кабине.
Реостатные контакторы К1 — К7, К21 — К27 служат для закорачивания секций блоков пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21.
Линейные контакторы К8 — К20, К28 — К36 служат для обеспечения перевода электровоза из режима тяги в режим реостатного торможения, а также для перевода тяговых двигателей с одного соединения на другое.
Панели диодов U12, U22 служат для переключения тяговых двигателей в тяговом режиме с одного соединения на другое без разбора силовой схемы.
Преобразователи U15, U25 предназначены для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей М1, М2 и М3, М4 в следующих режимах.
Последовательное возбуждение в тяге. В нормальном режиме (без боксования колесных пар) ток протекает по цепи: токоприемник электровоза -> якоря и обмотки возбуждения тяговых электродвигателей Ml, М2 -Э диоды преобразователя U15 -- «земля» (при этом контактор К35 отключен, а напряжение управления преобразователем U15 равно нулю). При возникновении боксования обеспечивается усиление поля тяговых электродвигателей боксующих колесных пар. В этом случае напряжение управления не равно нулю и возникает ток подпитки обмоток возбуждения, который замыкается по цепи: «плюс» преобразователя U15 -> индуктивный шунт L11 -> диоды подпитки U14 -Э обмотки возбуждения тяговых электродвигателей М1, М2 -Э «минус» преобразователя U15. Режим ослабления поля обеспечивается включением контактора К35. При этом ослабление поля начинается с полного поля, и по мере снижения напряжения управления преобразователем уменьшается возбуждение тяговых электродвигателей.
♦ Независимое возбуждение в тяге. При данном режиме работы контактор К35 включен. Путем управления возбудителем U15 устанавливается начальный ток возбуждения (100 — 200 А). По мере роста тока якорей тяговых электродвигателей растет ток возбуждения, который равен сумме токов якорей и возбудителя. Ослабление поля осуществляется путем уменьшения напряжения управления возбудителем.
♦ Независимое возбуждение при электрическом торможении. В этом случае контактор К35 замкнут, а переключатель QT1 переведен в положение электрического торможения. При этом ток якоря проходит по индуктивному шунту L11, контактору К35, силовым контактам быстродействующего контактора QF11, обмоткам якорей. Ток возбуждения проходит по цепи: «плюс» преобразователя U15 -> силовые контакты контактора QF11 -> обмотки возбуждения тяговых двигателей -> «минус» преобразователя U15. Путем плавного увеличения тока возбуждения обеспечивается плавный вход в генераторный режим.
Регулирование напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги. Пуск и работа электровоза в составе двух секций начинается на последовательном соединении тяговых электродвигателей Ml — М4 обеих секций, что обеспечивается с помощью контакторов.

Увеличение напряжения на тяговых электродвигателях для увеличения силы тяги и скорости движения электровоза осуществляется путем включения реостатных контакторов и закорачиванием, тем самым, соответствующих секций пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21, а также регулированием тока возбуждения при независимом возбуждении.
Длительная езда на реостатных позициях не рекомендуется, так как включенные в цепь тяговых двигателей пусковые резисторы вызывают дополнительный расход электроэнергии на движение поезда и могут быть перегружены по току.

16-я позиция является ходовой (безреостатной), так как пусковые резисторы полностью выведены, и вся потребляемая из контактной сети электроэнергия идет на питание тяговых электродвигателей. На данной позиции для дальнейшего увеличения скорости движения электровоза возможно применение ослабления поля тяговых двигателей.
Первая ступень ослабления поля тяговых двигателей достигается включением контакторов ослабления поля К41, К51. При этом параллельно обмотке возбуждения тяговых двигателей включаются резисторы R14, R24 и включенные последовательно с ними индуктивные шунты L11, L21. Индуктивные шунты необходимы для улучшения работы тяговых двигателей при переходных процессах в режиме ослабления поля. Для получения более глубокого ослабления поля включаются контакторы К42 — К44, К52 — К54.
Переход с последовательного соединения на последовательно-параллельное осуществляется автоматически и начинается при выдаче команды МПСУ о переходе на 17-ю позицию.
На 17-й позиции начинается работа тяговых электродвигателей на сериесно-параллельном соединении СП (четыре двигателя каждой секции, соединенные последовательно, подключены на полное напряжение контактной сети через резисторы).
Дальнейший разгон поезда осуществляется, как и на последовательном соединении, ступенчатым уменьшением величины пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21 путем закорачивания секций резисторов реостатными контакторами.
31-я позиция СП-соединения тяговых электродвигателей является ходовой (безреостатной). На этой позиции, так же как и на 16-й позиции последовательного соединения, можно применить четыре ступени ослабления поля тяговых двигателей.
Переход с последовательно-параллельного соединения на параллельное начинается при выдаче команды МПСУ о переходе на 32-ю позицию.

На 32-й позиции начинается работа тяговых электродвигателей на параллельном соединении (на каждой секции последовательно соединенные тяговые двигатели М1, М2 подключены к контактной сети через резисторы R10, R11, а последовательно соединенные тяговые двигатели М3, М4 подключены к контактной сети через резисторы R20, R21). Дальнейший разгон поезда осуществляется как на двух предыдущих соединениях ступенчатым уменьшением величины пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21 путем закорачивания секций резисторов реостатными контакторами.
44-я позиция П-соединения тяговых электродвигателей является ходовой (безреостатной). На этой позиции, так же как на 17-й и 31-й позициях последовательного и последовательно-параллельного соединениях, соответственно, можно применять четыре ступени ослабления поля тяговых двигателей.
Охлаждение пускотормозных резисторов R10, R11, R20, R21 на реостатных позициях осуществляется мотор-вентиляторами М11, М12, М21, М22, включенными на отпайки резисторов R10, R11, R20, R21 соответственно. Такая схема включения электродвигателей вентиляторов обеспечивает автоматическое увеличение производительности вентиляторов при увеличении тока тяговых электродвигателей (посредством увеличения питающего напряжения на электродвигателе вентиляторов) и выключение электродвигателей вентиляторов при закорачивании пускотормозных резисторов RIO, R11, R20, R21 на ходовых (безреостатных) позициях.

Уменьшение силы тяги (и скорости движения электровоза) осуществляется введением пусковых резисторов в цепь тяговых электродвигателей путем сброса позиций, а также регулированием тока возбуждения при независимом возбуждении.
Оперативное включение и отключение тяговых двигателей осуществляется линейными контакторами.
Пуск и работа электровоза в тяговом режиме в составе трех секций также обеспечивается с помощью контакторов, включаемых в соответствии с диаграммой (в данной статье диаграммы не приводятся, их можно найти в заводской документации).
Цепи тяговых электродвигателей в режиме электрического торможения. Перевод схемы из режима тяги в режим электрического торможения осуществляется переключением тормозного переключателя QT1 в положение «Торможение» при обесточенной силовой цепи.

Охлаждение тормозных резисторов осуществляется вентиляторами с приводами от электродвигателей М11, М12, М21, М22, работающих от падения напряжения на части тормозных резисторов R10, R11, R20, R21.
Контроль величины тока в якорных цепях тяговых двигателей производится датчиками тока ТА14, ТА24, а в цепи обмотки возбуждения — ТА15, ТА25. Контроль за напряжением на якорях тяговых двигателей осуществляется датчиками напряжения TV12, TV13, TV22, TV23.
Для визуального наблюдения за величиной тока в якорных цепях тяговых двигателей имеются амперметры РА1, а в цепях возбуждения — РА2.

Датчики тока и напряжения передают информацию в систему управления электровозом.
Быстродействующие контакторы QF11, QF21 предназначены для защиты силовых цепей при замыкании на «землю» в режиме электрического торможения. В этом случае в цепи тяговых электродвигателей М1, М2, например, срабатывает контактор QF11 и открывается тиристор блока тиристоров U16, в результате чего в цепь тока якоря вводится балластный резистор R16, и ток якоря начинает протекать, в основном, навстречу току возбуждения, что приводит к размагничиванию обмоток возбуждения.
Регулирование тормозной силы в режиме электрического торможения. Переход из режима тяги в режим электрического торможения происходит при обесточенной силовой цепи. Посредством тормозного переключателя QT1 осуществляется переключение цепей тяговых электродвигателей к контактной сети (через блоки диодов U11, U21). Собирается схема из восьми соединенных последовательно тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме.
Каждая пара обмоток возбуждения, соединенная последовательно, питается от соответствующих преобразователей возбуждения U15, U25. Резисторы ослабления поля R14, R24 в режиме электрического торможения не используются.
Преобразователь возбуждения регулирует ток в цепи обмоток возбуждения, тем самым поддерживается тормозной ток в якорных цепях тяговых электродвигателей и, соответственно, тормозная сила электровоза. В режиме реостатного торможения изменение тормозного тока тяговых двигателей, а, следовательно, и тормозного усилия электровоза, происходит путем изменения величины тока возбуждения и величины сопротивлений тормозных резисторов при переключении реостатных контакторов.
Цепи тяговых электродвигателей в аварийных режимах. В случае неисправности любой из пар тяговых двигателей (М1, М2 или М3, М4) или пар блоков пускотормозных резисторов (R10, R11 или R20, R21) секции сцепа (двухсекционного или трехсекционного) электрической схемой предусмотрена возможность восстановления работоспобности сцепа путем выведения из цепи неисправных тяговых электродвигателей или блоков пускотормозных резисторов.
Для этого необходимо установить главную рукоятку контроллера машиниста в положение «О» и отключить соответствующий тумблер в соответствии с табл. 1. Например, если неисправны тяговые двигатели М1, М2 на секции 1 двухсекционного сцепа, необходимо отключить тумблер S55. При этом тяговые электродвигатели М1, М2 отсоединяются от цепи тяговых двигателей с двух сторон с помощью переключателя Q11. В этом случае обеспечивается возможность работы сцепа на С-соединении шести последовательно соединенными тяговыми двигателями, на СП-соединении работает секция 2, а секция 1 с неисправными тяговыми двигателями отключена. На П-соединении работает секция 2 с двумя параллельными ветвями по два соединенных последовательно двигателя, а секция с неисправными тяговыми двигателями работает с одной ветвью тяговых двигателей.

Путем отключения неисправных элементов схемы и изменения последовательности замыкания контакторов предусмотрена возможность сбора аварийных схем. Например, при выходе из строя блоков пускотормозных резисторов R10, R11 на головной секции двухсекционного электровоза путем изменения последовательности замыкания контакторов в соответствии с табл. 1 на С-соединении собирается схема из шести или десяти (при трех секциях) тяговых электродвигателей. На СП-соединении на каждой исправной секции собирается схема из четырех соединенных последовательно тяговых электродвигателей, а неисправная секция — отключается. На П-соединении собирается схема из трех или пяти (при трех секциях) ветвей, содержащих по два соединенных последовательно тяговых электродвигателя, а ветвь с неисправным блоком пускотормозных резисторов отключается.
Аналогично собираются цепи тяговых электродвигателей в других аварийных режимах путем изменения последовательности замыкания контакторов в соответствии с табл. 1.
При выходе из строя быстродействующего выключателя на одной из секций электровоза обеспечивается возможность работы электровоза при С-соединении восьми или двенадцати (при трехсекционном сцепе) тяговых двигателей, при СП-соединении четырех или восьми (при трехсекционном сцепе) тяговых двигателей и при П-соединении четырех или восьми (при трехсекционном сцепе) тяговых двигателей путем отключения неисправного быстродействующего выключателя и изменения последовательности замыкания контакторов.
(Продолжение следует)