Автор: Виталий Борисович Петров, УЦ ДОСС, Санкт-Петербург

Головные вагоны 01 и 05 электропоезда ЭС2Г оборудованы четырьмя асинхронными тяговыми электродвигателями мощностью 330 кВт с самовентиляцией. Трехфазное переменное напряжение, изменяемое по величине и частоте в зависимости от скорости и необходимого тягового усилия, поступает на тяговые двигатели от тягового преобразователя, установленного в подвагонном контейнере головных моторных вагонов 01 и 05. При подъеме токоприемников FB-Х01 на постоянном токе в контактной сети происходит подъем обоих токоприемников. После подъема токоприемников, напряжение с контактной сети напрямую подается к ограничителю перенапряжений (разряднику) FB-F03, рассчитанному на напряжение пробоя 11 кВ, а также к неподвижным контактам заземлителя постоянного тока. Также напряжение с контактной сети подается к датчику напряжения контактной сети ДН. Цифровой сигнал о величине напряжения в контактной сети от датчика напряжения ДН подается в центральный блок управления. При этом машинист на интерфейсе видит фактический уровень напряжения в контактной сети. Также, при снижении уровня напряжения в контактной сети менее 2,2 кВ., а также повышения напряжения более 4,0 кВ., по показаниям датчиков напряжения система управления дает команду на отключение обоих БВ и машинисту на интерфейс приходит информационное сообщение с рекомендациями по действиям в данной ситуации. Таким образом система управления защищает силовое оборудование от пониженного и повышенного напряжения в контактной сети.

Рис 1. Заземлитель постоянного тока и ограничитель перенапряжений (разрядник).

Фото 1. Заземлитель постоянного тока и ограничитель перенапряжений (разрядник).

Рисунок 1. Силовая схема ЭС2Г

Рисунок 1. Силовая схема ЭС2Г

Перед подъемом токоприемника на электропоезде штатно включены оба разъединителя постоянного тока FB-Q06, и при подъеме токоприемника они остаются замкнутыми. Данная схема с двумя включенными разъединителями FB-Q06 является штатной для электропоездов серии ЭС2Г. В случае неисправности тягового оборудования одного из головных вагонов, а также при наличии короткого замыкания в силовой цепи, машинист может заблокировать разъединитель постоянного тока FB-Q06 с интерфейса машиниста (выключить его). После включения обоих БВ FB-Q02 на вагонах 02 и 04, постоянное напряжение с контактной сети, через датчик тока ДТ поступает на вход сетевого фильтра-дросселя FB-L01, который за счет индуктивности, служит для сглаживания колебаний тока из контактной сети. Сетевой фильтр-дроссель находится в отдельном подвагонном контейнер и представляет собой сердечник с двумя обмотками. Охлаждение обмоток сетевого-фильтра дросселя производится трансформаторным маслом, циркулирующим внутри контейнера. Циркуляция масла осуществляется электрическим масляным насосом. При этом масло, нагреваемое от обмоток сетевого фильтра-дросселя, охлаждается раствором хладагента в специальном теплообменнике.

Фото 2. Сетевой фильтр-дроссель с теплообменником.

Фото 2. Сетевой фильтр-дроссель с теплообменником.

Цифровой сигнал о величине потребляемого из контактной сети тока от датчика тока ДТ поступает в центральную систему управления. При этом машинист на интерфейсе видит потребляемое из контактной сети значение тока в виде гистограммы на интерфейсе.

От сетевого фильтра-дросселя напряжение 3 кВ. из контактной сети поступает на вход тягового преобразователя FD-Т01. Тяговый преобразователь FD-Т01 собран на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT, управляемых блоком управления приводом (БУП) в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия. Биполярные силовые транзисторы IGBT работают по принципу управляемых переключателей (ключей) с относительно высокой частотой коммутации. Охлаждение силовых транзисторов IGBT производится раствором хладагента, подаваемого насосом охлаждения, расположенным на крыше головных вагонов. Тяговый преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения из контактной сети в трехфазное переменное напряжение для питания асинхронных электродвигателей в тяговом режиме, передаче энергии при электродинамическом торможении в контактную сеть или на тормозные резисторы. В тяговом преобразователе, в отличии от электропоездов ЭС1 имеется один независимый промежуточных контур, от которого получают питание два автономных инвертора напряжения (АИН), обеспечивающие питание асинхронных тяговых двигателей первой и второй тележки электропоезда. Автономные инверторы напряжения собраны на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT, управляемых блоком управления приводом (БУП) в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия (на схеме транзисторы А1-А6).

Рисунок 2. Схема тягового преобразователя электропоезда ЭС2Г

Рисунок 2. Схема тягового преобразователя электропоезда ЭС2Г

На входе в тяговый преобразователь установлен датчик входного тока В1. Значение входного тока от датчика В1 идет в блок управления приводом БУП. На выходе из тягового преобразователя установлен датчик тока В2, от которого сигнал также идет в БУП. При наличии разницы токов на входе и выходе из тягового преобразователя система регистрирует ток утечки и происходит его отключение. Датчик напряжения В16 контролирует уровень напряжения на входе в тяговый преобразователь. В случае выхода уровня напряжения за рабочие пределы, тяговый преобразователь отключается. Таким образом осуществляется защита не только силовой цепи электропоезда, но и тяговых преобразователей по отдельности. При нахождении уровня напряжения на тяговом преобразователе FD-Т01в рабочих пределах производится включение контактора Q100 и далее высокое напряжение через сопротивление R10 поступает на промежуточный контур тягового преобразователя. Сопротивление R10 служит для ограничения тока заряда конденсатора промежуточного контура C1. После зарядки конденсатора промежуточного контура C1 включается контактор Q10 и напряжение с контактной сети поступает напрямую на промежуточный контур, шунтируя сопротивление R10.

Конденсатор промежуточного контура С1 предназначен для защиты от пульсаций напряжения и стабилизации напряжения промежуточного контура, что является немаловажным для работы силового электронного оборудования. В случае кратковременного мгновенного провала напряжения на промежуточном контуре, за счет большой емкости конденсатора С1 происходит его разрядка и потеря напряжения компенсируется. Датчик напряжения В13 контролируют допускаемый уровень напряжения на промежуточном контуре тягового преобразователя FD-Т01. В промежуточном контуре также установлены сопротивления R11 и R21, соединенные параллельно, служащие для разрядки конденсатора промежуточного контура С1 в случае отключения тягового преобразователя. С промежуточного контура тягового преобразователя высокое напряжение подается на входы автоматических инверторов напряжения (АИН), обозначенных на схеме К11 и К12. Оба инвертора соединены параллельно и питаются от промежуточного контура, постоянным напряжением 3 кВ.

При задании машинистом тягового усилия сигнал о необходимом тяговом усилии и направлении движения подается по цифровой линии связи в центральную систему управления. Сигнал о необходимом тяговом усилии от системы управления поступает в БУП (блок управления приводом). Блок управления приводом в зависимости от заданного тягового усилия и частоты вращения тяговых двигателей производит управление силовыми транзисторами IGBT автономных инверторов напряжения К11 и К12. АИН преобразует напряжение промежуточного контура в трехфазное переменное напряжение, изменяющееся по частоте и напряжению, для питания асинхронных тяговых электродвигателей.

От промежуточного контура тягового преобразователя напряжение 3кВ. через высоковольтный предохранитель F86, контактор Q85 подводится к преобразователю собственных нужд (ПСН).

На выходе инверторов К11 и К12 перед тяговыми двигателями установлены датчики тока В11, В12 (В21, В22), контролирующие целостность изоляции асинхронных тяговых электродвигателей.

При электродинамическом (рекуперативном) торможении машинист задает необходимое тормозное усилие в процентах. Цифровой сигнал о заданном тормозном усилии поступает в систему управления электропоезда. Система управления рассчитывает необходимое тормозное усилие и дает сигнал на БУП о тормозном усилии.

Инверторами К11 и К12 снижается частота приложенного напряжения, при которой частота вращения магнитного поля статора становится меньше частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя. При этом асинхронные тяговые электродвигатели переходят в режим генератора. Энергия с тяговых двигателей через обратные диоды инверторов К11 и К12 передается на промежуточный контур тягового преобразователя. Если напряжение промежуточного контура будет больше напряжения в контактной сети будет происходить возврат энергии торможения обратно в контактную сеть. Происходит рекуперативное торможение с возвратом энергии в контактную сеть. С промежуточного контура тормозной ток проходит через обмотки сетевого фильтра дросселя, датчик сетевого тока ДТ, быстродействующий выключатель FB-Q02 (БВ), и далее уходит через токоприемник в контактную сеть. Если напряжение в контактной сети будет больше или равно напряжению промежуточного контура, рекуперативное торможение становится неэффективным.

Если нагрузки в контактной сети будет недостаточно для реализации необходимого тормозного усилия, блоком управления приводом БУП производится открытие силовых транзисторов тормозного регулятора А1 и А3, и ток промежуточного контура замыкается на тормозных сопротивлениях, находящихся на крыше головного вагона. Происходит реостатное торможение электропоезда. Если заданного тормозного усилия от рекуперативного или реостатного торможения будет недостаточно, система управления дает сигнал на блоки управления тормозами (БУТ) для реализации необходимого тормозного усилия электропневматическим тормозом. При этом возможно совместное применение электродинамического и электропневматического торможения.