Богомолов Никита Юрьевич,
Ширяев Алексей Валерьевич,
Изварин Михаил Юрьевич и др.

Высокоскоростные электропоезда «Сапсан»

Общие сведения о поезде

Эксплуатационные характеристики в режимах тяги и электрического торможения

Механическая часть

Электрические машины и трансформаторы

Электрические аппараты и преобразователи

Пневматическая схема

Бортовые сети собственных нужд

Приборы и системы безопасности

Внутрисалонное оборудование

Управление ЭВС «Сапсан»

Заключение

Список литературы

Электрические машины и трансформаторы

Электропоезда Сапсан, Аллегро и Красная Стрела

 

4.1. Тяговый двигатель 1TB2019-1GC02
4.2. Тяговый трансформатор EFAT 6745
4.3. Вспомогательные машины

4.1. Тяговый двигатель 1TB2019-1GC02

Тяговый двигатель преобразует электрическую энергию в механическую. В каждой моторной тележке установлены по два асинхронных тяговых двигателя «Siemens» модели 1TB2019-1GC02 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Асинхронный тяговый двигатель 1TB2019-1GC02

Рис. 4.1. Асинхронный тяговый двигатель 1TB2019-1GC02: 1 — датчик скорости вращения ротора (датчик Холла); 2 — передний подшипниковый щит; 3 — литой корпус статора; 4 — магнитное ярмо статора; 5 — магнитное ярмо ротора; 6 — подводящие высоковольтные кабели (фазы А, В, С); 7 — коннектор подсоединения патрубка принудительной воздушной вентиляции; 8 — вал ротора; 9 — упорная шайба на валу ротора; 10 — обмотка статора; 11 — фиксатор лобовых вылетов обмотки статора; 12 — задний подшипниковый щит; 13 — отверстия выхода потока охлаждающего воздуха; 14 — задний шариковый радиально-упорный подшипник вала ротора; 15 — зубчатая муфта (подробное описание в разделе «Механическая часть»); 16 — канал отработанной смазки заднего подшипника; 17 — лабиринтное уплотнение заднего подшипника; 18 — торцевое медное короткозамыкающее кольцо; 19 — вентиляционное отверстие в ярме ротора; 20 — лабиринтное уплотнение переднего подшипника; 21 — передний радиальный роликовый подшипник; 22 — болт крепления зубчатого колеса датчика скорости вращения ротора (Холла); 23 — зубчатое колесо датчика скорости вращения ротора (Холла); 24 — крышка зубчатого колеса датчика скорости вращения ротора (Холла); 25 — место подключения кабеля измерения температуры переднего подшипника

Конструкция статора. Состоящий из изолированных электротехнических стальных листов пакет статора запрессован в корпус статора, имеющий аксиальные воздушные каналы для охлаждения. Обмотка статора помещена в пазы пакета пластин, которые закрываются полосками закрывания пазов. Коробка выводов, привинченная к корпусу статора, закрывается крышкой. Обмотанный пакет статора пропитан в вакууме и соответствует классу нагревостойкости 200. Статор оснащен встроенным в его корпус датчиком температуры, состоящим из терморезистора системы РТ-100, которая превращает аналоговый сигнал от терморезистора в цифровой и передает в блок управления приводом (БУП) с целью контроля им температуры каждого из двигателей.

Конструкция ротора. Ротор в сборке состоит из нескольких компонентов. На его оси из высокопрочной улучшенной стали в горячем состоянии запрессован пакет пластин из изолированных электротехнических стальных листов вместе с расположенными слева и справа от них упорными шайбами ротора. Ротор имеет аксиальные воздушные каналы для охлаждения. В пазах пакета пластин находятся стержни роторной обмотки из меди. Короткозамыкающие кольца, припаянные твердым припоем на задних D-end и передних N-end оконечностях стержней создают обмотку ротора типа «беличья клетка». Каждая упорная шайба ротора имеет огибающую канавку, в которую завинчены балансировочные грузы. С их помощью ротор динамически сбалансирован. На переднем N-end торце ротора привинчено зубчатое колесо датчика скорости.

Устройство подшипников двигателя. На обеих сторонах корпуса статора установлен подшипниковый щит из алюминиевого литья. Роторные подшипники (рис. 4.2, 4.3) вставлены соответственно в корпусы подшипников и прикручены к подшипниковым щитам. Между корпусами подшипников и подшипниковыми щитами имеются токоизолирующие прокладки. Ротор устанавливается на заднем D-end радиальном шарикоподшипнике и на переднем N-end роликоподшипнике с цилиндрическими роликами. Для смазки подшипников предусмотрены смазочные ниппели с конической головкой. Старое масло принимается на заднем подшипнике в сборнике на подшипниковом щите снизу и на переднем подшипнике во внутреннем пространстве крышки датчика скорости. В обеих подшипниковых щитах встроены терморезисторы системы РТ-100 для контроля БУП температуры подшипников вала ротора.

Рис. 4.2. Узел заднего шарикоподшипника

Рис. 4.2. Узел заднего шарикоподшипника: 1 — болт крышки; 2 — крышка; 3 — отсек отработавшей смазки.

Рис. 4.3. Узел переднего роликоподшипника

Рис. 4.3. Узел переднего роликоподшипника: 1 — датчик скорости вращения ротора (Холла); 2 — уплотнительное кольцо; 3 — крышка датчика; 4 — зона присутствия отработанной смазки; 5, 6 — болтовое крепление крышки 3.

Внешний вид тягового электродвигателя со стороны заднего подшипника продемонстрирован на рис. 4.4. На рис. 4.5 изображен ТЭД, смонтированный на электропоезде.

Рис. 4.4. ТЭД со стороны заднего подшипника с зубчатой полумуфтой

Рис. 4.4. ТЭД со стороны заднего подшипника с зубчатой полумуфтой: 1 — кабель терморезисторов системы РТ-100; 2 — лобовые вылеты обмотки статора; 3 — отверстие для запрессовки новой смазки; 4 — зубчатая полумуфта (идет в комплекте с ТЭД); 5 — терморезистор системы РТ-100; 6 — наружная крышка отсека отработанной смазки заднего подшипника; 7 — болт заднего подшипникового щита

Рис. 4.5. ТЭД на эксплуатирующемся поезде

Рис. 4.5. ТЭД на эксплуатирующемся поезде: 1 — кабель терморезисторов; 2 — высоковольтные силовые кабели ТЭД (фазы А, В, С); 3 — соединительная коробка; 4 — короб воздуховода принудительной вентиляции ТЭД; 5 — механическая защита нижнего терморезистора системы РТ-100 корпуса статора

ТЭД имеет принудительное охлаждение (рис. 4.6). Два ТЭД одной тележки получают нагнетаемый воздух от системы принудительной вентиляции, расположенной рядом с тележкой. Эта система состоит из приводного асинхронного двигателя с вентилятором, воздушного фильтра и воздуховодов, соединяющих вентилятор с входными коннекторами обоих ТЭД тележки. Воздушные фильтры на вентиляторе с внешним приводом препятствуют проникновению в двигатель мелких инородных частиц размером более 0,5 мм, а также большого количества пыли. Приводные асинхронные двигатели подключены к шине EBV 440 V, 60 Hz и имеют устройство, позволяющее изменять их скорость (две ступени) методом переключения числа пар полюсов. Вентиляторами управляет блок управления приводом (БУП), который и определяет параметры их работы по уровню температуры корпуса ТЭД. Меню ИЧМ машиниста позволяет при необходимости принудительно увеличивать скорость вращения вентиляторов охлаждения до максимума.

Рис. 4.6. Воздушный поток внутри ТЭД

Рис. 4.6. Воздушный поток внутри ТЭД

Технические характеристики ТЭД 1TB2019-1GC02

Число полюсов 4
Расход воздуха принудительной вентиляции 0,6 м3
Диаметр ротора 311,4 мм
Диаметр расточки статора 315 мм
Длина пакета пластин (длина магнитного ярма) 295 мм
Воздушный зазор 1,8 мм
Расчётное напряжение 2807 В
Расчётный ток 121 А
Расчётная мощность (синус) 510 кВт
Расчётное число оборотов (соответствует скорости 250 км/ч) 4100 мин-1
Расчётная частота питающего напряжения (соответствует скорости 250 км/ч) 137 Гц
Класс нагревостойкости 200
Расчётное напряжение изоляции 3300В
Максимальный ток 227А
Максимальное число оборотов (соответствует скорости 354 км/ч) 5816 мин-1
Тип соединения обмоток статора звезда
Вес двигателя в сборе ~ 790 кг
Вес ротора в сборе без подшипников 200 кг
Статор в сборе 445 кг
Вес зубчатой полумуфты 34 кг
Передний подшипник вала ротора (N-end) роликоподшипник с цилиндрическими роликами DIN 5412 NU210 (токоизолированный)
Задний подшипник вала ротора (D-end) радиальный шарикоподшипник DIN 625-6016M (токоизолированный)
Применяемая смазка для подшипников качения консистентная Mobilith SHC 100
Количество смазки в переднем подшипнике (N-end) 60 г (первоначально)/25 г (повторно)
Количество смазки в заднем подшипнике (D-end) 100 г (первоначально)/45 г (повторно)
Сопротивление обмотки статора, замеренное подачей постоянного тока 10 А при температуре 20 °С 142 мОм (допуск 5 %)
Сопротивление изоляции обмотки статора в фактическом (не очищенном) состоянии, измеряемое переменным током 50 Гц напряжением 4210 В в течение 1 мин более 2 МОм
Сопротивление изоляции обмотки статора после ремонта, измеряемое переменным током 50 Гц напряжением 6560 В в течение 5 сек более 10 МОм
Зазор между датчиком вращения и зубчатым колесом датчика вращения 0,4—0,9 мм
Максимальный крутящий момент 3173 Н-м (317 кгс-м)

Для слива скапливающейся в корпусе ТЭД влаги предусмотрены технологические отверстия 1 (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Отверстия для слива воды из статора

Рис. 4.7. Отверстия для слива воды из статора: 1 — водосливные отверстия в корпусе ротора.

Перед разборкой ТЭД от него отсоединяются все терморезисторы с кабелями, снимается датчик вращения и его крышка, а также зубчатое колесо.

С задней стороны методом гидрораспрессовки снимается зубчатая полумуфта и отвинчиваются болты заднего подшипникового щита. После этого ротор может изыматься из статора специальным приспособлением (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Схема, демонстрирующая методику разборки ТЭД

Рис. 4.8. Схема, демонстрирующая методику разборки ТЭД

Монтаж высоковольтных соединений тягового двигателя иллюстрируется рис. 4.9.

Рис. 4.9. Высоковольтные соединения тягового двигателя

Рис. 4.9. Высоковольтные соединения тягового двигателя

На ЭПС с коллекторными тяговыми двигателями наличие коллектора существенно снижает массогабаритные характеристики ТЭД. К примеру, удельная масса распространенного на отечественных электропоездах тягового двигателя 1ДТ003 равна 9,78 кг/кВт, в то время как у асинхронного ТЭД ЭВС «Сапсан» 1TB2019-1GC02 этот показатель составляет 1,54 кг/кВт.

Рис. 4.10. Схема соединения обмоток асинхронного тягового двигателя 1TB2019-1GC02

Рис. 4.10. Схема соединения обмоток асинхронного тягового двигателя 1TB2019-1GC02

Принципиальная электрическая высоковольтная схема ТЭД (рис. 4.10) представляет собой три статорные обмотки, соединенные в звезду. Такое соединение обычно применяется при питании АД от статического преобразователя и связано с алгоритмом его работы.

Все четыре ТЭД одного моторного вагона параллельно подключены к одному тяговому преобразователю (рис. 4.11). Вследствие жесткости характеристик АТД разница диаметров колесных пар в одном моторном вагоне не должна превышать 5 мм. Влияние жесткости характеристик на расхождение силы тяги двигателей иллюстрируется рис. 4.12, где представлены характеристики тягового двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 4.12, а) и асинхронного тягового двигателя (рис. 4.12, б).

Рис. 4.11. Упрощенная силовая схема моторного вагона

Рис. 4.11. Упрощенная силовая схема моторного вагона

Рис. 4.12. Расхождения сил тяги при параллельном включении двигателей

Рис. 4.12. Расхождения сил тяги при параллельном включении двигателей: а — двигатель постоянного тока последовательного возбуждения; б — асинхронный двигатель; 1 — диаметр колеса d1; 2 — диаметр колеса d2

Рис. 4.12. Расхождения сил тяги при параллельном включении двигателей

Частота вращения ротора (n2) асинхронного двигателя определяется по известной формуле

Частота вращения ротора

где S — скольжение.

Скольжение S — это отношение величины отставания скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора, часто выражаемое в процентах.

Поскольку все четыре ТЭД моторного вагона подключены к одному преобразователю, скорость вращения магнитного поля статора, определяемая выходной частотой тягового инвертора напряжения, у всех них одинаковая. Все четыре ротора каждого моторного вагона жестко привязаны через тяговый редуктор к рельсу, а значит, скорости вращения их роторов будут различаться только в зависимости от разниц диаметров колесных пар у моторного вагона.

4.2. Тяговый трансформатор EFAT 6745

Тяговые трансформаторы EFAT 6745 имеются только на поездах В2 и расположены на вагонах TR T 03 и TR T 08 (рис. 4.13). Трансформаторы находятся в подвагонном пространстве примерно посередине вагона, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки между колесными парами.

Рис. 4.13. Расположение трансформаторных вагонов в поезде В2

Рис. 4.13. Расположение трансформаторных вагонов в поезде В2

Внешний вид трансформатора приведен на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Внешний вид тягового трансформатора

Рис. 4.14. Внешний вид тягового трансформатора

Ниже представлены основные технические характеристики тягового трансформатора.

Характеристики тягового трансформатора

Обмотка высшего напряжения
Номинальная мощность............................................ 5,460 МВ-A
Номинальное напряжение.......................................... 25 кВ
Номинальный ток................................................. 218 А
Номинальная частота............................................. 50 Гц

Обмотки низшего напряжения
Количество...................................................... 4
Номинальная мощность............................................ 4x1,300 МВ-A
Номинальное напряжение.......................................... 4x1,550 кВ
Номинальный ток................................................. 4x836 A

Обмотка для нагревательного оборудования
Количество .................................................... 1
Номинальная мощность........................................... 0,260 МВ-A
Номинальное напряжение......................................... 2,991 кВ
Номинальный ток................................................ 87 А

Потери при коротком замыкании при 85 °C
Высш. — Низш.1 + Низш.2 + Низш.3 + Низш.4...................... 171,5 кВт (+15 %)
Высш. — Низш.1................................................. 42,0 кВт (+15 %)
Высш. — Низш.2................................................. 42,0 кВт (+15 %)
Высш. — Низш.3................................................. 42,0 кВт (+15 %)
Высш. — Низш.4................................................. 42,0 кВт (+15 %)
Высш. — Обмотка отопления...................................... 2,6 кВт (+15 %)

Напряжение короткого замыкания при 85 ° С
Высш. — Низш.1 + Низш.2 + Низш.3 + Низш.4...................... 40,5 % (+15 %; —5 %)
Высш. - Низш.1................................................. 39,0 % (+15 %; -5 %)
Высш. - Низш.2................................................. 39,0 % (+15 %; -5 %)
Высш. - Низш.3 ................................................ 39,0 % (+15 %; -5 %)
Высш. - Низш.4 ................................................ 39,0 % (+15 %; -5 %)
Высш. - Обмотка отопления...................................... 2,15 % (+15 %; -5 %)

Суммарная мощность одного трансформатора составляет 5460 кВ-А. Трансформатор имеет пять вторичных обмоток, четыре из которых (тяговые) подсоединяются к преобразователям 4QS. Тяговые вторичные обмотки имеют напряжение 1550 В и мощность 1300 кВ-А. Пятая обмотка служит для цепей отопления поезда и рассчитана она на напряжение 2991 В, ее мощность — 260 кВ-А. Корпус трансформатора (рис. 4.15) выполнен в виде сварной конструкции из стального листа и заполнен трансформаторным маслом. На корпусе имеются крепления для навесных элементов.

Рис. 4.15. Корпус тягового трансформатора

Рис. 4.15. Корпус тягового трансформатора

В конструкции корпуса тягового трансформатора учтена необходимость повышенной механической стойкости к ударам от предметов, находящихся на полотне железной дороги (в первую очередь — щебня). Охлаждение трансформатора — принудительное масляное. Масло циркулирует по замкнутому контуру через трансформатор и охладительную установку. Охладительная установка снабжена многоскоростными вентиляторами, позволяющими понижать уровень шума вентилятора в зависимости от требуемой производительности охлаждения. Охлаждающий воздух всасывается по бокам, очищается фильтрами и выдувается в подвагонное пространство. Трансформатор имеет электрическую дифференциальную токовую защиту, газовое реле, предохранительный клапан, датчик контроля потока масла и электронный термометр.

Сердечник трансформатора (рис. 4.16) состоит из двух стержневых магнитопроводов, на которых уложены обмотки, и двух ярем, соединенных стержнями. Сердечник изготовлен из холоднокатаной электротехнической полосовой стали с ориентацией зерен структуры. В целях минимизации потерь сердечника и шума при работе трансформатора ламинированные листовые элементы тщательно наложены друг на друга, спрессованы и зафиксированы. Оба стержневых магнитопровода имеют безболтовую конструкцию. С обеих сторон размещены подкладки, так называемые оконечные пластины стержней, обеспечивающие прочность. Стержневые магнитопроводы обмотаны стекловолоконной лентой, пропитанной заливочной смолой. Эти бандажи затвердевают под воздействием тепла.

Рис. 4.16. Сборка сердечника тягового трансформатора

Рис. 4.16. Сборка сердечника тягового трансформатора

Блок обмоток с принудительным охлаждением представляет собой конструкцию, выполненную из цилиндрических трубок, прикрывающих оба стержневых магнитопровода в осевом направлении. Тщательная предварительная сушка обмоток предотвращает усадку изоляционных материалов внутри трансформатора. Обмотки имеют настолько прочное натяжение, что не могут отсоединиться от сердечника даже под влиянием действующих в осевом направлении усилий при коротком замыкании. В качестве изоляционного материала для всех обмоток активной части использован термостойкий пластик марки «Nomex». Он отличается высокой стойкостью к старению в заданном температурном диапазоне трансформатора. Изоляционный материал хорошо поддается обработке при наматывании, натяжении и прессовании обмоток, а также обеспечивает возможность подготовки его к сушке в сушильной печи при высокой температуре.

На рис. 4.17 изображена активная часть тягового трансформатора, смонтированная в подвагонном монтажном контейнере.

Рис. 4.17. Активная часть тягового трансформатора

Рис. 4.17. Активная часть тягового трансформатора

Заводская схема соединения обмоток тягового трансформатора представлена на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Заводская схема соединения обмоток тягового трансформатора

Рис. 4.18. Заводская схема соединения обмоток тягового трансформатора

Схема соединения обмоток с учетом их расположения на стержнях магниторовода приведена на рис. 4.19. Показаны направления токов при одной полуволне питающего напряжения. Магнитные потоки двух первичных полуобмоток, расположенные на одном стержне, должны быть сонаправлены.

Рис. 4.19. Схема соединения обмоток тягового трансформатора с учетом их расположения на стержнях магнитопровода

Рис. 4.19. Схема соединения обмоток тягового трансформатора с учетом их расположения на стержнях магнитопровода

На рис. 4.20 изображена схема тягового трансформатора с привычным разбиением обмоток на ВН и НН.

Рис. 4.20. Принципиальная схема тягового трансформатора

Рис. 4.20. Принципиальная схема тягового трансформатора

Всего в трансформаторе пять вторичных обмоток. Обмотки 1—4 предназначены для питания четырехквадрантных преобразователей при движении поезда на участке, электрифицированном по системе переменного тока, а обмотка 5 служит для питания цепей отопления. Как будет показано в гл. 5, для работы четырехквадрантного преобразователя его вход должен быть подключен через мощный реактор. Между тем на силовой схеме поезда В2, приведенной на рис. 4.21, никакого реактора между вторичной обмоткой тягового трансформатора и преобразователем нет.

Рис. 4.21. Силовая схема ЭВС «Сапсан» (В2)

Рис. 4.21. Силовая схема ЭВС «Сапсан» (В2)

Как уже было указано в технических характеристиках ТЭД 1ТВ2019-16С02, напряжение короткого замыкания обмоток, питающих 4QS преобразователи, составляет 39%. Это очень большая величина для трансформатора такой мощности (обычно около 3 %). Следовательно, в тяговых обмотках искусственно завышены индуктивности рассеяния (например, их намоткой с увеличенным зазором относительно магнитопровода), которые и используются в качестве входных реакторов 4QS преобразователей. Таким образом, реакторы как бы находятся внутри трансформатора и его системы охлаждения. Это ухудшает массогабаритные параметры трансформатора, но исключает необходимость установки дополнительных реакторов. Более подробно возникновение индуктивности рассеяния изучается в курсе «Электрические машины», но может быть кратко пояснено рис. 4.22.

Рис. 4.22. Возникновение магнитных потоков рассеяния в трансформаторе и его схема замещения

Рис. 4.22. Возникновение магнитных потоков рассеяния в трансформаторе и его схема замещения

4.3. Вспомогательные машины

Двигатель компрессора

Трехфазный асинхронный двигатель (рис. 4.23) — составная часть компрессорного агрегата VV180-T и является одновременно приводом компрессора и его системы охлаждения. Двигатель приводит во вращение крыльчатку вентилятора 2, при этом воздух нагнетается в сторону компрессора, охлаждая при этом и сам компрессор, и его радиатор.

Рис. 4.23. Привод главного компрессора: 1 — корпус вентилятора охлаждения компрессора; 2 — крыльчатка вентилятора; 3 — соединительный корпус, зона всасывания охлаждающего воздуха; 4 — клеммовая коробка двигателя; 5 — подшипниковый щит двигателя; 6 — упругая подвеска двигателя к корпусу главной установки подачи сжатого воздуха; 7 — кожух вентилятора охлаждения самого двигателя.

Рис. 4.23. Привод главного компрессора: 1 — корпус вентилятора охлаждения компрессора; 2 — крыльчатка вентилятора; 3 — соединительный корпус, зона всасывания охлаждающего воздуха; 4 — клеммовая коробка двигателя; 5 — подшипниковый щит двигателя; 6 — упругая подвеска двигателя к корпусу главной установки подачи сжатого воздуха; 7 — кожух вентилятора охлаждения самого двигателя.

Трехфазный двигатель типа KB/06B-160L имеет напольное (фланцевое) конструктивное исполнение. Лапы станины электродвигателя могут иметь как верхнее, так и нижнее расположение. Корпус изготовлен методом литья под давлением из легкого сплава, что обеспечивает большую механическую прочность и малый вес, а фланец, подшипниковый щит и лапы станины — методом кокильного литья из серого чугуна, поскольку они подвергаются увеличенной нагрузке.

Электродвигатель (рис. 4.24) имеет наружное охлаждение, работающее по принципу внешнего обдува с помощью установленной на его валу 8 крыльчатки вентилятора 13, которая находится под кожухом вентилятора 2, расположенного напротив свободного конца вала. Охлаждение двигателя не зависит от направления вращения вала. Малошумное вращение ротора с малыми потерями на трение обеспечивается двумя радиальными шарикоподшипниками 4, 11 с постоянной смазкой, которые установлены в закрытых корпусах подшипников на обоих подшипниковых щитах 112. Оба подшипника защищены с наружных сторон уплотнительными кольцами от воздействия грязи и влаги. Подвод тока осуществляется через пыле- и влагозащищенную клеммовую коробку, которая находится на нижней стороне статора. Расположенная в клеммовой коробке клеммная колодка имеет шесть зажимных клемм. В соответствии с конкретным случаем применения зажимные клеммы могут быть соединены по схеме звезды или по схеме треугольника.

Рис. 4.24. Основные элементы двигателя компрессора

Рис. 4.24. Основные элементы двигателя компрессора: 1, 12 — подшипниковый щит; 2 — кожух вентилятора; 3 — компенсационная шайба шарикоподшипника; 4, 11 — шарикоподшипник; 5 — корпус статора; 6 — обмотка статора; 7 — шпоночное соединение вала ротора; 8 — вал ротора; 9 — ротор; 10 — крышка подшипника; 13 — вентилятор.

На рис. 4.25 представлена принципиальная электрическая схема управлением двигателя главного компрессора одного вагона SR Т. Двигатель компрессора =34-М13 подключен к трехфазной общепоездной шине EVB 440 V 60 Hz через АЗВ =34-F57 и электромагнитный контактор =34-Q12 «Главн. возд. компр. управление». Работой этого контактора управляет блок БУТ =28-К01 вагона SR T. Блок БУТ по шине MVB связан с блоком БУТ-мастер ведущего вагона и с ЦБУ. Операциями включения и выключения компрессора данного вагона SR Т управляют именно указанные электронные устройства на основании приходящей в них информации (подробнее см. в главе «Тормозное оборудование»). Состояние силового подвагонного АЗВ =34-F57 и низковольтного АЗВ =64-F12 отслеживается в ЦБУ через сигнальные ячейки станций Сибас-Клип. Персонал может из вагонного шкафа второго тамбура методом отключения АЗВ =64-F12 отключить компрессор на данном вагоне SR T при его неисправности.

Рис. 4.25. Электрическая схема управления двигателем главного компрессора

Рис. 4.25. Электрическая схема управления двигателем главного компрессора

Двигатель вентилятора тяговых электродвигателей

На ЭВС «Сапсан» применена система принудительной воздушной вентиляции тяговых двигателей (рис. 4.26). Для этого на корпусе каждого ТЭД сверху имеется специальное круглое отверстие для подсоединения гибкого коллектора (или гибкого патрубка) системы охлаждения.

Рис. 4.26. Система вентиляции ТЭД (с двигателем)

Рис. 4.26. Система вентиляции ТЭД (с двигателем): 1 — болтовое амортизационное соединение; 2 — монтажный короб; 3 — входной фильтр; 4 — воздухозаборник; 5 — главный вентилятор; 6 — вал асинхронного двигателя; 7 — асинхронный двигатель; 8 — кожух двигателя

Рядом с каждой моторной тележкой со стороны второй и третьей осей размещена установка принудительной вентиляции обоих ТЭД данной тележки. Установка представляет собой металлическую раму, закрепленную болтовыми амортизационными соединениями 1 к кузову вагона. На раме смонтирован короб 2 главного центробежного вентилятора 5. Короб 2 в верхней части герметично сопряжен с воздушным каналом вдоль днища пола кузова, канал ведет к двум ТЭД. К коробу 2 слева присоединен воздухозаборник 4 с входным фильтром 3, а справа — асинхронный двигатель 6, на вал которого через шпоночное соединение установлен центробежный вентилятор 5. Двигатель 7 является самовентилируемым, под его кожухом 8 находится вентилятор охлаждения двигателя.

На рис. 4.27 изображена схема воздушных потоков охлаждения ТЭД одной тележки. Воздух забирается из подвагонного пространства за фальшбортом и очищается от механических примесей и снега в фильтре (рис. 4.28, 4.29), далее нагнетается в канал и в одинаковом количестве подается в каждый из двух тяговых двигателей. Пройдя через них, подогретый воздух выбрасывается в сторону зубчатой муфты.

Рис. 4.27 Схема прохождения потоков охлаждающего воздуха

Рис. 4.27 Схема прохождения потоков охлаждающего воздуха

Рис. 4.28 Входной воздушный фильтр в подвагонном пространстве

Рис. 4.28 Входной воздушный фильтр в подвагонном пространстве

Рис. 4.29. Входной воздушный фильтр и кожух вентилятора ТЭД

Рис. 4.29. Входной воздушный фильтр и кожух вентилятора ТЭД

Работой каждого из двигателей вентиляторов охлаждения ТЭД управляет БУП соответствующего моторного вагона. Скорость вращения двигателя вентилятора задается на основании измеренного термосопротивлениями уровня температуры статора. Двигатель имеет две скорости, его технические характеристики приведены ниже.

Технические характеристики двигателя вентилятора 1LA6113-08A91-2

Габариты двигателя......................................... 400x400x250 мм
Мощность................................................... 1,3/4,6 кВт
Номинальный ток............................................ 0,45/1,8 А
Номинальное напряжение..................................... 440 В
Номинальная частота питающего напряжения .................. 60 Гц
Число оборотов ротора ..................................... ~1700/3400 об/мин
Подача воздуха вентилятором ............................... ~550/2000 м3
Вес двигателя.............................................. 15 кг
Количество двигателей на поезд ............................ 8

Устройства Compact PT-100 (рис. 4.30) находятся в шкафах со станциями Сибас-Клип и предназначены для обеспечения центральным блоком управления (ЦБУ) непрерывного мониторинга уровней температур контролируемых узлов. Устройство преобразует аналоговый сигнал от терморезисторов (термодатчиков) в цифровые сигналы, которые отслеживает ЦБУ.

Рис. 4.30. Устройство Compact PT-100

Рис. 4.30. Устройство Compact PT-100: 1 — подвод питания 110 В; 2 — подход аналоговых сигналов с терморезисторов датчиков температур; 3 — интерфейс MVB

На рис. 4.31 показана принципиальная электрическая схема управления системы охлаждения ТЭД1 и ТЭД2 одной моторной тележки среднего вагона SR T 07. Охлаждение второй тележки, а также ТЭД других моторных вагонов выполнено идентично.

Базовым параметром является температура статора ТЭД. В любом из ТЭД имеются три термодатчика — терморезистора системы Compact PT-100: температура статора, температура переднего и заднего подшипников вала ротора. На основании этой информации по зашитым в ЦБУ алгоритмам программного обеспечения (ПО) ЦБУ управляет вентиляторами принудительного охлаждения ТЭД.

Если ЦБУ активирует управляющую транзисторную ячейку А322_03 SKS2 станции Сибас-Клип вагона SR T, то в подвагонном контейнере энергораспределителя включается контактор =34-Q82 «Вент.тяг.дв.1.низ.об.». Это приводит к тому, что двигатель вентилятора первой тележки М3 клеммами 1U, 1W, 1V подключается к шине 440 V 60 Hz. Обмотка статора при этом имеет четырехполюсную схему (низкая скорость). Когда температура статора любого из двух ТЭД первой тележки вагона превысит определенный уровень, ЦБУ дезактивирует управляющую транзисторную ячейку — А322_03 SKS2 и активирует другую ячейку А312_03 SKS1.

Это приведет к замыканию трехфазных контакторов: вначале =34-Q83, а затем =34-Q81 «Вент.тяг.дв.1.выс.об.». Асинхронный двигатель вентилятора будет подключен к шине 440 V 60 Hz клеммами 2U, 2W, 2V, а клеммы 1U, 1V, 1W будут закорочены накоротко. Обмотка статора при этом переключится на двухполюсную схему. Это приведет к увеличению потребляемой двигателем мощности в четыре раза и скорости вращения вентилятора в два раза. Состояние соответствующих АЗВ и рассмотренных контакторов ЦБУ контролирует через сигнальные ячейки Е станции Сибас-Клип. Если же и после переключения вентиляции на высокую скорость вследствие чрезмерной нагрузки на ТЭД температура статора превысит пороговое значение, то ЦБУ выдаст команду блоку БУП этого вагона на принудительное снижение интенсивности тяги или ЭДТ. Все указанные параметры и алгоритмы определяются зашитым в ЦБУ и БУП программным обеспечением.

Рис. 4.31. Принципиальная схема вентиляции ТЭД1 и ТЭД2 вагона SR T 07

Рис. 4.31. Принципиальная схема вентиляции ТЭД1 и ТЭД2 вагона SR T 07

Тормозной резистор и его система охлаждения

Тормозной резистор предназначен для рассеяния энергии, вырабатываемой тяговыми двигателями при электрическом торможении, если возврат энергии в контактную сеть (рекуперация) невозможен. В целях поддержания заданного значения температуры набора резистивных элементов охлаждение тормозного резистора дополнительно обеспечивается двумя вентиляторами (по одному для каждой секции тормозного резистора).

Тормозной резистор первой секции поезда размещается на крыше вагона BAT R 05, тормозной резистор второй секции поезда — на крыше вагона BAT T 06. Элементы резистора собраны в виде нескольких наборов резистивных элементов (рис. 4.32, 4.33), установленных внутри изолированного канала (изготовленного из панелей из натуральной слюды) и образующих хороший температурный барьер между резистивными элементами и опорной рамой, а также увеличивающих КПД вентиляторов путем подачи воздушного потока непосредственно через элементы резистора. Резисторы защищены от отказа вентиляторов при помощи тепловых реле (устройство защитной термосигнализации и термостат). Резистор состоит из двух отдельных секций, которые соединены последовательно для получения необходимого омического сопротивления.

Рис. 4.32. Принципиальная электрическая высоковольтная схема тормозного резистора на вагоне BAT R 05

Рис. 4.32. Принципиальная электрическая высоковольтная схема тормозного резистора на вагоне BAT R 05

Рис. 4.33. Тормозной резистор и панели его кожуха

Рис. 4.33. Тормозной резистор и панели его кожуха

Тормозной резистор состоит из следующих основных компонентов:

  • наборы резистивных элементов;
  • кожух резистора;
  • два вентилятора;
  • устройство тепловой защиты (система термосигнализации).

На рис. 4.34, 4.35 синей стрелкой показан забор вентилятором охлаждающего воздуха, а красной — выброс в атмосферу подогретого воздуха при реостатном торможении.

Рис. 4.34. Тормозной резистор (вид сверху)

Рис. 4.34. Тормозной резистор (вид сверху)

Рис. 4.35. Расположение тормозного резистора на крыше вагона

Рис. 4.35. Расположение тормозного резистора на крыше вагона

Конструкция тормозного резистора позволяет:

  • производить замену отдельных наборов резистивных элементов в случае их неисправности;
  • ограничить нагрев наборов резистивных элементов выше 700 °C;
  • минимизировать нагрев кожуха резистора за счет покрытия вентиляционного канала слюдяными панелями, которые создают тепловой барьер между кожухом и резистивными элементами.

Технические характеристики тормозного резистора

Номинальное омическое значение при температуре 20 °C.......... 2x3,06 Ом ±2 %
Минимальное омическое значение при температуре минус 45 °C.... 2x2,88 Ом
Максимальное омическое значение в горячем состоянии........... 2x4,2 Ом
Температурный коэффициент..................................... 0,00055/°C (AISI 310S)
Номинальная мощность.......................................... 2x850 кВт
Диапазон рабочего напряжения.................................. 2700—4000 В пост. тока
Максимальное рабочее напряжение............................... 4500 В пост.
Индуктивность................................................. < 50 мкГн
Максимальная температура резистора в горячем состоянии........ < 700 °C
Полный вес.................................................... 1180 кг
Материал элемента резистора................................... нержавеющая сталь AISI 310 a-магнитная
Материал кожуха............................................... нержавеющая сталь AISI 304
Болты и гайки................................................. нержавеющая сталь
Охлаждение.................................................... принудительная вентиляция при помощи диагонального вентилятора
Охлаждающий вентилятор........................................ VNCOLCMFRU300L
Воздушный поток............................................... 3 м3
Давление при температуре воздуха на входе 20 °C .............. 3000 Па
Переключение скорости вращения двигателя вентилятора.......... переключение количества полюсов (два/четыре полюса)
Двигатель вентилятора......................................... MTVEMYV0R160M4
Мощность потребляемая двигателем вентилятора: два полюса...... 16—19 кВт
                                              четыре полюса... 2—2,5 кВт
Рабочий ток:                                  два полюса...... 31,5—35,5 A
                                              четыре полюса... 4,5—5,1 A
Коэффициент мощности:                         два полюса...... 0,84—0,86
                                              четыре полюса... 0,72—0,78
КПД: два полюса............................................... 79,8—81,2 %
четыре полюса................................................. 80,3—83 %
Класс изоляции................................................ F
Степень защиты двигателя...................................... IP55

Тепловая защита. Чтобы добиться быстрого обнаружения возможного перегрева вследствие недостаточной вентиляции, отказа вентилятора или чрезмерно высокого тока в реостате, предусмотрена патентованная система термосигнализации, которая будет напрямую контролировать температуру наиболее горячего набора резистивных элементов и немедленно сообщит, если будет достигнуто заданное пороговое значение температуры (сигнал представляет собой контакт ВКЛ./ВЫКЛ. низкого напряжения). Двигатель вентилятора — составная часть самого вентилятора и имеет резистор предварительного подогрева, задачей которого является предварительный прогрев вентилятора в зимних условиях для обеспечения его эксплуатационной готовности к пуску в любой момент. Двигатели вентиляторов вращаются в разные стороны для наилучшей динамической балансировки модуля тормозных сопротивлений. Мощность одной секции тормозного резистора при высокой скорости вентилятора (два полюса) составляет 850 кВт. Мощность тяговых двигателей одного моторного вагона — 2040 кВт, отсюда следует, что при отсутствии в контактной сети потребителя тормозной резистор способен рассеять только 45 % от мощности энергии при максимально эффективном ЭДТ. Когда тепловая защита регистрирует верхний предел рабочей температуры, информация подается в БУП соответствующего моторного вагона и в ЦБУ. Они контролируют действие БУТ-мастера, который вызывает принудительное снижение мощности ЭДТ данного моторного вагона, выдавая команду блоку БУП данного моторного вагона на соответствующее управление инвертором; одновременно БУТ-мастер математически пересчитывает падение общей тормозной силы и восстанавливает ее путем выполнения ступени снижения давления в ТМ.

На рис. 4.36 приведена принципиальная электрическая схема одной половины указанного элемента вагона BAT T 06, относящегося гашению тормозной энергии одного вагона SR Т 07, поскольку электрическая схема второй половины модуля тормозного резистора и системы охлаждения является абсолютно идентичной.

Когда на вагоне SR T 07 при ЭДТ отпирается импульсный регулятор вследствие снижения или отсутствия потребления рекуперируемой энергии в контактной сети, тормозной ток по проводам 100251, 100250 проходит и гасится в резистивной секции —R02 блока тормозного резистора =10-А09 вагона BAT T 06.

Система ЦБУ запрограммирована так, что сразу с момента начала протекания тормозного тока двигатель вентилятора М3 запускается на низкую скорость. При работающем АЗВ =34-F78 вагона ВАТ Т 06 ЦБУ программно запускает управляющую ячейку А512_03 станции Сибас-Клип SKS1 и включается контактор =34-Q45 «Низкие обороты». От сети EBV 440 V 60 Hz через подвагонный АЗВ =34-А45 контактор =34-Q45 подключает двигатель М3 вентилятора тормозного резистора —R02 на низкую скорость. Двигатель развивает низкую скорость, мощность около 2 кВт и подачу воздуха примерно 0,7—0,8 м3/с. Состояние АЗВ и контакторов отслеживается в ЦБУ сигнальными ячейками станций Сибас-Клип. Внутри модуля =10=А09 находятся два термостата и система термосигнализации. Рассмотрим работу одного термостата для резистора —R02. Термостат является датчиком температуры для блока БУП соответствующего вагона SR T 07, поэтому он запитывается от АЗВ =23-F01 вагона SR T 07. Термостат имеет два термоконтакта в цепях клемм X3-b5 и X3-b2 блока =10-А09. В зависимости от их состояния меняется уровень сигнала ячеек «TEMP_BR1(2)_OK_P» блока БУП вагона SR T 07. На основании этих сигналов блок БУП судит о состоянии температуры в обслуживаемой вентилятором М3 зоне.

Когда наступает первое пороговое значение температуры, термостат выдает сигнал в одну из вышеуказанных ячеек БУП, БУП активирует трехфазный контактор =34-Q46 «Высокие обороты», который, включившись, отключит контактор низких оборотов =34-Q45 и подключит второй контактор высоких оборотов =34-Q44. Все указанные шаги регистрируются в ЦБУ через сигнальные ячейки. Двигатель М3 теперь подключится к шине EBV только одной парой полюсов, т.е. клеммами 2U, 2W, 2V, а клеммы 1U, 1W, 1V будут закорочены. Это приведет к тому, что частота вращения ротора увеличится в два раза, и он начнет прогонять воздух объемом около 3 м3/с. В этом режиме резистор —R02 способен рассеять примерно 850 кВт.

При наступлении второго порогового значения температуры термостат выдает сигнал и во вторую ячейку БУП, что будет означать достижение предела рабочей температуры резистора —R02.

Блок БУП произведет принудительное снижение мощности ЭДТ вагона SR T 07 с выдачей соответствующего сигнала в менеджер торможения — БУТ-мастер ведущего головного вагона, который реализует поддержание заданного машинистом тормозного замедления методом снижения давления в ТМ.

Рис. 4.36. Электрическая схема модуля тормозного резистора, относящегося к одному вагону SR T

Рис. 4.36. Электрическая схема модуля тормозного резистора, относящегося к одному вагону SR T

Вторая половина модуля =10-А09, относящаяся к вагону SRB-10, работает идентично.

Машинист поезда через ИЧМ не имеет возможности прямого отслеживания указанных процессов, так как меню ИЧМ «Тяга» не предоставляет информацию о протекании рекуперативного или реостатного торможения каждого из моторных вагонов. Обычно реостатное торможение выполняется в зоне нахождения уровня напряжения в контактной сети более 3,8 кВ и 26 кВ, причем реостатное торможение может быть частичным от рекуперативного торможения.

Оставить отзыв


Архив публикаций по месяцам:

Архив публикаций по датам:

Июль 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  
Логотип Эсткор и сайта etrain.ru

Контакты

мкр. Железнодорожный,
г. Балашиха,
Московская область, 143980

What'sApp: +7 (925) 577-38-84
Форма обратной связи с Эсткор

Понедельник-Четверг: 9:00 - 16:00
В пятницу и сокращенные дни: 9:00 - 14:00
В выходные и праздничные дни обработка обращений не осуществляется.

© 2016-2020 Общество с ограниченной ответственностью "Финансово-производственная компания "Эсткор" и Джурсенокс Михаил Доминик - машинист электропоезда моторвагонного депо Крюково (ТЧ-6) — структурное подразделение Октябрьской дирекции моторвагонного подвижного состава Центральной дирекции моторвагонного подвижного состава - филиал ОАО "Российские железные дороги". Все права защищены.

Поделиться этой страницей в социальных сетях: