контрольных тягово-энергетических испытаний электропоезда постоянного тока ЭР2Т-7166 с двумя группировками тяговых двигателей, модернизированного по схеме МЭИ

1. Объект, цель и условия проведения испытаний

Объектом испытаний являлся пятивагонный сцеп в составности Г+2М+П+Г (вагоны № 01, 06, 12, 11, 09) двенадцативагонного электропоезда ЭР2Т-7166, модернизированного на Московском локомотиворемонтном заводе в соответствии с техническим предложением МЭИ (условное обозначение ЭР2С). Основная цель модернизации — снижение расхода электроэнергии.

Суть модернизации — реализация схемотехнических решений, позволяющих при управлении тяговыми двигателями (ТД) электропоезда использовать способ изменения группировки ТД для регулирования сил тяги и электрического торможения в дополнение к реостатному способу.

Модернизированная система тягового электропривода обеспечивает работу его моторных вагонов как в индивидуальном режиме, в котором практически сохраняется режим их работы в серийных поездах ЭР2Т (схема “И”), так и в режиме, в котором каждые два моторных вагона объединяются общей схемой силовых цепей и образуют так называемые “сплотки” (схема “С”). Принципиальная схема силовых цепей “сплотки” из моторных вагонов модификаций А и Б показана на рис. 1.

Принципиальная схема силовых цепей "сплотки" из моторных вагонов модификаций А и Б

Рис. 1. Принципиальная схема силовых цепей “сплотки” из моторных вагонов модификаций А и Б

Схемы силовых цепей вагонов А и Б “сплотки” соединены силовым кабелем через разъем Ш3, идентичный разъемам, используемым в устройствах электроснабжения пассажирских вагонов.

Схема тягового режима последовательного соединения

Рис. 1.2. Схема тягового режима последовательного соединения

В индивидуальном режиме работы вагонов контактор Т вагона А постоянно разомкнут и алгоритм работы их тягового электропривода практически идентичен алгоритму работы вагонов серийных поездов ЭР2Т с прямым входом в рекуперацию: при пуске замкнуты контакторы ЛК и ЛКТ и ток якорей регулируется в начале изменением сопротивлений обеих групп R1-4 и R5-8 пускотормозных резисторов (ПТР), а затем – сопротивлений ослабления поля, а в режиме рекуперативного торможения контакторы ЛКТ разомкнуты и ток якорей течет по диодам VD38 и VD41. Реостатное торможение включается замыканием контакторов ЛКТ.

В режиме “сплотки” при пуске на последовательном соединении ТД (ТД-С) замкнут контактор Т и ток якорей вагонов А и Б регулируется изменением сопротивлений только резисторов R1-4 обоих вагонов (упрощенная схема рис. 1.2). Выключение ступеней ПТР происходит поочередно, чем достигается удвоение числа ступеней регулирования силы тяги по сравнению с режимом индивидуальной работы.

После выхода на автоматическую характеристику последовательного соединения всех восьми ТД “сплотки” продолжается разгон поезда с поддержанием уставки тока якорей за счет ступенчатого уменьшения тока возбуждения, причем на каждом из вагонов используются только 1, 3 и 5 ступени ослабления возбуждения, которые включаются поочередно на вагонах А и Б. Ослабление поля (ОП) заканчивается на обоих вагонах на пятой ступени. При этом скорость движения достигает величины, приблизительно соответствующей автоматической характеристике параллельного соединения с полным полем.

Схема тягового режима параллельного соединения

Рис. 1.3. Схема тягового режима параллельного соединения

Перегруппировка на параллельное соединение ТД (ТД-П) производится по схеме “моста”. Вначале замыкаются контакторы ЛКТ. Этим к контактной сети подключаются последовательно соединенные группы резисторов R5-8 через контакторы ТП15 и ТП2. Резисторы R5-8 вагонов А и Б, так же, как и якоря ТД этих вагонов, оказываются соединенными контактором Т. Образуется классическая “мостовая” схема. После выключения контактора Т каждая группа якорей оказывается подключенной к контактной сети через резисторы R5- 8, сопротивление которых выбрано так, чтобы падение напряжения на них при пусковом токе 350 А составляло половину напряжения в контактной сети (рис. 1.3).

После перегруппировки, ток возбуждения усиливается выключением контактора Ш, что обуславливает рост э.д.с. ТД и уменьшение токов якорей до значения, существенно меньшего тока уставки. Поэтому начинается быстрый вывод резисторов R5-8 при хронометрическом, по 0,5 с на позицию, вращении реостатных контроллеров вплоть до выхода вагонов на безреостатные характеристики. После этого регулирование силы тяги осуществляется на каждом вагоне по штатному алгоритму серийных вагонов, то есть путем ослабления возбуждения.

Схема рекуперативного торможения при параллельной работе вагонов "А" и "Б"

Рис. 1.4. Схема рекуперативного торможения при параллельной работе вагонов “А” и “Б”

Переключение схемы в режим электрического торможения осуществляется тормозным переключателем ТП, контакторы которого меняют положение на обратное. При включении торможения выключены контакторы ЛКТ и Т и оба вагона работают индивидуально, как серийные вагоны ЭР2Т. С ростом токов возбуждения э.д.с. ТД превышает напряжение в контактной сети и через диоды VD38-VD41 начинает протекать ток рекуперации, то есть осуществляется прямой вход в рекуперацию.

По мере падения скорости движения растут токи возбуждения и достигают максимального значения 250 А при скорости движения около 47 км/ч, при которой на серийных вагонах рекуперация прекращается, а на электропоезде ЭР2Т-7166 происходит перегруппировка ТД, что достигается включением контактора Т, в результате чего диоды VD38-VD41 закрываются, так как к ним прикладывается обратное напряжение, а ток рекуперации начинает протекать по цепи из последовательно включенных ТД1…ТД4 вагона Б, VD42-45, R1-4 вагона Б, Т, R1-4 вагона А, ТД1…4 вагона А. В результате, после включения контактора Т собирается схема последовательно включенных включенных ТД и сумма э.д.с. вдвое превышает напряжение контактной сети, но половина ее компенсируется при токе рекуперации 350 А падением напряжения в частях резисторов R1-4.

Схема рекуперативного торможения при последовательном соединении вагонов "А" и "Б"

Рис. 1.5. Схема рекуперативного торможения при последовательном соединении вагонов “А” и “Б”

После перегруппировки для увеличения возврата энергии в сеть производится быстрый вывод резисторов R1-4 за счет хронометрического вращения реостатных контроллеров. При неизменной уставке тока рекуперации это уменьшает падение напряжения в резисторах R1-4, что обуславливает необходимость снижения э.д.с. ТД, которое достигается за счет уменьшения токов возбуждения.

После окончания процесса выключения R1-4, сопровождаемого ступенчатым уменьшением токов возбуждения, по мере снижения скорости движения ток возбуждения вновь увеличивается до предельного значения 250 А и при скорости порядка 27 км/ч происходит замещение рекуперативного торможения реостатным. Для этого включаются контакторы ЛКТ и отключается контактор Т. При этом якоря ТД каждого вагона включаются на резисторы R5-8 (см. рис. 1.6) и осуществляется реостатное торможение с независимым, в отличие от серийных электропоездов ЭР2Т, возбуждением. При дальнейшем снижении скорости движения происходит ступенчатое уменьшение сопротивлений резисторов R5-8.

Если рекуперация на параллельной группировке из-за низкой скорости движения не начинается при максимальном токе возбуждения, то происходит переключение на последовательную группировку. Если же и на ней максимальная э.д.с. ТД меньше напряжения в контактной сети, то включается замещающее реостатное торможение. Такой алгоритм обуславливает задержку начала торможения.

Схема реостатного торможения с независимым возбуждением

Рис. 1.6. Схема реостатного торможения с независимым возбуждением

При испытаниях использовалась автоматизированная измерительная система (ИС) для испытаний электрооборудования подвижного состава, прошедшая метрологическую аттестацию (свидетельство №25/97 от 25.12.1997 г.), состоящая из:

  • первичных преобразователей (датчиков) измеряемых величин;
  • измерительно-вычислительного комплекса;
  • устройств, обеспечивающих бесперебойное питание элементов ИС при возможном исчезновении напряжения питающей сети в процессе проведения измерений.

С помощью ИС в соответствии с задачами испытаний проводились измерения следующих параметров (см. измерительные цепи на рис. 1.1):

  • U, UсБ – напряжение тяговой сети, измеренное соответственно на вагонах А и Б;
  • UяА, UяБ — напряжение на якорях тяговых двигателей соответственно вагонов А и Б;
  • UR1-4, UR5-8 — напряжение на пуско-тормозных резисторах вагона А;
  • UБВА, UБВБ – напряжение на силовых контактах быстродействующих выключателей вагонов А и Б;
  • UША – напряжение на индуктивном шунте вагона А;
  • UB2A – напряжение на обмотке возбуждения ТД2 вагона А;
  • IЯА, IЯБ – токи якорей ТД вагонов А и Б;
  • I, I – токи через заземляющие устройства (ЗУ) вагонов А и Б;
  • IВА, IВБ – токи обмоток возбуждения ТД вагонов А и Б;
  • IСНА; IСНБ – токи, потребляемые цепями собственных нужд секций А и Б.

Испытания моторвагонного сцепа проводились на экспериментальной базе Испытательного центра ВНИИЖТ на первом кольцевом пути нулевого профиля. Режимы рекуперативного торможения обеспечивались инвертором на тяговой подстанции.

2. Тягово-энергетические показатели и характеристики

Работа по определению тягово-энергетических показателей включала оценку функциональной работоспособности систем и оборудования модернизированного электропоезда, осциллографирование электрических процессов в силовых цепях моторных вагонов и определение расхода электроэнергии в режимах тяги и электрического торможения, а также сравнение тяговоэнергетических показателей при работе электропоезда в режимах “С” и “И”.

Разгонные характеристики. ППУ6.

Рис. 2.1. Разгонные характеристики. ППУ6.

Рис. 2.2. Тормозные характеристики. КМЗТ.

Общая масса мерного груза для обеспечения расчетной загрузки четырехвагонной испытательной секции составляет 42,9 т. С учетом массы дополнительного головного вагона массой 42,3 т, а также массы испытательного оборудования и бригады испытателей дополнительная загрузка не производилась. Общая масса испытательного сцепа составила 243,3 т.

Величины среднего ускорения при разгоне до скоростей 60 и 100 км/ч, а также среднего замедления при электрическом торможении с 80 км/ч до остановки с уставкой тока якоря ТД равными 350 А (ППУ-6, КМЗТ) представлены в таблице, а соответствующие им характеристики разгона и торможения на рис. 2.1 и 2.2.

Показатель Схема “С” Схема “И”
1. Среднее ускорение, м/с2
до 60 км/ч 0,60 0,67
до 100 км/ч 0,34 0,37
2. Среднее замедление с 80 км/ч, м/с2 0,61 0,63
Разгон. Схема "С". ППУ6

Рис. 2.3. Разгон. Схема “С”. ППУ6

Разгон. Схема "И". ППУ6

Рис. 2.4. Разгон. Схема “И”. ППУ6

Диаграммы электрических процессов в силовых цепях при разгоне до скорости 100 км/ч с уставкой тока ТД 350 А в режимах работы оборудования “С” и “И” представлены соответственно на рис. 2.3 и 2.4, диаграммы электрического торможения — на рис. 2.5 и 2.6.

Электрическое торможение. Схема "С". КМЗТ

Рис. 2.5. Электрическое торможение. Схема “С”. КМЗТ

Электрическое торможение. Схема "И". КМЗТ

Рис. 2.6. Электрическое торможение. Схема “И”. КМЗТ

Следует обратить внимание, что из-за расхождения характеристик колесно-моторных блоков вагонов А и Б при последовательном соединении их силовых цепей разброс напряжений и токов возбуждения ТД по вагонам достигает 50% (см. рис. 2.5). Это приводит к тому, что переключение из рекуперации в режим реостатного торможения происходит при более высокой скорости и, следовательно, величина возврата электроэнергии в тяговую сеть уменьшается. Кроме того необходимо отметить, что регулирование тока якоря в режиме электрического торможения при переключении реостатных позиций сопровождается кратковременными бросками тока якоря до 500 А, чего не наблюдается в серийной схеме электропоезда ЭР2Т.

Окончание рекуперации и переключение в режим реостатного торможения при расчетных условиях движения и электроснабжения происходит в режиме работы “С” при скорости движения около 25 км/ч, в режиме работы “И” — при скорости около 46 км/ч.

Расход энергии на тягу при разгоне. ППУ6

Рис. 2.7. Расход энергии на тягу при разгоне. ППУ6

Были определены потребление электроэнергии на тягу (рис. 2.7) и возврат ее в тяговую сеть при рекуперативном торможении (рис. 2.8) в зависимости от скорости разгона и начала торможения четырехвагонной электросекции ЭР2С в режиме работы “С” в сравнении с электропоездом ЭР2Т, оборудованным схемой прямого входа в режим рекуперативного торможения.

Возврат энергии в сеть и расход энергии на независимое возбуждение при рекуперации. КМЗТ

Рис. 2.8. Возврат энергии в сеть и расход энергии на независимое возбуждение при рекуперации. КМЗТ

Кроме того было определено потребление электроэнергии цепями собственных нужд при независимом возбуждении ТД в режиме электрического торможения (см. рис. 2.8). В таблице указаны величины расхода электроэнергии для электропоездов ЭР2С и ЭР2Т в расчетных условиях.

При скорости разгона / начала торможения, км/ч
Показатели 60 80 100
ЭР2С ЭР2Т ЭР2С ЭР2Т ЭР2С ЭР2Т
1. Расход электроэнергии в режиме тяги, кВт-ч 13,36 15,09 23,11 24,84 36,90 38,63
в т.ч. потери в пусковых резисторах 0,89 3,04 0,89 3,04 0,89 3,04
2. Возврат электроэнергии в тяговую сеть при рекуперативном торможении, кВт-ч 6,71 3,73 13,44 10,57 21,91 19,15
в т.ч. расход электроэнергии на независимое возбуждение ТД 0,44 0,12 0,48 0,16 0,50 0,18

Установлено, что экономия электроэнергии за период разгона четырехвагонного электропоезда. ЭР2С по сравнению с ЭР2Т составляет около 1,75 кВт-ч,.а за период электрического торможения при условии полного возврата рекуперируемой энергии, в тяговую сеть — около 2,8 кВт-ч. Величина дополнительных потерь энергии от пониженного ускорения электропоезда ЭР2С составляет около 0,4 кВт-ч при каждом разгоне.

Сравнение расхода электроэнергии электропоездами ЭР2С и ЭР2Т проводилось в расчетном и среднеэксплуатационном (техническая скорость 55 км/ч) режимах движения (табл. 2.1). В расчетном режиме движения на перегоне длиной 3 км и длиной пути разгона 1,5 км техническая скорость электропоезда ЭР2С составляет 68,9 км/ч, электропоезда ЭР2Т — 69,9 км/ч. Сравнение вариантов по расходу электроэнергии проводилось в одинаковых условиях — при технической скорости 68,9 км/ч с приведенным к одному перегону суммарным временем стоянки и отстоя равным 75 с.

Таблица 2.1 — Расход электроэнергии при движении в расчетном и среднеэксплуатационном режимах движения.

Показатель ЭР2Т ЭР2С
1. Расчетный режим движения
Техническая скорость, км/ч 69.9 68.9 68.9
Длина пути разгона, м 1500 1237 1500
Скорость разгона, км/ч 101.6 97.3 101.1
Время разгона, с 78.8 69.3 80.5
Напряжение в тяговой сети при разгоне, кВ 2.95- 3.03 3.06-2.95-3.03
Скорость начала торможения, км/ч 95.9 89.3 95.6
Тормозной путь, м 630 525 639
Время торможения, с 43.9 39.8 44.9
Напряжение в тяговой сети при торможении, кВ 3.46- 3.15 3.46—3.30—3.14
Общий расход электроэнергии, кВт-ч 23.9 23.2 18.8
в т.ч.:
• расход в режиме тяге 39.9 36.3 37.4
• возврат при рекуперации 17.0 14.2 20.2
• расход на собственные нужды 1.1 1.1 1.6
Удельный расход электооэнергии. Вт*ч/т*км 32.7 31.8 25.8
2. Среднеэксплуатационный режим движения
Техническая скорость, км/ч 55 55
Длина пути разгона, м 365 396
Скорость разгона, км/ч 71.2 71.6
Время разгона, с 32.8 35.6
Скорость начала торможения, км/ч 55.1 56.2
Тормозной путь, м 171 186
Время торможения, с 22.5 23.7
Общий расход электроэнергии, кВт-ч 18.7 13.8
в т.ч.:
– расход в режиме тяге 19.9 17.9
– возврат при рекуперации 2.3 5.7
– расход на собственные нужды 1.1 1.6
Удельный расход электроэнергии, Вт*ч/т*км 25.6 18.9

Таким образом в расчетном режиме движения электропоезд ЭР2С потребляет на 19,1% меньше электроэнергии по сравнению с ЭР2Т. В условном среднеэксплуатационном режиме движения при допущении, что загрузка и ускорение электропоезда соответствуют расчетным значениям, а также в тяговую сеть возвращается 100% рекуперируемой электроэнергии, электропоезд ЭР2С потребляет на 26% меньше электроэнергии, чем ЭР2Т (рис. 2.9).

Кривые движения и расхода электроэнергии электропоездов ЭР2Т и ЭР2С

Рис. 2.9. Кривые движения и расхода электроэнергии электропоездов ЭР2Т и ЭР2С

Сравнительные данные определенных при испытаниях тягово-энергетических показателей и их нормативные значения по ТЗ, утвержденными ЦТ МПС 21.04.95 г., представлены в таблице 2.2. Как видно из приведенных данных, ускорение и техническая скорость электропоезда ЭР2С в расчетном режиме движения (см. пп. 1,2 табл. 2.2) не соответствуют нормативным значениям. Сопоставление данных по п. 3 в связи с этим теряет смысл. Определенные при испытаниях показатели по пп. 4-6 соответствуют нормативным значениям.

 

Таблица 2.2 — Тягово-энергетические показатели электропоезда ЭР2С.

Показатель Режим сплотки Индивидуальный режим
по ТЗ испытания по ТЗ испытания
1. Ускорение при расчетной населенности на прямом
горизонтальном пути до скорости 60 км/ч, м/с2
не менее 0,61 0,60 не менее 0,72 0,67
2. Техническая скорость движения на перегоне длиной 3 км при
пути разгона 1,5 км в условиях движения по п.113, км/ч
не менее 70,0 68,9 не менее 72,0 69,9
3. Удельный расход энергии за время движения по перегону в расчетном режиме, Вт-ч/т-км 28,0 25,8 35,2 33,4
4. Удельный расход энергии за время движения по перегону с технической скоростью 55 км/ч, Вт-ч/т-км 19,5 18,9 27,0 26,3
5. Рекуперативное торможение обеспечивается начиная со скорости 130 км/ч до скорости, км/ч 25,0±3,0 25,0 50,0±5,0 46,0
6. Замещающее реостатное торможение с независимым возбуждением тяговых машин
обеспечивается от скорости окончания рекуперативного торможения до скорости, км/ч
не более 5,0 3,5 не более 5,0 2,0

3. Тепловые испытания электрооборудования

Оценка теплового режима электрооборудования и его элементов производилась путем измерения их температуры с помощью термопар, термоиндикаторов, а также методом сопротивлений и сравнения результатов измерений с нормативными данными.

С помощью термопар производилось измерение температуры:

  • индуктивных шунтов (ИШ) (внешних витков) вагонов “А” и “Б”;
  • вторичной обмотки трансформатора возбуждения (ТрВ) вагона “А”;
  • температуры окружающего воздуха по вагонам.

С помощью термоиндикаторов — температуры:

  • обмоток главных полюсов тяговых двигателей вагонов “А” и “Б”;
  • элементов высоковольтного электромашинного преобразователя секций “А” и “Б”: главных и дополнительных полюсов приводных двигателей, конусов якорей приводных двигателей, обмоток статора и полюса ротора генератора;
  • тиристора возбудителя;
  • вторичных обмоток трансформаторов возбуждения вагонов “А” и “Б” (в дополнение к термопарам).

Методом сопротивлений — температуры:

  • индуктивного шунта вагона “А”;
  • обмотки возбуждения ТД2 вагона “А”.

Тепловые испытания электрооборудования проводились для двух режимов работы испытуемого моторвагонного сцепа:

  • расчетного, при технической скорости движения Vт ≈ 69 км/ч;
  • при технической скорости движения Vт ≈ 60 км/ч.

По результатам испытаний в условиях расчетного режима движения, за исключением индуктивных шунтов и трансформаторов возбуждения, превышение температуры всего остального подконтрольного электрооборудования и его элементов соответствует нормативным требованиям по нагреву.

Вместе с тем результаты измерений по нагреву индуктивных шунтов и трансформаторов возбуждении свидетельствуют о превышении допустимых норм в соответствии с ГОСТ 9219-88:

  • при изоляции класса F, которая применяется для индуктивных шунтов, допустимое превышение температуры обмотки составляет τ=155°;
  • при изоляции класса А и В (тот и другой класс может быть применен для трансформаторов возбуждения) допустимые превышения температуры обмоток составляют соответственно τ=85° и τ=105°.
Превышение температуры элементов электрооборудования над температурой окружающего воздуха при Vтех = 70 км/ч

Рис. 3.1. Превышение температуры элементов электрооборудования над температурой окружающего воздуха при Vтех = 70 км/ч

На рис. 3.1 представлены кривые нагревания (превышения температуры) для индуктивного шунта вагона “А”, внешних витков индуктивных шунтов обоих вагонов и обмотки трансформатора возбуждения вагона “А” в процессе пробега 4, 5, и 6-го циклов (цикл нагревания — пробег сцепа 60 км с данной технической скоростью и остановками длительностью 30 с плюс 15 мин отстоя) расчетного режима движения. В соответствии с этими кривыми превышение температуры к концу 6-го цикла составило:

  • обмотки индуктивного шунта вагона “А” — τ >160°;
  • обмотки трансформатора возбуждения вагона “А” — τ > 115°;

т.е. для обоих аппаратов нормы указанного ГОСТ превышены. При этом тенденция роста нагрева сохраняется.

Принимая во внимание, что температура внешнего витка индуктивного шунта вагона “Б” выше, чем на вагоне “А”, можно полагать, что перегрев индуктивного шунта вагона “Б” на соответствующую величину больше, чем на вагоне “А”. В связи с этим тепловые испытания в расчетном режиме движения завершились с окончанием шестого цикла.

Тепловые испытания в режиме движения с технической скоростью Vт=60 км/ч проводились после предварительного прогрева электрооборудования (сбой режима движения в связи с неисправностью сцепа). Однако, уже в конце первого цикла превышение температуры обмотки трансформатора возбуждения вагона “Б” составило τ>100°. Поэтому в этом режиме движения испытания были прекращены.

Таким образом, результаты тепловых испытаний свидетельствуют о несоответствии нагревостойкости индуктивных шунтов и трансформаторов возбуждения нормативным показателям при движении моторвагонного сцепа в расчетном режиме. Аналогичный вывод следует в отношении трансформаторов возбуждения в режиме движения с Vт=60 км/ч. Таксе положение является следствием превышения величин греющих токов в рассматриваемых аппаратах при их работе в модернизированной схеме управления ТД.

Эффективный ток межвагонного высоковольтного соединения в расчетном режиме движения составил 108 А, что значительно меньше допустимого значения.

4. Испытания системы электрической защиты цепей тяговых двигателей

Целью данных испытаний являлась оценка функциональной работоспособности системы защиты цепей тяговых двигателей при работе электропоезда по системе “сплотка” в режимах:

  • тяги и рекуперации при последовательном соединении ТД вагонов “А” и “Б” (ТД-С), так как это соединение является новым схемотехническим построением силовой схемы по сравнению с серийной;
  • рекуперации при параллельном соединении ТД вагонов “А” и “Б”. Необходимость оценки возможных аварийных ситуаций в данном случае определяется отличием, по сравнению с серийной схемой, в месте включения диодов “прямого входа” (VD38…VD41) на вагоне “А”.

К началу испытаний уставки защиты от перегрузки ТД составили:

  • для схемы “И” на секции “А” — 605 А;
  • для схемы “И” на секции “Б” — 604 А;
  • для схемы “С” на обеих секциях примерно 560…580 А.

Испытания системы защиты проводились при имитации наиболее характерной для эксплуатации аварийной ситуации — короткого замыкания на “землю” (КЗЗ) в цепях тяговых двигателей.

Имитация указанных аварийных режимов производилась в следующих точках силовой схемы:

•    в режиме тяги при последовательном соединении тяговых двигателей вагонов “А” и “Б” (ТД-С) (см. рис. 1.2):

“+” М4 вагона “Б”;
“+” М2 вагона “Б”;
“+” контактора ТП2 вагона “Б”;
“+” контактора Т вагона “А”;
“+” М4 вагона “А”;
“+” М2 вагона “А”;

•    в режиме рекуперации при ТД-С (см. рис. 1.5):

“+” М4 вагона “Б”;
“+” М1 вагона “Б”;
“+” контактора Т вагона “А”;
“+” М4 вагона “А”;
“+” М2 вагона “А”;

 

• в режиме рекуперации при параллельном соединении тяговых двигателей вагонов “А” и “Б” (ТД-П) (см. рис. 1.4):

“+” М4 вагона “А”;
“+” М2 вагона “А”.

Из данной серии опытов в настоящем протоколе представлены результаты по наиболее “тяжелым” аварийным случаям.

1.    Рис. 4.1. Короткое замыкание на “землю” в данной точке силовой схемы приводит к высоким значениям амплитуды и длительности генераторного тока (ldБmax>600 А при длительности около 320 мс) по якорям тяговых двигателей вагона “Б”. Такая аварийная ситуация может проявиться серьезным “ударным” воздействием на механику привода.

Схема "С". Вагон А. Тяга. ТД - С. ОП max. КЗ "+" контактора "Т"

Рис. 4.1. Схема “С”. Вагон А. Тяга. ТД – С. ОП max. КЗ “+” контактора “Т”

2.    Рис. 4.2. Аварийная ситуация в тяговом режиме, характерная максимальным значением амплитуды тока (1560 А) по якорю первого тягового двигателя вагона “А”, превышающей, хотя и незначительно, нормативную величину. (По информации завода-изготовителя РЭЗ максимальная величина тока короткого замыкания при длительности всплеска тока до 50 мс, не вызывающая серьезных повреждений тягового двигателя, составляет 1500 А).

Схема "С". Вагон "А". Тяга. ТД-С. ОП max. КЗ "+" ТД2

Рис. 4.2. Схема “С”. Вагон “А”. Тяга. ТД-С. ОП max. КЗ “+” ТД2

3.    Рис. 4.3. Наиболее тяжелая аварийная ситуаций в рекуперативном режиме. Аварийный ток по якорю ТД1 вагона “А” в направлении от токоприемника достигает значения в амплитуде >1900 А, т.е. более чем на 25% превышает нормативную величину. Возникновение такого тока обусловлено отсутствием диодов “прямого входа” между токоприемником и цепью тяговых двигателей.

Схема "С". Вагон "А". Рекуперация. ТД - П. V = 90 км/ч. КЗ "+" ТД2

Рис. 4.3. Схема “С”. Вагон “А”. Рекуперация. ТД – П. V = 90 км/ч. КЗ “+” ТД2

Отдельно необходимо остановиться на условиях работы межвагонного (между вагонами “А” и “Б”) силового соединения. Этот узел силовой схемы находится вне зоны действия системы дифференциальной защиты и его состояние контролируется только защитой от перегрузки. В то же время данный узел в наибольшей степени подвержен влиянию внешней среды и механическим воздействиям. Возникновение на этом: участке силовой цепи короткого замыкания на “землю”, принимая во внимание его место расположения, может создать пожароопасную ситуацию даже при токах к.з. на уровне рабочих. Отсюда следует, что рассматриваемый узел наряду с защитой от перегрузки должен находиться под контролем системы дифференциальной защиты.

5. О взаимном влиянии вагонов “А” и “Б” на электромагнитные процессы в силовой схеме при нарушении контакта токоприемника с тяговой сетью при рекуперации

На рис. 5.1 представлена осциллограмма электромагнитных процессов в силовых цепях вагонов “А” и “Б”, работающих в режиме рекуперации на ТД-П, при нарушении контакта токоприемника вагона “А” с тяговой сетью.

Схема "С". Рекуперация. V = 80 км/ч. ТД-П. КМ3Т Отрыв токоприемника на вагоне ”А“

Рис. 5.1. Схема “С”. Рекуперация. V = 80 км/ч. ТД-П. КМ3Т Отрыв токоприемника на вагоне ”А“

Представленная осциллограмма свидетельствует о значительных величинах тормозных токов на обоих вагонах после восстановления контакта на вагоне “А” это явление привело к срабатыванию защиты от перегрузки (отключение контактора КЗ). Однако эти процессы не связаны со спецификой модернизированной системы управления тяговыми двигателями и объясняются несовершенством работы САУТ.

Выводы и предложения

  1. Испытания сцепа электропоезда ЭР2Т-7166 показали функциональную работоспособность и энергетическую эффективность модернизированного привода. В условиях экспериментального кольца при расчетном режиме движения электропоезд потребляет на 19,1 % меньше электроэнергии по сравнению с электропоездом ЭР2Т. В условном среднеэксплуатационном режиме движения при допущении, что загрузка и ускорение электропоезда соответствует расчетным значениям, а также в тяговую сеть возвращается 100 % рекуперируемой энергии, электропоезд потребляет на 26 % меньше электроэнергии чем ЭР2Т.
  2. Для расчетного режима движения тепловые свойства индуктивных шунтов и трансформаторов возбуждения не соответствуют условиям их работы в системе модернизированного тягового привода. То же относится к трансформаторам возбуждения для режима движения с технической скоростью 60 км/ч.
  3. При последовательном соединении ТД вагонов “А” и “Б” короткие замыкания на “землю” на участке силовой схемы между группами ТД вагонов “А” и “Б” вызывают якорные токи значительной величины и длительности по ТД вагона “Б”. Ударное тормозное усилие при такой аварийной ситуации может оказывать негативное воздействие на механику тягового привода, в связи с этим представляется целесообразным наличие электрической защиты от указанных генераторных токов в системе модернизированного тягового привода.
  4. В режиме рекуперации, при параллельной, работе ТД вагонов “А” и “Б” вследствие отсутствия диодов прямого входа между токоприемником и ТД1 на вагоне “А” возникновение короткого замыкания на “землю” между ТД1 и ТД2 вызывает ток по якорю ТД1, направлением соответствующему двигательному режиму по величине более 1900 А. Такая величина аварийного якорного тока может привести к серьезным повреждениям ТД1 вагона “А”. Целесообразно рассмотреть схемотехнические и конструктивные возможности по установке диодов прямого входа на вагоне “А”, аналогично вагону “Б”.
  5. Узел силового электрического межвагонного соединения в системе модернизированного тягового привода находится вне зоны действия дифференциальной защиты. Отсутствие такой защиты с учетом места расположения соединения дает основание рассматривать данный узел как пожароопасный. Необходимо оборудовать данный участок силовой схемы системой дифференциальной защиты.
  6. Недостатком системы управления модернизированным тяговым приводом является отсутствие возможности переключения режимов работы моторных вагонов (со схемы “С” на схему “И” и наоборот) из кабины машиниста.
  7. После устранения выявленных недостатков, изложенных выше, экспериментальной проверки эффективности внесенных изменений в схему и конструкцию, в т.ч. и на электропоезде ЭР2Т-7166, рекомендуется модернизировать опытную партию действующего парка электропоездов постоянного тока с рекуперативно-реостатным торможением по предложенной МЭИ системе тягового электропривода и организовать наблюдение за их работой в эксплуатации.

 

Схема силовой цепи электропоезда ЭР2С-7166

Схема силовой цепи электропоезда ЭР2С-7166

ЭР2С-7166

Вы не вошли.

Информационные разделы

Пояснения и комментарии

© 2009-2018 Машинист электропоезда. Интернет сайт создан и поддерживается обществом с ограниченной ответственностью "Керби дизайн" (ИНН: 7733695081, 125200, г. Москва, ул. Митинская, д. 19, оф. 97). Контактный телефон: +7 (495) 015-09-35.  Все права защищены.

Принципиальные оговорки

Названия торговых марок, зарегистрированных товарных знаков, знаков обслуживания (как графические, так и словесные) являются собственностью их владельцев и указываются на данном интернет-сайте исключительно с целью информационного освещения, на некоммерческой основе, на основании публичных разрешений владельцев или на основании заключённых партнерских соглашений.

Ограниченная ответственность

Редакция интернет-сайта Машинист электропоезда оставляет за собой право не вступать в переписку с читателями и посетителями сайта.

Рукописи и иллюстрации, не заказанные редакцией, не рецензируются и не возвращаются. Редакция не несёт ответственности за рекомендации, данные аналитиками, а также за мнения лиц, давших интервью. Ответственность за содержание интервью несёт лицо, давшее интервью.