[03-2026] Тяговый привод электропоездов ЭС2Г

[Admin]

Тяговый привод электропоездов ЭС2Г

А.В. КАРМАНОВ, ведущий инженер по техническому сопровождению регионального центра ООО «Уральские локомотивы», магистрант

ПГУПС

,
А.А. РУССКИХ, машинист электропоезда моторвагонного депо Санкт-Петербург-Финляндский

Впериод с 2014 по 2022 гг. заводом «Уральские локомотивы» было построено 165 пригородных электропоездов ЭС2Г модификации «Стандарт», 17 электропоездов повышенной комфортности ЭС2ГП модификации «Премиум» и 47 двухсистемных электропоездов повышенной комфортности серии ЭС1П. Электропоезда эксплуатируются на полигонах многих железных дорог России.

Штат эксплуатирующих организаций и сервисных компаний постоянно расширяется и обновляется. На предприятия приходят как молодые специалисты, закончившие учебные заведения, так и работники, ранее занимавшиеся обслуживанием и ремонтом электроподвижного состава других серий. Данная статья будет интересна в первую очередь именно этой категории работников в качестве вводной о тяговом приводе электропоезда

ЭС2Г

.
Не менее актуальной статья будет и для обучающихся в профессиональных учебных заведениях и учебно-производственных центрах.
Практика работы по сервисному обслуживанию и эксплуатации рассматриваемых электропоездов показывает необходимость производственно-практических материалов именно такого объема и содержания, при котором сочетаются достаточная краткость с хотя бы минимально необходимым объемом реальных знаний.
Тяговый привод предназначен для преобразования электрической энергии, потребляемой из контактной сети, в механическую для приведения электропоезда в движение. Конструктивно он состоит из электрических аппаратов и тяговой передачи. В состав электрических аппаратов тягового привода электропоезда ЭС2Г входят сетевой фильтр, тяговый преобразователь частоты, тормозной резистор и тяговый двигатель. Тяговые двигатели размещены в тележках моторных вагонов, на крыше моторных вагонов установлены тормозные резисторы, в подвагонном пространстве размещены тяговые преобразователи. На рис. 1 показано размещение тягового оборудования на моторном вагоне.

В подвагонном пространстве промежуточных вагонов с силовым оборудованием (вагоны типа 02) размещен сетевой фильтр.
Асинхронный тяговый двигатель 1TB2216-0GC03 конструктивно выполнен с расположением статорной обмотки в несущем корпусе, имеет опорно-рамное подвешивание, размещен в моторной тележке поперечно относительно направления движения электропоезда. В каждой моторной тележке установлены два тяговых двигателя.
Тяговый двигатель 1TB2216-0GC03 является шестиполюсным асинхронным электродвигателем с самовентиля-цией. Охлаждение двигателя производится вентилятором, который установлен с неприводной стороны вала ротора. Забор воздуха осуществляется через воздухозаборную решетку с приводной стороны, выброс воздуха — через каналы с неприводной стороны вала. Продольное сечение двигателя показано на рис. 2.
Статор двигателя состоит из литой станины, сердечника (магнитопровода), набранного из листов электротехнической стали, и статорной обмотки. Пакет пластин статора запрессован в корпус и составляет вместе с ним неразборную конструкцию. Обмотка выполнена с соединением трех фаз в «звезду» с изолированной нейтралью. Статорная обмотка покрыта изоляцией и изоляционным лаком, просушенным в специальной сушильной камере.
Ротор состоит из сердечника (магнитопровода) и обмотки. Сердечник, состоящий из высокопрочных листов электротехнической термически улучшенной стали вместе с упорными шайбами по обоим концам, напрессован на валу ротора. Внутри сердечника имеются каналы для прохождения охлаждающего его воздуха. Также внутри пакета пластин расположены медные стержни обмотки, к ним припаяны с обеих сторон короткозамыкающие кольца. Вместе они образуют обмотку типа «беличья клетка». Ротор устанавливается в расточке статора на подшипниках.

Статор и ротор разделены между собой воздушным зазором. Подшипник с приводного конца установлен в корпус статора, подшипник с неприводного конца установлен в подшипниковый щит. С приводной стороны устанавливается однорядный радиальный шарикоподшипник, с неприводной стороны — однорядный роликоподшипник с цилиндрическими роликами. Оба подшипника имеют токоизолирующее покрытие наружного кольца, либо могут использоваться подшипники с керамическими телами качения. Подшипники смазаны и имеют устройства для смазки их в процессе эксплуатации. Отработанная смазка удаляется через регламентированные интервалы. Подшипники имеют бесконтактные системы уплотнений с использованием лабиринтных колец. Дополнительная смазка осуществляется через тавотницы.
Сборочные узлы и детали тягового двигателя показаны на рис. 3, технические характеристики представлены в табл. 1.
Тяговый преобразователь частоты предназначен для управления тяговыми двигателями. Он обеспечивает возврат электроэнергии в контактную сеть при рекуперативном торможении, защиту электрооборудования электропоезда от перенапряжений, а также питание преобразователя собственных нужд.
Тяговый преобразователь управляет потоком энергии контактной сети и электродвигателями, обеспечивая регулирование момента на валу двигателя и числа оборотов ротора.
Тяговый преобразователь включает в себя промежуточный контур (звено постоянного напряжения), два импульсных инвертора для обеспечения питания тяговых двигателей, тормозной прерыватель, обеспечивающий электродинамическое торможение, разрядку промежуточного контура на тормозной резистор при отключении тягового преобразователя и сглаживания перенапряжений путем кратковременного подключения тормозного резистора в качестве активного фильтра. Управление тяговым преобразователем обеспечивает блок управления приводом (БУП). Структурная схема тягового преобразователя показана на рис. 4.
Напряжение 3 кВ контактной сети через сетевой контактор и блок предварительного заряда подается на промежуточный контур, к которому, в свою очередь, подключены конденсатор промежуточного контура для сглаживания напряжения и накопления энергии, тормозной прерыватель, два импульсных инвертора и контактор для подключения преобразователя собственных нужд.
Конструктивно тяговый преобразователь выполнен в виде контейнера, имеющего боковые крышки для доступа обслуживающего персонала. Он устанавливается в подвагонном пространстве моторных вагонов электропоезда.

Основной элемент тягового преобразователя — трехфазный импульсный инвертор — выполнен из шести ключевых элементов на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), параллельно каждому подключен обратный диод, предназначенный для протекания обратного тока при закрытии силового транзистора. Конструктивно импульсный инвертор выполнен в виде силового модуля SIBAC BB ST-3000WL. Модуль состоит из трех полумостовых плеч, каждое плечо включает в себя два силовых биполярных транзистора с изолированным затвором IGBT. Модуль имеет жидкостное охлаждение. Силовой модуль показан на рис. 5.

За управление тяговым преобразователем, контроль и регулировку его работы отвечает блок управления приводом (БУП или ASG). Блок управления приводом ASG состоит из вычислительных и измерительных узлов, выполненных в виде процессорных модулей, размещенных в едином корпусе на выдвижных шасси. Общий вид блока управления приводом показан на рис. 6.
Блоком управления приводом осуществляются следующие функции:

• ❖ подготовка команд;
• ❖ ввод и обработка заданных значений;
• ❖ электрическая защита от юза и боксования;
• ❖ регулировка заданных тяговых и тормозных усилий;
• ❖ управление тяговым преобразователем;
• ❖ контроль параметров питающей сети;
• ❖ защита компонентов тягового привода;
• ❖ тестирование компонентов тягового привода;
• ❖ подготовка и передача диагностических данных о состоянии тягового привода.

Случаи диагностирования неисправностей тягового привода по команде от блока управления приводят к отключению быстродействующего выключателя, импульсной блокировке тягового привода, применению тормозного прерывателя для ограничения напряжения промежуточного контура и, в случае необходимости, автоматической временной или длительной разгруппировке элементов или тягового преобразователя в целом.

Центральный блок управления ЦБУ системы управления электропоездом МПСУиД по линии Ethernet получает от БУП сообщения о состоянии тягового преобразователя и тягового привода в целом через выходные каскады. Через входные каскады БУП получает сигналы для управления преобразователем и приводом от системы управления электропоездом.
Основные технические характеристики тягового преобразователя частоты SIBAC Des RUS JV приведены в табл. 2.

Сетевой фильтр N02 90 341 предназначен для сглаживания пульсаций тока в цепи питания тягового преобразователя. Он установлен в подвагонном пространстве промежуточных вагонов с силовым оборудованием (тип 02).
Сетевой фильтр конструктивно выполнен в виде двух реакторов, помещенных в корпус, полностью наполненный изолирующе-охлаждающей жидкостью. Функционально состоит из силовой части, защитных и контрольных устройств и системы охлаждения. В состав силовой части входят два реактора L1 и L2, выполненных на независимых сердечниках и помещенных в общий бак. Структурная схема агрегата показана на рис. 7.

Входное напряжение 3 кВ контактной сети от быстродействующего выключателя поступает на зажим Z1. Ток контактной сети проходит через реакторы L1 и L2 и через зажим Z2 по высоковольтному кабелю поступает в цепь питания тягового преобразователя. В результате в цепи питания тягового преобразователя происходит снижение скорости нарастания входного тока, снижение амплитудных значений высших гармоник и снижение электромагнитных помех до регламентированных значений.

При работе фильтра выделяется тепловая энергия. Для поддержания оптимальной температуры предусмотрена система охлаждения. Циркуляцию изоляционно-охлаждающей жидкости в баке обеспечивает насос, отвод тепла осуществляет пластинчатый теплообменник, где тепловая энергия передается охлаждающей жидкости во вторичный контур системы охлаждения. Для компенсации теплового расширения изоляционно-охлаждающей жидкости служит расширительный бак.

Защитные и контрольные устройства обеспечивают сброс излишнего давления изоляционно-охлаждающей жидкости и передачу сигналов в систему управления электропоезда МПСУиД для отключения быстродействующего выключателя в случае критических неисправностей сетевого фильтра.
В табл. 3 приведены основные технические характеристики сетевого фильтра N02 90 341.
(Окончание следует)