ПЗ (1221701), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Схемой предусмотрено четырехзонное плавное регулирование выпрямленного напряжения.
После полного открытия тиристоров плеч 1, 2, 7, 8 (конец 4 зоны) дальнейшее увеличение скорости электровоза достигается ослаблением возбуждения тяговых двигателей путем шунтирования обмоток возбуждения резисторами R1, R2 (выводы Р1–РЗ) и соединенными с ними последовательно индуктивными шунтами LI I–L14.
Предусмотрено три ступени ослабления возбуждения:
- первая ступень – 70% (включены контакторы К11, К12);
- вторая ступень – 52% (включены контакторы К11, К12, К21, К22);
- третья ступень – 43%(включены контакторы К11, К12, К21, К22, К31,К32).
Это значит, что 70%, 50% и 43% тока якоря проходит по обмотке возбуждения [2].
Индуктивные шунты LI I–L14 предназначены для снижения бросков тока и облегчения условий коммутации тяговых двигателей при колебаниях напряжения в контактной сети или его восстановлении после кратковременного снятия.
В случае необходимости, любой из тяговых двигателей может быть отключен соответствующим разъединителем QS11, QS12. При этом отключаются соответствующие быстродействующие выключатели [1].
Питание тяговых двигателей от источника низкого напряжения (сеть депо) осуществляется через розетки Х4 и разъединители QS5.
Напряжение тяговых двигателей измеряется вольтметром PV2, от коммутационных перенапряжений вольтметр защищен кондиционером С26.
Ток тяговых двигателей измеряется амперметром РА1, подключенным к измерительному шунту RS1. Амперметр РА1 предназначен для измерения тока первого тягового двигателя по ходу движения электровоза и обеспечения возможности контроля ВИП первой по ходу движения тележки. Прибор РА1 установлен в кабине на пульте машиниста.
В цепи якорей тяговых двигателей включены датчики тока Tl, T2, обеспечивающие совместно со шкафом МСУД А55 контроль тока тяговых двигателей и обратную связь по току с системой управления ВИП.
В цепи якорей 2 и 4 тяговых двигателей включены датчики напряжения ТЗ, обеспечивающие контроль напряжения на тяговых двигателях системой МСУД в режиме рекуперативного торможения.
Контроль замыкания на корпус цепей питания тяговых двигателей осуществляет реле заземления KV1. Реле имеет включающую и удерживающую катушки. К контролируемым цепям включающая катушка реле подключена через резисторы R5, R6 и разъединитель QS7 [1].
Напряжение 50 В на удерживающую катушку подается от контроллера машиниста проводом Э2 через резистор R94 на включающую катушку напряжение подается (при замыкании на корпус) от обмотки собственных нужд тягового трансформатора Т5 через понижающий трансформатор Т9. Разъединитель QS7 предназначен для обеспечения возможности отключения реле от замкнутой на корпус цепи (например, сглаживающего реактора L2 или ВИП) с целью сохранения работоспособности электровоза. В этом случае должен быть отключен соответствующий из разъединителей QS3, QS4. При замыканиях на корпус реле KV1 включается, размыкает цепь питания катушки удерживающего электромагнита главного выключателя, включает индикаторы РЗ и ГВ на блоке сигнализации А23 пульта машиниста и подает сигнал в шкаф МСУД А55[1].
1.4 Цепи тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения
Тяговые двигатели в режиме рекуперативного торможения работают как генераторы постоянного тока с независимым возбуждением.
Рекуперативное торможение осуществляется путем инвертирования постоянного тока тяговых двигателей, работающих генераторами, в переменный ток промышленной частоты.
Все переключения в силовой цепи при переходе из режима тяги в режим рекуперативного торможения и наоборот производится переключателями А11–QT1, А12–QT1. При переходе в режим рекуперативного торможения якорь каждого тягового двигателя отключается от своей обмотки возбуждения и подключается к ВИП последовательно с диодами блока U11 и блоком резисторов R10.
Блок резисторов R10 предназначен для обеспечения большей электрической устойчивости рекуперативного торможения, а также для улучшения распределения тока между параллельно включенными якорями тяговых двигателей.
Блок диодов U11 предназначен для предотвращения появления контурных токов при переходе в режим рекуперативного торможения на высоких скоростях.
Для защиты, резисторов от токовых перегрузок предусмотрена панель реле напряжения А6. При срабатывании реле контроля напряжения KV01, KV02 панели А6 разбирается схема электрического торможения.
В блоках силовых аппаратов Al I, A12 установлены панели защиты тяговых двигателей от кругового огня А27 (при срабатывании реле контроля напряжения KV01 панели отключается контактор К1, обесточивая обмотки возбуждения двигателей) [1].
Обмотки тягового трансформатора с выводами аЗ – хЗ и выпрямительная установка возбуждения U3 образуют двухполупериодного выпрямления со средней нулевой точкой для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей. Напряжение холостого хода между выводами аЗ – хЗ составляет 172 В.
Тормозными переключателями All– QT1, А12 – QT1 обмотки возбуждения тяговых двигателей каждой секции соединяются между собой последовательно. Резисторы Rl, R2 выводами РО, РЗ остаются подключенными параллельно обмоткам возбуждения как и в режиме тяги.
Сбор силовой схемы питания обмоток возбуждения завершается включением контактора К1.
Ток возбуждения измеряется амперметром РА2, установленным в кузове секции электровоза.
Обратная связь по току с системой регулирования обеспечивается с помощью датчика тока Т15.
От тока перегрузки цепи возбуждения защищены с помощью реле КА8, от токов короткого замыкания при пробое плеч ВУВ - с помощью реле КА7. При срабатывании реле КА7 отключается контактор К1, при срабатывании реле КА8 отключается главный выключатель QF1.
Контроль замыкания цепей возбуждения на корпус осуществляет реле контроля "земли" KV5, при включении которого загораются индикаторы ВУВ на блоке сигнализации А23 над пультом машиниста. Для снижения уровня радиопомех и коммутационных перенапряжений обмотка аЗ – хЗ тягового трансформатора соединена с корпусом электровоза через конденсаторы С15, С16[1].
2 СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЭП1
В данном разделе дипломного проекта рассмотрены возможные модернизации силовой схемы электровозов переменного тока, модернизации цепи тяговых двигателей, модернизации преобразователя, возможные применения дополнительных элементов для силовой схемы. Данные изменения в схеме направлены на повышение производительности электровоза, повышение его надежности и ходовых характеристик. Это может повлиять также и на расход электроэнергии, что в целом повысит технико -экономические характеристики электроподвижного состава. Улучшений можно добиться не только за счет применения кардинально новых решений, но и за счет совершенствования существующих.
2.1 Применение молекулярных накопителей электрической энергии
Широкие возможности для улучшения существующей схемы открывают молекулярные накопители электрической энергии (НЭ), называемые также суперконденсаторами. Их емкость составляет от единиц и десятков до тысячи фарад. Таким образом, НЭ по своим характеристикам занимают промежуточное положение между классическими конденсаторами и аккумуляторами [6].
Молекулярные НЭ, выпуск которых освоен отечественной промышленностью, имеют высокие технико-экономические характеристики. Они могут использоваться как в импульсном режиме, так и в режиме длительного разряда. Вследствие отсутствия побочных химических реакций молекулярные НЭ имеют коэффициент отдачи близкий к единице [6].
Существующие образцы накопителей энергии имеют ресурс более 1010 циклов и срок службы 12 лет. При этом непрерывно ведется работа по совершенствованию конструкции НЭ и улучшению их характеристик.
Большинство выпускаемых в России НЭ имеют закрытую конструкцию и не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.
Основные технические характеристики некоторых НЭ отечественного производства приведены в таблице. Из неё видно, что НЭ отечественного производства можно разделить на несколько основных групп. Накопители серии ПП являются низковольтными (до 24 В), но при этом имеют высокую (сотни фарад) емкость и малое внутреннее сопротивление (единицы мОм). Накопители ИКЭ, напротив, рассчитаны на большое напряжение (сотни вольт), но при этом имеют емкость 1–2 Ф и достаточно большое внутреннее сопротивление.
Таблица 2.1 – Характеристики молекулярных накопителей энергии
| Параметр / Серия | 24ПП 30/0,003 | 12ПП 4/0,003 | 30ЭК404Н | ИКЭ 1,5/300 | ИКЭ 20/150 |
| Диапазон рабочих напряжений, В | 0 - 24 | 0 - 12 | 27 - 45 | 0 - 300 | 0 - 150 |
| Энергоемкость, кДж | 30 | 4 | 450 | 70 | 20 |
| Емкость, Ф | 104,2 | 55,6 | 530 | 1,55 | 1,78 |
| Внутреннее сопротивление, Ом | 0,003 | 0,003 | 0,012 | 0,3 | 0,18 |
Отдельно следует выделить серию накопителей ЭК. По своей конструкции они занимают промежуточное положение между молекулярными НЭ и аккумуляторами. Их энергоемкость на порядок больше, чем у накопителей других серий. Однако НЭ такого типа в отличие от остальных накопителей не допускают изменения полярности подведенного напряжения. Как и аккумуляторы, их нельзя разряжать полностью [6].
На железнодорожном транспорте накопители энергии уже нашли применение. Их устанавливают на некоторых тепловозах, где они обеспечивают надежный запуск дизеля при низких температурах и при разряженной или изношенной аккумуляторной батарее (АБ). При этом накопитель значительно продлевает срок службы АБ и позволяет использовать батарею меньшей емкости, соответственно, более дешевую. Также совместно с АБ накопители используются на некоторых тяговых подстанциях при включении сильноточных коммутационных аппаратов. Кроме того, накопители энергии применяют в гибридных силовых установках газотурбовозов. На электроподвижном составе накопители энергии пока не применяются. Проработан вопрос использования НЭ для накопления энергии при рекуперативном торможении ЭПС. Однако характеристики существующих конденсаторных НЭ не позволяют разместить в ограниченном пространстве ЭПС накопитель требуемой емкости, поэтому исследования данного вопроса не продвинулись дальше теоретических расчетов. В порядке эксперимента накопители энергии устанавливались в системах управления электровозов и моторвагонного подвижного состава метрополитена для сглаживания бросков напряжения и обеспечения бесперебойной работы микропроцессорных устройств.
2.1.1 Применение накопителей энергии для повышения тяговых свойств электроподвижного состава
Одним из факторов, оказывающих влияние на устойчивость локомотива к боксованию, является жесткость его тяговых характеристик. Электровозы с жесткими тяговыми характеристиками менее склонны к боксованию и благодаря этому более устойчиво используют силу тяги. Однако применение тяговых двигателей (ТД) с жесткими характеристиками сопряжено с серьезными затруднениями. При увеличении жесткости тяговых характеристик возрастает и разброс нагрузок параллельно соединенных ТД. Поэтому практическое применение тягового привода с жесткими тяговыми характеристиками требует
специальных мер по выравниванию нагрузок ТД, что приводит к усложнению конструкции электровоза и, соответственно, его удорожанию.
Для того чтобы улучшить противобоксовочные свойства ТД последовательного возбуждения, сохранив при этом его мягкие характеристики, параллельно обмотке возбуждения каждого ТД можно подключить конденсаторный накопитель энергии большой емкости, как показано на рисунке 2.1 а. В установившемся режиме, когда ток якоря i не меняется, напряжения на обмотке возбуждения ОВ и на накопителе энергии НЭ одинаковы. Ток подпитки iк отсутствует, поэтому ток возбуждения iв равен току якоря I, как и при последовательном возбуждении. При этом накопитель не оказывает влияния на характеристику ТД, и она остается мягкой.
Рисунок 2.1 - Схема подключения накопителя энергии: а – для повышения тяговых свойств ЭПС; б – для повышения коэффициента мощности ЭПС
При срыве колесной пары в боксование частота ее вращения увеличивается. Соответственно, увеличивается ЭДС двигателя и снижается ток, протекающий по обмоткам ТД. При этом падение напряжения на обмотке возбуждения
становится меньше напряжения на накопителе. Он начинает разряжаться через обмотку возбуждения, препятствуя снижению тока возбуждения. Тем самым увеличивается жесткость тяговой характеристики и кратковременно сбрасывается сила тяги ТД, за счет чего боксование предотвращается в самом начале. При этом отсутствует необходимость в дополнительных датчиках и коммутационных аппаратах для подавления начавшегося боксования, обеспечивается высокое быстродействие схемы.
Благодаря тому, что переход на жесткую характеристику происходит только при боксовании, разброс токов параллельно соединенных ТД при отсутствии боксования сохранится такой же, как и при последовательном возбуждении.
Таким образом, привод с НЭ не требует применения устройств выравнивания нагрузок ТД, что выгодно отличает его от ранее разработанных типов тягового привода с жесткими характеристиками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
