CC BY
203
46
Подвижной состав
Подвижной состав
УДК 629.423:621.3.025
КОНЦЕПЦИЯ СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАТИВНО-РЕОСТАТНОГО ТОРМОЗА ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Л.Н. Павлов, В.О. Иващенко, А.Я. Якушев, М.Ю. Изварин,
Е.В. Ткаченко, А.А. Богдан
Аннотация
Приведена информация о недостатках существующей системы рекуперативного торможения грузовых электровозов постоянного тока. Сформулированы требования к системе рекуперативно-реостатного тормоза. Приведена структурная схема системы рекуперативно-реостатного тормоза, разработанная авторами на основе проведенных исследований.
Ключевые слова: электровозы постоянного тока; рекуперативное
торможение; реостатное торможение; микропроцессорная система управления; полупроводниковый преобразователь; IGBT транзисторы
Введение
Замещение рекуперативного торможения реостатным при отсутствии потребителя на отечественных грузовых электровозах не предусмотрено. Данная работа направлена на повышение эффективности системы электродинамического тормоза путем автоматического перехода из рекуперативного торможения в реостатное.
1. Системы рекуперативного торможения электровозов постоянного тока
В настоящее время на отечественных железных дорогах
эксплуатируются следующие серии грузовых электровозов постоянного тока: ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ11, ВЛ11М, ВЛ15. Все эти электровозы оборудованы системой рекуперативного торможения, структура которой однотипна для всех перечисленных серий: обмотки возбуждения тяговых электродвигателей соединены попарно и питаются от вращающегося преобразователя 3000/38 В; якоря тяговых электродвигателей могут соединяться в три группировки - параллельное (П), последовательнопараллельное (СП) и последовательное (С).
На электровозах ВЛ15 сделана попытка применить статический возбудитель, состоящий из однофазного инвертора и несимметричных управляемых выпрямителей, которые питают по две обмотки возбуждения,
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Подвижной состав
47
соединенные последовательно. Статическим возбудителем оборудовались электровозы с бортовыми номерами до № 37 включительно. Однако, из-за несовершенства элементной базы полупроводниковых приборов, на которой выполнен возбудитель, в настоящее время нет ни одного такого электровоза с работающей системой. При заводском ремонте электровозов статические возбудители заменяются вращающимися.
На электровозах ВЛ10У, ВЛ11М и ВЛ15 применена система автоматической стабилизации тормозного тока или скорости торможения САУРТ-034 посредством изменения тока возбуждения возбудителя.
На электровозах ВЛ10, не оборудованных блоками САУРТ, в качестве защиты от бросков тормозного тока при провале напряжения в контактной сети используется система противовозбуждения возбудителя.
К недостаткам существующей системы рекуперативного торможения электровозов постоянного тока следует отнести:
1. Проблему выравнивания тормозного тока по параллельным ветвям.
2. Отсутствие надежной защиты силовой цепи от перенапряжений при потере потребителя.
3. Низкое быстродействие системы вследствие большой
инерционности цепей возбуждения при питании от вращающегося преобразователя.
4. Отсутствие системы автоматического регулирования тормозной силы во всем диапазоне изменения скорости торможения.
5. Отсутствие на электровозах ВЛ10 системы ликвидации юза посредством снижения тормозной силы.
2. Требования к системе электрического торможения в условиях ограниченного приема рекуперируемой электроэнергии
Устойчивая рекуперация возможна при наличии потребителя рекуперируемой электроэнергии. Тяговые подстанции участков,
электрифицированных на постоянном токе, в большинстве случаев не оборудованы инверторами, что делает невозможным возврат избытка энергии рекуперации во внешнюю энергосистему. Дооборудование тяговых подстанции инверторами требует значительных капитальных затрат.
Для введения в эксплуатацию эффективной системы электрического торможения грузовых электровозов постоянного тока необходимо, чтобы она соответствовала следующим требованиям:
1. Обеспечение высокого быстродействия, необходимого для защиты силовой цепи от перенапряжений при потере потребителя и возникновении юза.
2. Наличие функции снижения тормозной силы отдельных тяговых электродвигателей при возникновении юза колесных пар для исключения их повреждения.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
48
Подвижной состав
3. Наличие функции выравнивания тормозных токов по параллельным ветвям.
4. Обеспечение плавного входа в режим рекуперативного торможения.
5. Наличие замещающего реостатного тормоза, который может использоваться в случае срыва рекуперативного торможения из-за отсутствия потребителя.
6. Наличие функции автоматического регулирования тормозной силы в следующих режимах:
- реализации максимально допустимой тормозной силы по мощности тяговых электродвигателей и условиям сцепления колес с рельсами при остановочном торможении;
- поддержания заданной величины скорости движения на затяжном спуске;
- поддержания заданной величины тормозной силы в режимах торможения до остановки и ограничения скорости.
7. Наличие функции автоматического перехода на пневматическое торможение при исчерпании эффективности электрического тормоза.
3. Система рекуперативно-реостатного тормоза грузовых электровозов постоянного тока
Разработанная в ПГУПС система рекуперативно-реостатного торможения имеет статический возбудитель, построенный по схеме инвертор-трансформатор-управляемые выпрямители возбуждения и микропроцессорную систему управления (МПСУ). Для обеспечения надежности работы статического возбудителя, обеспечения минимума потерь электроэнергии в процессе преобразования инвертор целесообразно построить на современной элементной базе - IGBT транзисторах высокого класса. Для снижения стоимости силового блока управляемые выпрямители выполняются на однооперационных тиристорах.
Вследствие того, что разрабатываемую систему предполагается устанавливать на существующие электровозы, для управления режимом торможения целесообразно использовать штатный контроллер машиниста.
На рис.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы рекуперативно-реостатного торможения для одной секции электровоза ВЛ10 или ВЛ11. Оборудование системы, устанавливаемое на второй секции идентично.
Система рекуперативно-реостатного торможения включает:
- якоря тяговых электродвигателей Я1...Я4. Тяговые электродвигатели в режиме электрического торможения работают как генераторы постоянного тока независимого возбуждения. Схема допускает реализацию следующих группировок якорей двух секций электровоза (П, СП и С) посредством группового переключателя ГП;
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Подвижной состав
49
- обмотки возбуждения тяговых электродвигателей ОВ1...ОВ4. Обмотки возбуждения попарно подключаются к управляемым
выпрямителям блока питания цепей возбуждения (БПЦВ) посредством тормозного переключателя ТП. При параллельной группировке ТЭД МПСУ обеспечивает выравнивание тормозных токов по параллельным ветвям. При последовательно-параллельной и последовательной группировке ТЭД - выравнивание токов возбуждения ТЭД;
Рис.1. Функциональная схема системы рекуперативно-реостатного
торможения
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
50
Подвижной состав
- блок питания цепей возбуждения обеспечивает питание обмоток возбуждения ТЭД в режиме электрического торможения и включает инвертор ИНВ, понижающий трансформатор ТВ и два управляемых выпрямителя возбуждения УВ1 и УВ2. Управляемые выпрямители возбуждения не должны содержать обратных диодов, замыкающих контур токов возбуждения при запертых тиристорах, так как это увеличивает инерционность контура возбуждения;
- датчики токов якорей ДТЯ1 и ДТЯ2, токов возбуждения ДТВ1 и ДТВ2. Формируют сигналы пропорциональные токам якорей и возбуждения ТЭД для МПСУ. Датчики токов необходимо установить в каждой ветви ТЭД для обеспечения алгоритма выравнивания токов якорей и возбуждения;
- датчики напряжения контактной сети ДНС и напряжения коллекторов ТЭД ДНК. По сигналам этих датчиков МПСУ формирует команду на замыкание контакторов ЛК для перехода в режим рекуперации или команду на замыкание контакторов РК для перехода в режим реостатного торможения;
- индуктивные шунты ИШ1 и ИШ2 обеспечивают ограничение скорости нарастания тормозного тока;
- контактор цепи возбуждения КЦВ обеспечивает подключение БПЦВ к контактной сети в режиме электрического торможения;
- диоды рекуперации VD1 и VD2 исключают моторный режим после сборки схемы силовых цепей в режим рекуперации;
- блок автоматического управления торможением БАУТ. Представляет собой микропроцессорную систему управления. Входными сигналами являются сигналы о заданном режиме торможения от тормозной рукоятки контроллера машиниста ТРКМ (1з и V3); сигналы о сборке силовой схемы и группировке якорей ТЭД (ГП и ТП); сигнал о наличии юза от датчика боксования-юза ДБЮ; сигналы о величине токов якорей 1я1, 1я2, возбуждения ie1, ie2; сигналы о величине напряжения контактной сети Uc и напряжении на коллекторах ТЭД UK. Выходными сигналами являются сигналы на сбор схемы рекуперации (ЛК) или реостатного торможения (РТ); сигнал на включение пневматического тормоза (ЭПТ); сигнал на включение устройства подачи песка в случае возникновения юза колесных пар (УПП); сигналы управления тиристорными выпрямителями УВ1, УВ2.
4. Заключение
Предлагаемая система рекуперативно-реостатного тормоза реализует два режима торможения: стабилизацию тормозного тока (режим
постоянства тормозной силы) и стабилизацию скорости движения. Процесс входа в режим рекуперации осуществляется при плавном
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Подвижной состав
51
нарастании тормозного тока до заданной величины за 3.. .5 С. Восстановление сцепления в случае возникновения юза колесных пар осуществляется двухступенчатым снижением уставки тормозного тока за счет оперативного уменьшения тока возбуждения и подачи песка при продолжительном юзе.
Максимальное напряжение на коллекторах ТЭД программно ограничивается в зависимости от скорости движения по потенциальным условиям на коллекторе. В случае повышения суммарного напряжения на коллекторах до величины 3800 В БАУТ формирует сигнал перехода на реостатное торможение.
При отказе блока питания цепей возбуждения или снижении тормозного тока до величины 50.70 А происходит автоматическое отключение линейных контакторов ЛК и включение вентилей электропневматического торможения.
УДК 629.423:621.3.025
НОВЫЕ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА С ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
А.С. Корнев, А.Я. Якушев, В.О. Иващенко, Б.Ю. Левитский, О.К. Чандер
Аннотация
Приведена информация о новых электропоездах постоянного и переменного тока с улучшенными энергетическими характеристиками, выпускаемых Демиховским машиностроительным заводом и комплектуемых электрооборудованием, производимым ОАО "Силовые машины" "Электросила", а так же о новых электропоездах, выпускаемых ЗАО "Спецремонт".
Ключевые слова: постоянный ток; переменный ток; рекуперация; бесконтактное регулирование; тягово-энергетические характеристики
Введение
В настоящее время МПС РФ располагает парком пригородных электропоездов более 15 тыс. вагонов. Из них треть подлежит списанию по истечению срока службы, в том числе около 40% поездов постоянного тока и более 50% переменного.
В рамках "Государственной Программы развития и повышения качества пригородных пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте", были приняты меры по организации и наращиванию
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
