CC BY
137
исследований, подтвердила, что штатный режим роспуска при полном исключении образования ползунов сохраняется.
Рис. 5. Фрагмент тормозной позиции, оборудованной ППС: 1 - тормозные башмаки; 2 - рабочий модуль; 3 - контррельс
Библиографический список
1. Пат. 2321513 С2 Российская Федерация, МПК В61К 7/02. Тормозная система подвижного состава для сортировочных горок / Яценко В. Г., Демьянов Ал. Ан., Демьянов Ал. и др.; заявл. 14.11.05 ; опубл. 10.04.08, Бюл. № 10. - 7 с.
2. Курс теоретической механики / И. М. Воронков. - М. : Изд-во технико-теоретической литературы, 1955. - 550 с.
3. Динамика вагона / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, В. Р. Хусидов. - М. : Транспорт, 1991. - 360 с.
4. Метод адаптивного синтеза фрикционных систем / Ал. Ан. Демьянов, Ал. Ал. Демьянов // Машиностроение : энциклопедия / Ред. совет: К. В. Фролов и др.; Подвижной состав дорог. Т. IV, 23; под. ред. Б. А. Левина. - М. : Машиностроение, 2008. -С. 21-22.
Современные технологии - транспорту
УДК 621.319.4:621.337.2.07
А. А. Богдан
УЛУЧШЕНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ СВОЙСТВ ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В статье рассмотрены вопросы улучшения регулировочных характеристик восьмиосных электровозов постоянного тока. Для улучшения тяговых характеристик и повышения экономической эффективности предлагается применение
полупроводникового преобразователя и дополнительного соединения тяговых электродвигателей.
импульсный преобразователь, тяговый электродвигатель, тяговые характеристики, регулирование скорости.
Введение
Серийные электровозы ВЛ10 являются основным типом грузовых локомотивов на железных дорогах постоянного тока. Разработанные более 40 лет назад, они уже не соответствуют современным требованиям по обеспечению перевозочного процесса. Обновление и насыщение парка грузовых электровозов постоянного тока новыми сериями произойдет не ранее чем через 15-20 лет, поэтому в сложившихся условиях необходима разработка мер по повышению их эффективности.
1 Особенности силовой схемы электровоза ВЛ10
1.1 Постановка задачи
Электровоз ВЛ10 используется на Октябрьской, Куйбышевской, Южно-Уральской и других железных дорогах. Основным недостатком электровозов ВЛ10 является несовершенство тяговых характеристик, которые представлены на рис. 1. Для регулирования скорости движения электровоза применяются три соединения тяговых двигателей и четыре позиции ослабления возбуждения на каждой из них. Восемь двигателей электровоза с номинальным напряжением 1500 В соединяются таким образом, что напряжение на каждом из них, в зависимости от группировки, составляет 375 В (С), 750 В (СП), 1500 В (П). Такая система регулирования является несовершенной, потому что на тяговых характеристиках (рис. 1), между соединениями СП и П, образуется зона (выделена пунктиром), в которой движение электровоза в «тяге», без применения реостатных позиций невозможно. Данный факт приводит к существенному уменьшению скорости движения поездов критической массы. В такой ситуации машинисты вынуждены следовать либо с использованием резисторов, что неприемлемо с точки зрения высоких потерь, либо перейти на соединение СП при значительном снижении скорости на подъёме. Кроме того, режим тяги на глубоком ослаблении возбуждения СП-ОВ4 неблагоприятен по сцеплению (мягкие тяговые характеристики). На вынужденную необходимость ведения поездов электровозами ВЛ10 на расчетных подъёмах со скоростями 25-30 км/ч указано в [1]. Эти скорости соответствуют следованию на соединении СП при полном возбуждении.
Тяговые характеристики электровоза ВЛ10 (Ukc=3300 В)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Рис. 1. Тяговые характеристики электровоза ВЛ10 1.2 Сравнение двигателей электровозов постоянного тока ВЛ10 и переменного тока ВЛ80С
Часовая мощность тяговых двигателей ТЛ-2К (электровоз ВЛ10) составляет 670 кВт - основной вариант, часовая мощность тягового двигателя НБ-418К (электровоз ВЛ80С) - 790 кВт. У электровоза ВЛ80С имеются 33 экономичных позиции без использования промежуточных резисторов; у электровоза ВЛ10 таких позиций 12, причем для работы без ослабления возбуждения тяговых двигателей имеются всего три характеристики с напряжением 375, 750 и 1500 В. Как отмечено выше, ступенчатое регулирование напряжения на тяговых двигателях является причиной существенного снижения скоростей движения на руководящих подъёмах. Наряду с этим для большинства железных дорог желательно
иметь сквозную проводку поездов одинакового веса, что ставит электровозы ВЛ10 в более тяжелые условия работы (по сравнению с ВЛ80С).
Вышесказанное подтверждает актуальность проблемы улучшения регулировочных свойств электровоза ВЛ10.
Для улучшения регулировочных качеств электровозов ВЛ10 необходимо устранить недостаток тяговых характеристик, сократив область между характеристиками П с полным возбуждением и СП.
2 Пути решения задачи
2.1 Работа электровоза ВЛ10 на шести тяговых двигателях
В этом случае возможно сохранение трех комбинаций соединения тяговых двигателей: соединение С с напряжением на тяговых двигателях 500 В, соединение СП с напряжением на тяговых двигателях 1000 В и соединение «П» с напряжением 1500 В. В этом варианте тяговая зона распределена равномерно на три участка по реализуемым скоростям. Однако при этом предельная сила тяги сократится в соотношении 8/6, т. е. в 1,33 раза. Соответственно в этой кратности придется снизить и вес поездов.
2.2 Использование соединения СП-2 за счет применения импульсного
регулятора напряжения (ИРН)
В этом варианте в схеме соединения тяговых двигателей (СП2) могут быть три параллельных ветви: в двух по три тяговых двигателя, а в третьей -два тяговых двигателя и ИРН, последовательно с ними включенный и поддерживающий на каждом тяговом двигателе напряжение 1000 В.
Принципиальная силовая схема электровоза ВЛ10 в этом варианте представлена на рис. 2. Она предусматривает дополнительную перегруппировку тяговых двигателей СП2.
На вход ИРН подается напряжение 3000 В, а к зажимам тяговых двигателей 4, 8 подводится требуемое напряжение 2000 В.
Назначение ИРН - обеспечение постоянного напряжения на всех тяговых двигателях независимо от напряжения сети. Это достигается за счет коэффициента заполнения импульсов напряжения при неизменной тактовой частоте (рис. 3).
3000 В
Рис. 2. Принципиальная схема электровоза с дополнительным соединением СП-2
Ud
Рис. 3. Импульсы напряжения на двигателях 7 и 8 Кафедрой «Электрическая тяга» ПГУПС была разработана схема, позволяющая реализовать дополнительное соединение ТЭД (СП2) и осуществлять переход на него с соединения СП1 и обратно без разбора силовой схемы (рис. 4).
Переход на промежуточное соединение (СП2), состоящее из трех параллельно включенных групп, две из которых содержат три
последовательно соединенных двигателя и одна - два последовательно соединенных двигателя, питающихся от сети через импульсный преобразователь, осуществляется следующим образом.
Рис. 4. Принципиальная схема электровоза ВЛ10 с дополнительным соединением двигателей
На соединении СП1 ток двигателей замыкается по цепям:
контактная сеть - якоря I, II - обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2 -якорь III - контактор К9 - якорь IV - контактор К11 - обмотки возбуждения ОВ3, ОВ4 - земля;
контактная сеть - якоря V, VI - обмотки возбуждения ОВ5, ОВ -якорь VII - контактор К10 - якорь VIII - контактор К12 - обмотки возбуждения ОВ7, ОВ8 - земля.
При переходе на соединении СП2 контакторы после включения пусковых резисторов Rn работают в такой последовательности:
К9, К10 размыкаются; в цепи двигателей III, IV и VII, VIII включаются диоды VD1 и VD2, что не отражается на работе тяговых двигателей;
К5 и К6 замыкаются, в результате чего образуются следующие контуры протекания тока двигателей:
1. Сеть - Rn - якоря двигателей I и II - обмотки возбуждения ОВ1, ОВ2 - якорь III - контактор К5 - обмотки возбуждения ОВ3, ОВ4 - «земля».
2. Сеть - Rn - якоря двигателей V и VI - обмотки возбуждения ОВ5, ОВ6 - якорь VII - контактор К6 - обмотки возбуждения ОВ7, ОВ8 - «земля».
Якоря IV, VIII шунтированы диодами VD1 и VD2, под действием ЭДС самоиндукции ток протекает по контурам: якорь IV - контактор К11 -контактор К5 - диод VD1 и якорь VII - контактор К12 - контактор К6 - диод VD2.
Размыкаются контакторы К11, К12, замыкается контактор К8, КЗ и включается VS. Образуются три параллельные цепи:
1. Контактная сеть - ключ VS - контактор К4 - якорь IV - контактор К7 - якорь VIII - контактор К8 - «земля».
2. Контактная сеть - Яи - якоря I и II - обмотки возбуждения ОВ1, ОВ2 - якорь III - контактор К5 - обмотки ОВЗ, ОВ4 - «земля».
3. Контактная сеть - Яи - якоря V и VI - обмотки ОВ5, ОВ6 - якорь VII - контактор К6 - обмотки возбуждения ОВ7, ОВ8 - «земля».
Напряжение на якоре двигателей IV, VIII регулируется преобразователем VS, что позволяет поддерживать ток указанных двигателей равным токам двух других параллельных цепей. Переход с соединения СП2 на СП1 осуществляется в обратной последовательности.
3 Моделирование процесса перехода
Для моделирования переходных процессов в цепях тяговых электродвигателей была разработана математическая модель [2]. На рис. 5 изображена схема модели электровоза в пакете Simulink, состоящая из восьми ТЭД ТЛ-2К1, контакторов К1-К12, импульсного преобразователя на базе IGBT c фильтром и обратным диодом, блока управления контакторами Signal Builder.
Рассмотрим переходные процессы в цепи тяговых электродвигателей при переходе с соединения СП1 на соединение СП2.
Как следует из результатов моделирования, бросок тока при замыкании контакторов V и VI (т. е. уменьшение суммарной ЭДС четырех двигателей на 25 % в результате исключения из цепи ТЭД одного из якорей IV или VIII, в зависимости от ветви) без ввода в цепь ТЭД сопротивления составляет 23 % по отношению к первоначальному (рис. 6). При замыкании контакторов 5, 6 обрывается ток якорей IV и VIII, который восстанавливается при запуске импульсного преобразователя (рис. 7). Импульсный преобразователь запускается после замыкания контакторов 4, 7, 8 и поддерживает на якорях двигателей IV и VIII напряжение, равное 2/3 напряжения контактной сети. При плавном пуске преобразователя происходит плавное нарастание тока в якорях двигателей 4 и 8, что препятствует возникновению ударов в приводе, продольных воздействий и боксования.
Рис. 5. Схема имитационной модели
Рис. 6. Переходные процессы в двигателях 1-3, 5-7
Рис. 7. Переходные процессы в двигателях 4, 8
Заключение
В ходе исследований на имитационной модели было показано, что применение дополнительного соединения двигателей на электровозе ВЛ10 позволило существенно расширить зону применения экономически выгодных безреостатных позиций, улучшить противобоксовочные свойства, при этом не ухудшая другие эксплуатационные характеристики.
Библиографический список
1. Тяговое обеспечение перевозочного процесса / А. Л. Лисицын, Л. А. Мугинштейн. - М., 2002. - C. 16-19.
2. Улучшение регулировочных свойств электровозов постоянного тока. Моделирование режимов тяги электровоза с модернизированной системой регулирования. Оценка экономической эффективности. Часть 3: отчет о НИР / А. С. Мазнев, А. А. Богдан. -Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - 2009. - С. 15-20.
3. Электровозы ВЛ10, ВЛ10У : руководство по эксплуатации. - М. : РТП, 2006. -С. 28-29.
УДК 629.424.1
