CC BY
1
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.314
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-502-503
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕГРЕВА СИЛОВЫХ ДИОДОВ НА ЭЛЕКТРОВОЗЕ 2ЭС6
А.Н. Калякулин, А.С. Тычков, А.Г. Старикова
В статье проведен анализ основных неисправностей и причин возникновения силовых диодов, входящих в состав электрической аппаратуры электровозов 2ЭС6. Для отвода избыточной теплоты с поверхности диодов и охладителей предложено ввести в конструкцию электровоза принудительной воздушное охлаждение при помощи малогабаритного вентилятора обдува.
Ключевые слова: электровоз 2ЭС6, электрическая аппаратура, рекуперативное торможение, силовые диоды, неисправности, перегрев, вентилятор.
На электровозе 2ЭС6 в состав электрической аппаратуры входят силовые диоды ДЛ153-1250-32, которые располагаются в первом (VD3-VD4) и во втором (VD5-VD8) блоке аппаратов [1]. В конструкторской документации на электровоз 2ЭС6 диоды могут быть обозначены как блоки разделительных вентилей. При рекуперативном торможении электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями электровоза, возвращается обратно в сеть и проходит через данные блоки (сборки) диодов, обеспечивая «отключение» цепей тяговых двигателей от контактной сети, не пропуская обратный ток. Выход из строя диодов носит критический характер так как приведет к остановке электровоза в пути следования, задержке исполнения графика движения поездов и необходимости постановки локомотива на неплановый вид ремонта [2-4].
Согласно данным проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства (ПКБ ЦТ) более 10 лет в эксплуатации выявляются массовые случаи выхода из строя диодов на электровозах 2ЭС6. Статистика выхода из строя диодов ДЛ153-1250-32 за период с 2011 по 2022 год приведена на рис. 1.
Кол-во
250 200 150 100 50 0
199
221 227
100
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Год
Количество неисправных локомотивов
Количество неисправных диодов
Рис. 1. Статистика выхода из строя диодов ДЛ153 с 2011 по 2022 год
В результате анализа установлено, что большинство неисправностей диодов на электровозах произошло при следовании по определенным участкам пути, в частности с наличием уклонов от 8,2 %о до 11 %о. На таких участках локомотивные бригады интенсивнее и длительнее применяют электрическое торможение, что приводит к длительному протеканию электрического тока и интенсивному нагреву р-п перехода.
Однако, не только интенсивное применение электрического торможения на сложных профилях пути приводит к перегреву диодов и их отказам. Согласно статистическим данным, 70% отказов приходится на диоды со схемным обозначением УВ3-УБ5, расположенные в блоке аппаратов №1. Расположение электрической аппаратуры таково, что в блоке аппаратов №1 сопротивление Ю3 находится ближе к диодам, чем сопротивление Ю4 к диодам УВ6-УБ8, расположенным в блоке аппаратов №2. Расположение диодов относительно сопротивлений Ю3 и Ю4 приведено на рис. 2.
Рис. 2. Расположение диодов относительно сопротивлений Я13 и Я14
Указанное расположение сопротивления Ю3 приводит к дополнительному нагреву диодов, при протекании через него электрического тока. Сопротивления Ю3 и Я14 включены постоянно в цепь тяговых электродвигателей электровоза [3-5].
Для отвода избыточной теплоты с поверхности диода и его охладителя предлагается ввести в конструкцию электровоза принудительной воздушное охлаждение диодов при помощи малогабаритного вентилятора обдува. Вентилятор должен приводиться во вращение напряжением, уже имеющимся на электровозе, без дополнительных источников питания. Оптимальным техническим решением является использование вентилятора на 50 В постоянного напряжения, что упростило бы монтаж вентилятора, исключило наличие преобразователей электроэнергии, кроме того, такие вентиляторы обладают оптимальными габаритными показателями и производительностью. Указанным критериям удовлетворяет вентилятор Ebmpapst 6318/2ТБН4Р. Данный вентилятор применяется в системе охлаждения устройства защиты от аварийных режимов работы (УЗАРД) тяговых двигателей электровоза 2ЭС6 и 3ЭС6. За 7 лет эксплуатации вентилятор зарекомендовал себя наилучшим образом, процент отказов составляет менее 3% от общего количества неисправностей УЗАРД.
Вентилятор Ebmpapst 6318/2ТБН4Р является высокопроизводительным компактным устройством для охлаждения специализированной техники, который способен эффективно выполнять свои задачи при температуре от -50 до +70 градусов Цельсия. Используется для перемещения горячих и холодных воздушных сред. Вентилятор отличает эффективность и бесшумная эксплуатация при любой нагрузке за счет уникального строения лопастей и корпуса. Внешний вид вентилятора приведен на рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид вентилятора Ebmpapst 6318/2ТВН4Р
Вентилятор Ebmpapst 6318/2ТБН4Р состоит из корпуса (1), лопастей (2), электродвигателя (3), который вращается в подшипниках, для подключения электрического монтажа имеется клемма (4) (рис. 4).
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 8
Электродвигатель со специальной защитой встроен внутрь, что делает устройство достаточно эргономичным. В корпусе (1) предусмотрены четыре отверстия М4 для удобства установки и демонтажа. Вентилятор имеет небольшой вес - 1,0 кг. Лопасти из полиамида характеризуются увеличенной износоустойчивостью и прочностью. Могут работать в условиях повышенной влажности, запыленности и высокого содержания различных вредных примесей.
Технические характеристики вентилятора Ebmpapst 6318/2ТБН4Р приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики вентилятора Ebmpapst 6318/2TDH4P_
№ Наименование параметра Значение
1. Мощность 300 Вт
2. Напряжение питания 48 В
3. Потребляемый ток 1,5 А
4. Частота вращения 6500 об/мин
5. Производительность 1050 м3/ч
6. Габаритные размеры 119*119*38 мм
7. Вес 1,0 кг
Вентилятор предлагается установить на основание, на которое крепятся диоды. Место установки вентилятора выбрано с учетом особенностей расположения электрического оборудования и максимального отвода горячего воздуха, образованного резисторами R13 и R14. Схематично место крепления вентилятора приведено на рис. 5.
Подключение вентиляторов Ebmpapst 6318/2ТБН4Р предлагается выполнить на свободные блок-контакты контакторов К31 и К32 в провод 514А (рис. 5).
Место установки вентилятора
Рис. 5. Место крепления вентилятора Ebmpapst 6318/2TDH4P
При выбранном способе монтажа вентиляторы будут включаться автоматически при постановке первой позиции режима независимого возбуждения тяговых электродвигателей электровоза. Питание +50 В постоянного напряжения, необходимое для работы вентилятора, возможно подать со свободных контактов клеммы типа WAGO 261 панели устройства защиты статического преобразователя (УЗПС).
Принципиальная электрическая схема подключения вентиляторов приведена на рис. 6. Так как питание панели УЗПС от токов короткого замыкания защищается автоматическим выключателем, то подключаемый вентилятор в установке дополнительного автомата защиты не нуждается.
для VD1.VD5 для VD6..VD8
Сйабадные Блок- Сбовсдные Влок-
5%А контакты К3'1 514А контакты К32
+50 В с WAGO 261 1 +50 В с WAGO 261 JL
панели ЧЗПС Вентилятор ( ) попело УЗПС Вентилятор { )
5%А Y 5%А Т
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема подключения вентиляторов обдува диода
Для доработки одного электровоза потребуется 4 вентилятора Ebmpapst 6318/2ТБН4Р, кабельная продукция 6 метров, кабельные наконечники 16 штук, кабельные стяжки 48 штук. Трудозатраты на доработку одного электровоза составят 4,4 человеко-часа, такая относительно низкая трудоемкость позволяет выполнить работы по установке принудительного воздушного охлаждения диодов на текущем ремонте ТР-30.
Таким образом, для решения проблемы перегрева силовых диодов, входящих в состав электрической аппаратуры электровоза 2ЭС6, предложена конструкция вентилятора, отличающаяся энергоэффективностью, компактностью, простотой монтажа и длительным периодом эксплуатации, внедрение которой позволит повысить эксплуатационную надежность как силовых диодов, так и электровоза 2ЭС6 в целом.
Список литературы
1. Осинцев И.А. Электрическая схема электровоза 2ЭС6 "Синара" (цветная схема - на вкладке) // Локомотив. 2022. № 8(788). С. 16-21. ЕБЫ М7БЕЛК.
2. Сотников С.Г. Анализ эксплуатационной надёжности и причин повреждаемости электрических аппаратов электровозов 2ЭС6, 2ЭС10 / С.Г. Сотников, В.А. Смирнов // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Омск, 13 ноября 2014 года / Омский государственный университет путей сообщения. Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2014. С. 49-53. EDN TXZZCP.
3. Третьяков Е.А. К вопросу об идентификации состояния и повышении работоспособности электровозов серии 2ЭС6 в пути следования / Е.А. Третьяков, А.Н. Соловьев // Поколение будущего: Взгляд молодых ученых -2022: сборник научных статей 11-й Международной молодежной научной конференции. Том 5. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2022. С. 138-142. EDN KMWHAT.
4. Калякулин А.Н. Защита силовых цепей электровозов от коротких замыканий // Железнодорожный транспорт. 2010. № 7. С. 56-57. EDN OYYYBH.
Калякулин Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Тычков Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, a.tychkov@samgups. ru, Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Старикова Анна Геннадьевна, старший преподаватель, starikova@samgups. ru, Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения
SOLVING THE PROBLEM OF OVERHEATING OF POWER DIODES ON AN ELECTRIC LOCOMOTIVE 2ES6
A.N. Kalyakulin, A.S. Tychkov, A.G. Starikova
The article analyzes the main malfunctions and causes of power diodes, which are part of the electrical equipment of electric locomotives 2ES6. To remove excess heat from the surface of the diodes and coolers, it is proposed to introduce forced air cooling into the design of an electric locomotive using a small-sized blowing fan.
Key words: electric locomotive 2ES6, electrical equipment, regenerative braking, power diodes, malfunctions, overheating, fan.
Kalyakulin Alexey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, alexeiruz@yandex. ru, Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering,
Tychkov Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, a. tychkov@samgups. ru, Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering,
Starikova Anna Gennadievna, senior lecturer, starikova@samgups. ru, Russia, Samara, Samara State University of Railway Engineering
УДК 621.313.333
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-505-506
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ЕГО ИМПЕДАНС
НА ВЫСШИХ ГАРМОНИКАХ
Я.Э. Шклярский, К.К. Лобко, А.А. Кульчицкий
В статье рассматриваются различные методики по расчёту параметров схемы замещения (ПСЗ) асинхронного двигателя (АД) и их влияние на характеристику комплексного сопротивления двигателя на высших гармониках. Проведен обзор методик по расчету ПСЗ АД на основе паспортных данных, из них выбрана методика Power Parameter Estimator, подбирающая параметры на основе численных решений уравнений, в программе MATLAB Sim-ulink и справочные данные серийных двигателей Кравчика. Составлена имитационная модель для исследования зависимости импеданса асинхронного двигателя на высших гармониках от его ПСЗ. Проведен лабораторный эксперимент, приближенный к условиям моделирования с целью сравнения результатов полученных амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик комплексного сопротивления АД на частотах высших гармоник. Сделан вывод о значительном влиянии ПСЗ на характеристики импеданса асинхронного двигателя на высших гармониках, получаемых по результатам моделирования.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, параметры схемы замещения, высшие гармоники, схема замещения нагрузки, моделирование.
Качество электрической энергии является важным показателем работы энергетической системы при наличии высших гармоник в электрических сетях. ГОСТ 32144-2013 регламентирует функционирование электроустановок в системе электроснабжения общего назначения. Качество электрической энергии значительно влияет на работу потребителей, так как от него зависит корректность функционирования оборудования [1, 2, 3] и безопасность людей[4, 5, 6]. Несоответствие параметров качества электрической энергии стандартным показателям может привести к сбоям в работе и снижению производительности на предприятиях, перегреву оборудования и другим негатив-
505
