CC BY
263
4. Динамические расчеты двигателей внутреннего сгорания / В. Ф. Сегаль. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1974. - 247 с.
Статья поступила в редакцию 25.05.2009;
представлена к публикации членом редколлегии А. В. Грищенко.
УКД 629.423.1
Д. О. Раджибаев, А. В. Плакс ЭЛЕКТРОВОЗ «УЗБЕКИСТОН»
Приводятся описание и изображения конструкции кузова, механической части, расположения оборудования электровоза, а также принципиальная электрическая схема электровоза и четрехквадрантного преобразователя с описанием принципа работы схем.
электровоз серии «Узбекистон», основные характеристики, четырехквадрантный преобразователь.
Введение
На электрифицированных железных дорогах Республики Узбекистан долгое время эксплуатировались электровозы ВЛ60к и ВЛ80с. На сегодняшний день большая часть электровозного парка выработала свой ресурс. Для их замены были закуплены электровозы «Узбекистон», произведенные на Чуджоуском электровозостроительном заводе в Китае. Всего электровозов двенадцать.
1 Основные характеристики электровоза
В проектировании электровоза (рис. 1) принимали участие Чуджоуский электровозостроительный завод, компания «Сименс», представители из России, узбекские конструкторы. Так, кузов и механическая часть электровоза проектировались и создавались на электровозостроительном заводе.
Основные характеристики (табл. 1) и чертежи, приведенные ниже, были взяты из паспортных данных электровоза.
Рис. 1. Электровоз «Узбекистон»
ТАБЛИЦА 1. Основные характеристики электровоза «Узбекистон»
Род тока Однофазный переменный ток 50 гЦ
Рабочее напряжение 25 кВ
Осевая формула ВО-ВО-ВО
Экипировочная масса локомотива 138^ т
Нагрузка на ось 23!i т
Расстояние между серединами тележки 2x7200 мм
Полная база 17 200 мм
Жесткая база тележки 2800 мм
Способ элктропривода Переменно-постоянно-переменный ток
Мощность продолжительного режима 6000 кВ
Предел скорости при постоянной мощности 53-120 км/ч
Способ эл. торможения Рекуперативное торможение
Пусковая тяговая сила составляет 4 50 кН, а продолжительная тяговая
сила - 410 кН, что можно увидеть на рис. 2.
При рекуперативное торможении максимальная электрическая тормозная сила - 285 кН, а тормозная мощность на ободе - 5400 кВт. Тормозная характеристика приведена на рис. 3.
500
450
400
350
к и 300
250
200
150
100
50
0
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
v, км/ч
Рис. 2. Тяговая характеристика электровоза «Узбекистон»
300
270
240
210
180
X и 150
oq 120
90
60
30
0
Рис. 3. Тормозная характеристика электровоза «Узбекистон»
2 Внешний вид и механическая часть
Основные особенности механической части состоят в том, что у электровоза имеются три двухосные тележки (рис. 4), соединенные между собой тягами для улучшения входа и прохождения в кривых.
Рис. 4. Расположение оборудования на электровозе «Узбекистон»:
1 - кабина машиниста; 2 - мотор-вентилятор ТЭД; 3 - шкаф ключей; 4 - тяговые преобразователи; 5 - охлаждающая башня; 6 - тяговый трансформатор; 7 - шкаф отопления вагонов; 8 - компрессор; 9 - вспомогательный преобразователь; 10 - шкаф зарядного устройства; 11 - кондиционер; 12 - шкаф аккумуляторных батарей;
13 - шкаф автотормозного оборудования; 14 - санузел; 15 - шкаф радиостанции Подвешивание двигателей моторно-осевое.
Еще одной особенностью «Узбекистана» является то, что большинство оборудования находится под электровозом, что уменьшает сопротивление движению поезда.
Конструкция кузова имеет обтекаемую форму, что также сокращает сопротивление.
Оборудование в электровозе располагается так, чтобы проход внутри электровоза осуществлялся по центру (см. рис. 4).
3 Электрическая часть
Электрическая часть электровоза выполнена полностью на элементной базе компании «Сименс».
3.1 Особенности электрической схемы
Основной особенностью является тип электропривода - переменнопостоянно-переменный.
Электровоз имеет два токоприемника (рис. 5), которые подключаются через разъединители. Защиту силовой цепи обеспечивает главный выключатель. При производстве работ в электрической части электровоза следует использовать заземляющий разъединитель. При этом должны быть отключены прочие разъединители. Защиту от перенапряжения обеспечивает разрядник; защиту от перегрузок и коротких замыканий -трансформатор тока, ко вторичной обмотке которого подключено реле. При срабатывании этого реле отключается главный выключатель. Напряжение контактной сети подается на первичную обмотку главного трансформатора. Этот трансформатор имеет шесть вторичных обмоток для питания тяговых электродвигателей 1М-6М через преобразователи.
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема электровоза
Асинхронные тяговые электродвигатели питаются от вторичных обмоток трансформатора через четырехквадрантные преобразователи, которые регулируют напряжение и частоты.
3.2 Принцип работы преобразователя
Четырёхквадрантный преобразователь 40s представляет собой два моста (однофазный и трёхфазный) с транзисторами и обратными диодами, соединённые между собой со стороны постоянного напряжения. Со стороны переменного тока последовательно включен индуктивный фильтр. Со стороны постоянного напряжения параллельно включён емкостной фильтр.
Со стороны однофазного моста напряжение контактной сети икс = = const и /кс = const.
Со стороны трёхфазного моста напряжение АТД иАТд = var и /Атд = = var (рис. 6, табл. 2)2.
Рис. 6. Принципиальная схема четырехквадрантного преобразователя
ТАБЛИЦА 2. Режимы работы преобразователя
Режимы работы Режимы мостов Частота модулирующего напряжения
АТД Однофазный Трёхфазный
Тяга Транзисторы закрыты, неуправляемый выпрямитель, Ed = const АИН с ШИМ, регулирование ТАТд и UАТД £ < II
Торможение ИН с ШИМ, постоянные частота fc и действующее значение напряжения и., регулирование угла ф Транзисторы закрыты, неуправляемый выпрямитель, Ed = var за счёт измерения скорости АТД II
Принцип работы четырёхквадрантного преобразователя рассмотрим на примере рекуперации, когда происходит однофазное инвертирование. Работа однофазного моста в режиме инвертирования: постоянное
напряжение Ed на конденсаторе преобразуется в переменное напряжение иа. При этом происходит чередование следующих режимов:
1. Открыты два транзистора в противоположных плечах - VT1 и VT2. Конденсатор разряжается на вторичную обмотку трансформатора с сохранением полярности: иа = Ed. Ток ia = id спадает (интервалы времени 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10 на рис. 73).
2 Система управления электрическим подвижным составом / А. В. Плакс. - М. : Маршрут, 2005. - 360 с. - ISBN 5-89035-303-9.
3 Там же.
2. Открыты два транзистора в смежных плечах - VT1 и VT3 (интервалы времени 2-3, 6-7, 10-11, 14-15, 18-19 на рис. 7). Вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко в первом полупериоде через VD3 и VT1, во втором полупериоде - через VD1 и VT3. Ток нарастает. Напряжение на выходе однофазного моста Ua = 0. Конденсатор заряжается от трехфазного моста и отделен от однофазного, id = 0.
3. Открыты два транзистора в противоположных плечах - VT3 и VT4. Конденсатор разряжается на вторичную обмотку трансформатора с изменением полярности: Ua = -Ed. Ток ia = -id спадает (интервалы времени 11-12, 13-14, 15-16, 17-18, 19-20 на рис. 7).
4. Открыты два тиристора в смежных плечах - VT2 и VT4 (интервалы времени 0-1, 4-5, 8-9, 12-13, 16-17 и 20 на рис. 7). Вторичная обмотка замкнута накоротко в первом полупериоде - через VT2 и VD4, а во втором полупериоде - через VT4 и VD2. Как и в случае 2, конденсатор заряжается от тргхфазного моста и отделен от однофазного. Ток ia нарастает, id = 0 [1].
Система управления тиристорами сравнивает напряжения им и и
Величина им - синусоидальное модулирующее напряжение с частотой /м, сдвинутое по фазе на угол \|Д относительно первой гармоники напряжения гаХ на вторичной обмотке трансформатора. Напряжение им вырабатывается специальным генератором, позволяющим регулировать угол \|/; (~им) - синусоидальное напряжение, сдвинутое на 180°
относительно им [1].
При рекуперации частота модулирующего напряжения равна частоте контактной сети fM = fC , а при тяге - частоте на статоре АТД fM = /Атд. Величина ии - пилообразное напряжение симметричной формы с ~ г 2 71 „
частотой уп = — = 5ус, достигающее максимума при прохождении
Тп
модулирующего напряжения через ноль. Отношение частот пилообразного и модулирующего напряжений должно быть равно целому нечётному
г
числу. В нашем примере — = 54 5.
/м
Условия открытого состояния транзисторов:
VTl: и>и ; VT4:u<u ; VT3: -и >и ; VT2: -и <и
МП’ МП’ м п’ м п
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора e можно разложить в ряд Фурье. Амплитуда первой гармоники этого ряда ва1 регулируется глубиной модуляции р, которая равна отношению амплитуд
и
модулирующего и пилообразного напряжений р = при этом
и
пт
еа1 = р • Ed. Пояснения к рис. 7 приведены в табл. 3.
Угол сдвига, сра между первыми гармониками тока ial и напряжения еа1 регулируется изменением угла сдвига \|; между модулирующим напряжением и и напряжением на вторичной обмотке трансформатора e
ТАБЛИЦА 3. Работа однофазного моста 4^ преобразователя в режиме инвертирования5
Открыты транзисто- ры Прово- дящие плечи Сторона переменного тока Сторона постоянного тока Интервалы времени по рис. 7
Ua І-a Ed id
VT1, VT2 Э1Ч ИЖОІГОИ ОЯИХОСІЦ Ua = Ed la id Конденсатор С разряжается через id спадает 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10
4 Система управления электрическим подвижным составом.
5 Там же.
VT3, VT4 Ua = -Ed С id однофазный мост на трансформатор 11-12, 13-14, 15-16, 17-18, 19-20
VT1, VT3 Смежные аЗ Он о Ь К 2 ч 2 s ^ йІн о Е ’_Зн ^ «от о S ^ 1—' Й Рн Он н о • ЕҐ со VD3, VT1 н <D аЗ Н О аЗ Он аЗ X Конденсатор С отделен от однофазного моста, заряжается от трехфазного о II 2-3, 6-7, 10-п,
VD1, VT3 п-11, 14-15, 18-19
VT2, VT4 VT2, VD4 0-1, 4-5, 8-9
VT4, VD2 12-13, 16-17, 20-2п
Напряжение на первичной обмотке трансформатора Еа равно геометрической сумме напряжения на выходе инвертора U и падения напряжения на индуктивности j(0a La Iа. Регулируя угол сдвига \\/ между им и еа, можно добиться, чтобы угол сра в режиме тяги был равен нулю, а в режиме рекуперации -180°:
и = sin 2 nft .
м мтп J м
4 Эксплуатация электровоза
За все время функционирования электровозов серьезных поломок практически не случалось. Замене подлежали лишь быстроизнашиваемые запчасти. Неполадки наблюдались в основном в начальный период эксплуатации, которые быстро устранялись представителями завода и компании «Сименс».
После введения электровоза в эксплуатацию увеличился грузопоток и снизились транспортные расходы, что проиллюстрировано графиком (рис. 8), который был взят из дипломного проекта одного из авторов настоящей статьи («Эксплуатация электровоза “Узбекстон” на участке Тукимачи-Ангрен»).
Рис. 8. График себестоимости перевозок
I--і У з 6. Всего расходы
і iRfl-fifi Всего расходы -А-Уаб. Себестоимость -к- ВП-60 Себестоимость
Заключение
Электровоз «Узбекистон» стал результатом совместной работы китайских, немецких, российских инженеров, а также активного участия узбекских специалистов. Шесть лет эксплуатации на электрифицированных железных дорогах Узбекистана показали, что электровоз достаточно удачный и пригоден для перевозок в условиях этой страны. Так как электровоз зарекомендовал себя с хорошей стороны, управление железной дороги Узбекистана планирует пополнить парк электровозов.
Статья поступила в редакцию 25.05.2009;
представлена к публикации членом редколлегии А. В. Грищенко.
УДК 574
М. В. Шершнева
АНАЛИЗ НОВЫХ ГЕОЗАЩИТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕТОДОМ PQ
В работе показана возможность использования метода PQ при оценке новых технологий утилизации твердых промышленных отходов, обладающих геозащитным резервом. Дана оценка качества новых технологий с учетом экологического, технологического и эксплуатационного аспектов исследования.
геозащитный резерв, хлоритсодержащий щебень, бой бетона, оценка качества технологий методом PQ.
