В состав тягового электрооборудования вагонов 81-765 и 81-766 входят комплекты силового электрооборудования тягового привода КАТП-3 и комплекты вспомогательного электрооборудования. КАТП-3, представляет собой асинхронный тяговый электропривод с автономным инвертором напряжения.

Рис. 29. Схема силовых цепей

КАТП-3 обеспечивает:

• пуск и регулирование скорости с четырьмя различными темпами разгона по командам блока компьютера вагонного управления (БКВУ), а также пуск и регулирование скорости в тяговом режиме с двумя различными темпами разгона по командам резервного управления
• следящее рекуперативно-реостатное торможение по командам БКВУ, с тремя различными темпами замедления в диапазоне скоростей от максимальной до минимально возможной (но не более 7 км/ч) без ограничения скорости начала торможения
• изменение направления движения по командам БКВУ или реверсора резервного управления
• устойчивую работу при повторно-кратковременных режимах с максимальной нагрузкой и продолжительностью стоянки на станции 25 сек при скорости сообщения 48 км/ч на перегоне 1700 м с интенсивностью движения не менее 40 циклов пусков в час
• автоматическое регулирование тягового и электродинамического тормозного усилий в зависимости от сигналов устройства контроля загрузки вагонов
• управление движением по системе многих единиц и сохранение работоспособности при проезде не перекрываемых токоразделов в режимах тяги и рекуперативно-реостатного торможения при изменениях напряжения от 550 до 975 в
• контроль параметров электрического торможения и формирование при его отказе, снижении эффективности или истощении в зоне малых скоростей сигналов «Отказ электротормоза», «Электротормоз не эффективен», используемых для формирования команд на замещение электрического торможения пневматическим
• прием сигналов управления от БКВУ и передачу диагностических сигналов о состоянии и параметрах электрооборудования в БКВУ.

Отличия комплекта асинхронного тягового привода КАТП-3 от КАТП-2

Начиная с 2004 г. ОАО «Метровагонмаш» все новые модели вагонов метро оснащает тяговым асинхронным приводом собственной разработки и изготовления. Это комплект асинхронного тягового привода КАТП-1 для вагонов 81-740/741 и КАТП-2 для вагонов 81-760/761. По экономическим соображениям привод выполнен групповым – когда все четыре тяговых двигателя вагона подключены параллельно к одному силовому инвертору. В этом случае количество силового и управляющего оборудования минимально и соответственно его цена ниже, чем у привода с потележечным управлением. Модуль силового инвертора МСИ это инвертор напряжения на силовых IGBT транзисторах. Оба инвертора МСИ-1 и МСИ-2 имеют мощность 800 кВт и питают четыре двигателя мощностью 170 кВт каждый.

Согласно техническим требованиям к электроподвижному составу Московского метрополитена для поставки в 2017-2020 годах новый поезд метро должен быть постоянного формирования и в восьми вагонном составе иметь шесть моторных (М) и два безмоторных прицепных (П) вагона. По сути, это требование заказчика в целом направлено на снижение цены изделия. Однако при этом требования к динамике состава: к его ускорениям, замедлениям, длинам тормозных путей, остались практически как для состава с восемью моторными вагонами.

Рис. 30. Серийная конструкция МСИ-2

Для проверки работы состава с конфигурацией 6М+2П в режиме тяги отключались тяговые приводы двух вагонов поезда. Результат эксплуатации такого состава под пассажирами отрицательный. В часы пик состав не обеспечивает требуемого временного графика движения линии. Очевидно, что это следствие потери тягового усилия двух вагонов и компенсировать его можно только увеличением тяговых усилий, а соответственно мощности, приводов оставшихся шести моторных вагонов. Расчеты и измерения показали, что с серийно выпускаемым сегодня инвертором МСИ-2 требуемое увеличение мощности не представляется возможным. По результатам испытаний было принято решение разработать и изготовить совершенно новую конструкцию инвертора, отвечающую тендерным требования.

На рисунке приведено фото серийной конструкции МСИ-2. Три ряда круглых снабберных конденсаторов расположены между рядами IGBT-модулей и подключены к плоскопараллельным шинам постоянного тока. Такое расположение этих конденсаторов требует увеличение длины всей конструкции, кроме того для их крепления используется достаточно большое количество деталей, но главное, именно эти конденсаторы ограничивают увеличение мощности инвертора, что необходимо для поезда с прицепными (безмоторными) вагонами.

Рис. 31. Конструкция МСИ-3

В новой конструкции круглые снабберные конденсаторы заменены одним мощным низкоиндуктивным пленочным конденсатором, установленным над IGBT-модулями и системой шин. Этот конденсатор одновременно несет функцию снаббера и является частью конденсатора сетевого фильтра. Такая компоновка позволяет сблизить расстояния между IGBT-модулями. В результате длина настоящего МСИ-3 будет на 30% меньше. Фазные шины и шина тормозного чоппера проходят под конденсатором и выходят в бок. На рисунке не видно. Конструкция шин простой формы, в отличие от ошиновки МСИ-2, но главное такое направление шин позволяет существенно упростить систему шин внутри нового контейнера КТИ-3.

Снаббер – это демпфирующее устройство, работающее в качестве фильтра низкой частоты, которое выполняет действия по замыканию на себе тока переходного процесса.

Устройство предназначено для понижения значений перенапряжений в переходных процессах, которые появляются при коммутационных действиях с силовыми полупроводниками. Они практически незаменимы для предотвращения температурного перегрева диодов и мощных транзисторов.

Самый простой снаббер – это импульсный конденсатор незначительной емкости, который подключается параллельно силовому ключу. В конструкции обязательно должен присутствовать подключенный параллельно конденсатору резистор. Он помогает избавиться от потерь и утечек в паразитном колебательном контуре.

Основное требование к конструкции снабберной емкости – обеспечить помимо минимальной величины распределенной индуктивности, еще и удобство присоединения к терминалам силового модуля.

Рис. 32. Отсек №6 КАТП-2

Конденсатор инвертора, как взрывоопасное оборудование, теперь оснащен датчиком давления. Расчетная мощность МСИ-3 не менее 1000 кВт, что более чем достаточно для поезда с прицепными вагонами.

В КТИ-2 блок питания вентиляторов установлен в нише над силовым инвертором. В результате вся управляющая электроника блока расположена внутри ниши с малым объемом по высоте для естественного охлаждения, что приводит к ее существенному нагреву и снижению надежности ее работы.

Рис. 33. Отсек БИПВ в КАТП-3

Использование МСИ-3 новой конструкции больше не требует применения в силовой схеме промежуточного дросселя. Теперь в его отсеке установлен блок БПВ. При этом воздушный канал принудительного охлаждения охладителя МСИ продлен в отсек БПВ и его охладитель также получает принудительное воздушное охлаждение. Это существенно снизит тепловую напряженность БПВ и повысит надежность его работы.

При меньших габаритных размерах МСИ-3 уменьшились габаритные размеры и масса контейнера тягового инвертора (КТИ-3).

Тип                       Габаритные размеры (HxBxL), мм                 Масса, кг
КТИ-2                     700х2130х3600                                  1300
КТИ-3                     700х1980х2910                                  1000

Одновременно выполнена большая работа по модернизации аппаратной реализации блока управления тяговым приводом и его программного обеспечения, направленная на повышение надёжности работы всей тяговой системы в целом.

Основные технические характеристики

Таблица №6