для чего нужен тяговый трансформатор в электровозе
Устройство и особенности тягового трансформатора
Тяговым трансформатором называют агрегат, установленный на подвижном составе железнодорожного транспорта, предназначенным для преобразования электрического тока и привода электровоза. Рассмотрим особенности конструкции тягового трансформатора, его разновидности и правила эксплуатации.
Принцип работы
Принцип работы тягового трансформатора не отличается от обычного агрегата. После подачи напряжения на входную катушку, вследствие возникновения магнитного поля и электродвижущей силы, наводится ток на выходном контуре. Разница в характеристиках напряжения достигается различным количеством витков на входной и выходной катушках.
Конструкция
Тяговый трансформатор состоит из следующих основных узлов:
Особенности конструктивного устройства и основное отличие тягового трансформатора от обычного состоит в том, что сердечник выполнен из двух горизонтальных ярм и пары вертикально расположенных стержней. Также разница состоит в наличии двух катушек на выходе. Катушка низкого напряжения используется для включения вспомогательного оборудования.
Стержни комплектуются из пакета листового металла, скреплённого шпильками. Крепёжные изделия изолируются с помощью бакелитовых трубок, под гайки устанавливаются шайбы из этого же материала.
Трансформатор при установке опирается на 2 швеллера, прикреплённых ко дну масляного бака. Ёмкость для масла уплотняется эластичными прокладками, обеспечивающими герметичность.
Система охлаждения трансформатора
Охлаждение агрегата достигается благодаря маслу, циркулирующему по системе в принудительном порядке. Система предусматривает наличие шестисекционного охладителя, обеспечивающего охлаждение нагретого масла, прокачиваемого насосом. Охладитель состоит из медных трубок, размещённых с боков бака. Температура масла в охладителе снижается за счёт обдувания воздухом.
Классификация
Производятся следующие разновидности тяговых трансформаторов:
Все тяговые трансформаторы относятся к понижающим.
Принципиальная схема
Режимы работы
Различают следующие режимы работы указанного оборудования, которые не отличаются от обычных трансформаторов:
Режим короткого замыкания
При перегрузочном или аварийном режиме возрастает риск выхода агрегата из строя. Поэтому необходимо контролировать подачу нагрузки, чтобы исключить опасность аварии.
Коэффициент трансформации тяговых трансформаторов
Коэффициентом трансформации тягового трансформатора называют степень снижения выходного напряжения по отношению к входному. Он рассчитывается по формуле:
К = V1/V2 = N1/N2, в которой:
Учитывая, что тяговый трансформатор является понижающим, значение его коэффициента трансформации будет находиться в пределах от 0 до 1, меньше предельной из указанных величин.
Сферы применения
Тяговый трансформатор применяется для приводных транспортных средств следующих видов транспорта:
Это оборудование преобразовывает электрический ток, подаваемый на электровоз, для привода механизмов машины.
Обслуживание трансформатора
Данное оборудование должно обслуживаться, согласно требованиям, предусмотренным нормативной документацией и заводом-изготовителем.
Уход за трансформаторами возложен на членов локомотивной бригады. Они обязаны:
Ремонт должен производиться в рамках, предусмотренных системой ТОиР, с привлечением квалифицированного и аттестованного персонала. Периодичность проведения ремонтов определяется отработанными агрегатом моточасами.
Без указанного оборудования невозможна работа подвижного состава железнодорожного и внутригородского электротранспорта. Но для нормальной эксплуатации агрегатов, должен быть организован надлежащий уход, техническое обслуживание, проведение текущих и капитальных ремонтов в рамках, установленных рекомендациями изготовителя и требованиям государственных нормативных документов.
Конструкция тяговых трансформаторов электровозов, параметры и расшифорка маркировки
Электровозы переменного тока для привода в действие тяговых электродвигателей используют напряжение контактной сети. Поскольку для уменьшения токовой нагрузки на провода и снижения потерь в контактную сеть подается высокое напряжение (порядка 19-29 кВ), то тяговые трансформаторы современных электровозов выполняют функцию снижения напряжения. Тяговые трансформаторы должны обладать определенной перегрузочной способностью для нормальной работы в большом диапазоне нагрузок.
Конструкция и принцип работы тяговых трансформаторов электровозов
Тяговые трансформаторы электровозов работают на том же принципе электромагнитной индукции, что и обычные трансформаторы. Наиболее распространенной является конструкция, в которую входят:
Магнитопровод имеет два ярма и две стяжки, выполненные из листов электротехнической стали толщиной 0.35 мм. Для того, чтобы стержни в поперечном сечении имели форму, приближенную к кругу, ширина пластин разная. Для плотного прилегания друг к другу, пластины ярма стянуты швеллерами при помощи изолированных болтов. Изоляция необходима для того, чтобы в сердечнике не возникали вихревые токи, повышающие нагрев и снижающие КПД устройства.
Эти же швеллерные балки осуществляют крепление сердечника к корпусу конструкции.
Обмотки выполнены из изолированного медного провода прямоугольного сечения. Каждая из обмоток намотана на бакелитовых цилиндрах. Сечение цилиндров подобрано таким образом, чтобы они входили друг в друга и образовывали зазор для циркуляции масла. Равномерность зазора обеспечивают распорные прокладки между стержнями и обмотками.
Для изолирования проводов применяется специальная трансформаторная бумага.
Обмотки вместе с магнитопроводом образуют выемную часть.
Масло, циркулирующее внутри активной части, отбирает тепло от нагретых элементов. Кроме охлаждения масло выполняет роль изолятора. Перенос масла от нагретых частей к охладителю осуществляется при помощи циркуляционного масляного насоса.
Нагретое масло, подаваемое из верхней части трансформатора (там оно имеет максимальную температуру), поступает в охладители, выполненные в виде радиаторных секций. Количество масляных секций у холодильника зависит от типа и мощности устройства.
Радиаторы охлаждаются потоком воздуха при помощи вентилятора.
Основные параметры
Поскольку тяговые трансформаторы электровозов предназначены для питания тяговых электродвигателей и преобразования напряжения для собственных нужд, то основными параметрами будут являться:
Серия и марка
О основном на отечественных железных дорогах используют устройства двух марок – ОДЦЭ и ОДР. В маркировке приняты следующие сокращения:
Далее указывается число в виде дроби, где:
В конце обозначения может присутствовать буква, характеризующая модификацию устройства.
В частности, на электровозе переменного тока ВЛ80С установлен тяговый трансформатор ОДЦЭ 5000 / 25. На электровозе ЭД9М устанавливается трансформатор со встроенным реактором ОДЦЭР 1600/25А.
Номинальные параметры
Номинальные параметры показывают характеристики, которые обеспечиваются при длительной работе аппаратуры. Для каждого типа трансформатора параметры различны, поскольку они предназначены для работы в разной технике.
Мощность
Наиболее распространены следующие значения номинальной мощности первичной обмотки:
5600, 5000, 1600, 1000 кВА.
Кроме этого, трансформаторы характеризуются мощностями вторичных обмоток, которых бывает несколько:
Напряжение
Первичное напряжение, которое подается на обмотки с контактной сети, составляет 25 кВ. В зависимости от типа транспортного средства, для питания тяговых двигателей используется различное напряжение – от 1040 до 2208 В. Величина тягового напряжения регулируется контроллером при трогании, разгоне или торможении.
Кроме этого, необходимо напряжение на собственные нужды – для питания вспомогательного оборудования, отопления, освещения. Величина дополнительного напряжения составляет от 200 до 600 В.
В случае необходимости, в цепи питания могут включаться дополнительные трансформаторы, которые преобразуют напряжение до необходимой величины.
Частота
Частота напряжения питающей сети является стандартной и составляет 50 Гц, поскольку ток в контактных проводах берется из общей системы электроснабжения.
Ток, потребляемый тяговыми электродвигателями, зависит от состояния дороги, загруженности подвижного состава. Ток тем выше, чем круче подъем профиля следования, больше масса подвижного состава. Максимальной величины ток достигает в момент трогания с места и набора скорости.
В сумме с током на собственные нужды он не должен превышать номинальный ток первичной обмотки.
Выпрямленное напряжение
Напряжение вторичных обмоток поступает на выпрямители, поскольку подавляющее большинство электрических цепей используют постоянное напряжение. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя используются реакторы, которые могут быть встроены непосредственно в тяговый трансформатор.
Часовой выпрямленный ток
Номинальный выпрямленный ток может протекать через обмотки в течении длительного времени, не вызывая повреждения оборудования. В случае перегрузок (трогание с места, движение на подъем), ток, проходящий через обмотки, превышает номинальное значение. Величина кратковременного тока называется часовой выпрямленный ток.
Коэффициент трансформации обмоток
Постоянный коэффициент трансформации имеет только обмотка для собственных нужд. Тяговая обмотка состоит из нескольких частей – двух одинаковых несекционированных полуобмоток и секционированную часть.
Такая конструкция необходима для регулировки напряжения на тяговом электродвигателе посредством контроллера. Регулировка заключается в том, что секционированные части подключаются к несекционированным последовательно или встречно. Таким образом достигается плавность регулировки.
Методика расчета
В основе расчета тяговых трансформаторов электровоза лежит напряжение питающей контактной сети и мощность тяговых электродвигателей. Следует иметь ввиду, что в суммарную мощность трансформатора входит мощность, потребляемая на собственные нужды.
Порядок расчета следующий:
Примеры расчета
Габаритная мощность равняется сумме мощности всех потребителей. Следует иметь ввиду, что в зависимости от погодных условий, мощность собственных нужд будет значительно отличаться за счет включения обогрева в холодное время. Габаритная мощность должна рассчитываться для наихудших условий.
Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения в первичной сети и вторичной обмотки. Каждая обмотка имеет свой коэффициент трансформации.
В зависимости от величины габаритной мощности определяется площадь поперечного сечения магнитопровода, а также находится количество витков, приходящихся на один вольт напряжения.
Сечение проводов выбирается таким образом, чтобы их нагрев не превышал допустимой величины. Поэтому важно учитывать способ охлаждения и рабочие параметры охлаждающей среды. К примеру, допустимая температура масла при жидкостной системе охлаждения составляет 75⁰С.
На основе тепловых расчетов определяют тип и количество радиаторных секций, величину воздушного потока для охлаждения.
Тяговые трансформаторы
4.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Тяговые трансформаторы выполняют следующие основные функции: преобразование энергии с изменением напряжения контактной сети до уровн£Й, необходимых для тяговых двигателей или других устройств; регулирование выходного напряжения в пределах, необходимых для получения нужных режимов работы тяговых двигателей, электроснабжения пассажирских вагонов.
В порядке модернизации на большинстве электровозов ВЛ60п/к трансформаторы ОЦР-5600/25П заменили на тяговые трансформаторы ОДЦЭ-6000/25П-80. Незначительное число электровозов ВЛ60п/к в начале модернизации было оснащено тяговыми трансформаторами ОДЦЭ-6000/25П.
На электровозах ВЛ60К, модернизированных для электроотопления вагонов пассажирских поездов, установлены тяговые трансформаторы ОДЦЭ-6000/25П-80.
Основные технические данные трансформаторов даны в табл. 4.1.
До 1962 г. тяговые трансформаторы ОЦР-5600/25 комплектовали двумя вертикальными масляными насосами типа 2К-9 с приводным асинхронным двигателем АОМ-42-2. В дальнейшем тяговые трансформаторы ОЦР-5600/25 (с заводского № 754) комплектовали одним.центробежным бессальниковым одноступенчатым масляным электронасосом ЭЦТ-63/10. В связи со снятием его с производства при необходимости устанавливают электронасосы 4ТТ-63/10.
Начиная с трансформатора № 1500, опорные кронштейны усилены косынками и связывающим уголком. Это выполнено в порядке модернизации и на трансформаторах до № 1500. Тяговые трансформаторы ОЦР-5600/25, начиная с № 2351, имеют обмотку собственных нужд на три ступени напряжения (210, 399, 630 В); до этого обмотка собственных нужд имела две ступени напряжения (первые из указанных). При снижении номинального напряжения в контактной сети вдвое питание вспомогательных машин электровоза переводится на ступень 630 В.
Трансформаторы ОДЦЭ-60001 125П-80 и ОДЦЭ-6000/25П имеют обмотки собственных нужд с двумя ступенями напряжения (210и399В).
Одновременно с введением трех ступеней напряжения обмотки собственных нужд путем лучшего распределения потоков масла в обмотках и воздуха в охладителях номинальная мощность трансформатора ОЦР-5600/25 увеличена с 5244 до 5862 кВ-А.
В процессе эксплуатации наблюдались обрывы демпферов отводов первичной обмотки и обмотки собственных нужд. Демпферы этих обмоток, изготовленные из нескольких слоев медной ленты, были заменены на демпферы, выполненные из провода марки ПЩ. Тяговые трансформаторы устанавливают в кузове на специальных конусообразных опорах. Между опорами кузова и трансформатора находятся резиновые конусы, которые смягчают толчки и удары, возникающие при движении электровоза.
Электровоз ВЛ60
Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200
Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200
Конструкция, схема и принцип действия тяговых трансформаторов
Тяговые типы трансформаторов устанавливаются на подстанциях, питающих электротранспорт. Оборудование используется на железной дороге, при работе трамваев, троллейбусов и поездов метрополитена. Подстанции с разным количеством трансформаторов используются на узлах подачи питания к подземному и наземному транспорту.
Применяются конструкции, состоящее из одного или нескольких агрегатов. Одноагрегатные подстанции используются на участках с централизованным снабжением. Линия обесточивается полностью при необходимости технического обслуживания неисправных подстанций.
Конструкция
Строение простого трансформатора:
Магнитопровод сконструирован из пары горизонтальных ярм и 2-х вертикальных стержней. Стержни собираются из нескольких сжатых стальных листов, используемых в электротехнике. Собираются пакеты разной ширины с изменяющимся сечением, приближенным по форме к круглому. Шпильки используются для сцепки листов, их изоляция обеспечивается бакелитовыми трубками, а под гайки ставятся шайбы из этого материала.
Ярма изготовлены из стальных листов, во время их сборки по бокам крепятся швеллера, соединенные болтами, ввинченными в торцы железных планок. Ярма соединены стальными стержнями магнитопровода.
Две силовые планки крепятся снизу к паре швеллеров, они создают опору для активной части трансформатора и прилегают ко дну бака. Швеллера, установленные на верхнем ярме, соединяются с крышкой с помощью болтов через овальные отверстия. Поэтому активная часть располагается внизу бака, а ее крышка прижимается к фланцам. Между металлическими элементами устанавливаются эластичные прокладки, не пропускающие масло.
Принцип действия
Главный принцип работы тяговых трансформаторов – это взаимная индукция. Электричество к обмоткам передается от главного источника. Переменный ток направляется на потребляющее устройство через зажимы обмотки.
Тяговые трансформаторы для тяговых подстанций регулируют до нужного уровня напряжение, подающееся на потребители электроэнергии. Настраивают выходное напряжение в зависимости от режима работы двигателей.
Схема соединения обмоток
В трансформаторе установлены три обмотки: первичная и две вторичные. Первая вторичная обеспечивает собственные потребности устройства, состоит из 22 витков и питает вспомогательное оборудование, а также основную вторичную обмотку. Обмотка собрана из двух нерегулируемых элементов из 20 витков и пары регулируемых. Они делятся на 4 секции по 5 витков, в каждой из них устанавливается ЭДС по 145 В.
Прогулка наматывается на 6 цилиндров, установленных на паре вертикально расположенных стержней.
Нерегулируемые элементы вторичной обмотки находятся на внутренних цилиндрах.
Условные обозначения начала и конца обмотки выражаются на схеме первыми и последними символами латинского алфавита. Прописные буквы применяются для обмотки с высоким напряжением, элементы, проводящие низкий ток, отмечаются строчными.
Обмотки на стержнях фиксируются на нескольких изоляционных цилиндрах с применением картонных прокладок или реек. Прокладки постепенно усаживается при использовании устройства. Деталь в форме наклонной штанги применяется для улучшения осевой стяжки. Один конец крепится на ярмовой балке, а другой соединяется с подвижным башмаком, установленным на присущим кольце.
Как выглядят матки скрепляются с двумя группами с помощью проводов группового переключателя. Обе группы через выпрямительное устройство соединяются с двигателем. Нерегулируемые элементы спиральных обмоток установлены возле сердечника. В центре находится сетевая непрерывная обмотка, эти элементы в обоих сердечниках соединяются параллельно. Дисковые катушки подвижной части находится на внешнем цилиндре.
Стальные шайбы крепится на магнитопровод при сборке активной части без верхнего ярма. Текстолитовые бруски ставятся веером на шайбы для того, чтобы масло протекало под обмоткой. Текстолитовые кольца ложатся на верхний виток на всех цилиндрах. Веером на них устанавливаются бруски, выводящие масло. На них крепятся металлические шайбы.
Назначение тяговых трансформаторов
Техника для тяговых подстанций делятся на три группы:
Силовые трансформаторы тяговых подстанций отличаются несколькими особенностями. На их конструкцию влияет сфера применения и назначение. Агрегаты, установленные в трамваях, троллейбусах и поездах, значительно отличаются. Подстанции, обеспечивающие работу железнодорожного транспорта, находятся на расстоянии 25-50 км. Специальные требования выполняются при проектировании сети.
Профиль железнодорожного сообщения, эксплуатируемые транспортные средства, влияют на создание технологических карт и размещение трансформаторов.
Режим работы и типы, применяемые на тяговой подстанции
Трансформаторы для тяговых подстанций переменного тока делятся на группы с учетом условий эксплуатации.
Устройство, которое устанавливается на железнодорожных сообщениях:
Опорные устройства применяются для питания других объектов. Тупиковые снабжаются электричеством от соседних трансформаторов, промежуточное устанавливаются между двумя соседями подстанциями.
Специальные виды используются для городского транспорта. Первая группа устройств требует регулярного обслуживания. Вторая работает полностью в автоматическом режиме. Действие третьего вида трансформаторов регулируется с помощью телеуправляемой техники, поэтому и поддержка таких устройств не требует работы обслуживающего персонала.
Изделия для метрополитена:
Понизительные снабжаются электричеством от городских сетей. Понизительные уменьшают напряжение до 400-220 вольт, питают силовые установки и освещение. Подстанции уменьшают напряжение до необходимого уровня.
Электровозы переменного тока — Устройство электровозов (Часть 4)
Опубликовано 16.06.2020 · Обновлено 13.11.2021
Кажется, все просто, электровоз ведь переменного тока, запустил их и поехал. Вроде бы так, но немного не так. Все вспомогательные машины питаются трехфазным током, а от обмотки собственных нужд тягового трасформатора поступает ток однофазный. Вот здесь и кроется этот секрет – ток однофазный, ведь контактный провод один и ток по нему соответственно протекает с одной фазой, а электродвигатели вспоммашин (профессиональный термин) питаются током трехфазным. Эта проблема решается просто: на электровозах устанавливается расщепитель фаз (фазорасщепитель).
Фазорасщепитель
Фазорасщепитель представляет из себя практически тот же асинхронный электродвигатель с трехфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором, но в нем имеется генераторная обмотка.
Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-300×203.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg» width=»1000″ height=»676″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg» alt=»Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с | Фазорасщепитель ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12577″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-300×203.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1-768×519.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9340-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Фазорасщепитель электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Фазорасщепитель ВЛ80с
При подключении фазорасщепитель работает на холостом ходу как однофазный асинхронный двигатель. Вращающееся магнитное поле, образованное двигательной обмоткой и ротором, пересекает витки генераторной обмотки, наводя тем самым в ней ЭДС, следовательно, создавая трехфазный ток, который питает двигатели вспоммашин. На более современных электровозах постоянно работающих и гудящих фазорасщепителей уже не устанавливается, схема пуска вспомогательных машин работает от пусковых конденсаторах.
Питание цепей управления
Ну вот запустили вентиляторы, они охлаждают все как надо, компрессор качает воздух в главные резервуары, но кое-что, небольшое, но очень важное мы не отметили. А именно – цепи управления и как они питаются, как постоянно заряжается постоянным током аккумуляторная батарея, расположенная под кузовом.
Как было сказано выше, цепи управления питаются постоянным током, напряжением 50 Вольт, а откуда постоянный ток берется? Есть несколько конструктивных решений.
Генератор управления электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-300×178.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg» width=»1000″ height=»592″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg» alt=»Генератор управления электровоза ВЛ80с | Генератор управления электровоза ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12584″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-300×178.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1-768×455.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9333-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Генератор управления электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Генератор управления электровоза ВЛ60
Первое – генератор управления. Эти генераторы установлены на валах фазорасщепителей, такая схема применяется на пассажирских электровозах ВЛ60, уже достаточно устаревших.
На более поздних, находящихся еще в активной эксплуатации электровозах ВЛ80Т(С), для питания цепей управления стабилизированным напряжением применяется трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунтов (ТРПШ), соединенный с аккумуляторной батареей и обмоткой собственных нужд.
Состоит он из трех сердечников: средний сердечник – основной магнитопровод, а два крайних сердечника – магнитные шунты. Обмотки управления расположены на магнитных шунтах и питаются постоянным током, соединены они между собой последовательно. При подаче переменного тока на первичную обмотку создается переменный магнитный поток, равномерно распределяясь между основным магнитопроводом и магнитными шунтами. При этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение. Когда магнитные шунты полностью насыщаются, то напряжение на вторичной обмотке становится максимальным, из этого следует, что с увеличением тока управления, напряжение во вторичной обмотке возрастает.
После ТРПШ постоянный ток пройдет еще дроссель, для окончательного сглаживания пульсаций и уже после этого, в цепи управления. Еще один дроссель сглаживает пульсации тока в цепи зарядки аккумуляторной батареи, а ведь постоянным током питаются и сервомотор ЭКГ, и электродвигатель системы обогрева лобовых стекол кабины и калорифера, и электродвигатель вспомогательного компрессора («малыша»).
Повторюсь, про современные электровозы (мы их еще коснемся), на них устанавливаются шкафы питания, в которых применяются обыкновенные полупроводниковые выпрямители, дающие постоянный ток для цепей управления. Необходимо отметить, что при опущенном токоприемнике или при отсутствии питания цепей управления эту функцию полностью берет на себя аккумуляторная батарея, поэтому она должна постоянно заряжаться, что тщательно контролируется. Питание цепей управления от АКБ при опущенном токоприемнике или потере питания от контактной сети (нейтральная вставка, например) переключается электрическим контактором, именуемым «К».
Движение электровоза
Все машины и аппараты включаются дистанционно кнопочными выключателями, расположенными на пульте машиниста и помощника. Кнопочные выключатели блокируются специальными ключами (КУ), если все тумблеры выключены, то машинист проворачивает эти ключи, вынимает их из гнезда и кладет себе, например, в карман, делается это для того, что когда необходимо войти в высоковольтную камеру (ВВК) или перейти из кабины в кабину, выключатель должен быть заблокирован, чем исключается доступ кого-бы то ни было к кнопкам управления.
Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-300×191.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg» width=»1000″ height=»637″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg» alt=»Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Движение24″class=»wp-image-12575″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-300×191.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1-768×489.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9342-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с | Движение24″ /> Кнопочный выключатель на пульте управления электровоза ВЛ80с
Ну вот, все вспомогательные машины включены, включена автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН) или комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У), сразу отмечу, что АЛСН или КЛУБ-У включаются поворотом ключа на панели электропневматического клапана ЭПК150, блокировки которого находятся в цепи включения линейных контакторов, так что, не включив приборы безопасности никто никуда с места не сдвинется, просто не соберется схема тяги. Машинист ставит главную рукоятку контроллера в положение ФП (фиксация пуска) – линейные контакторы подключают ТЭД к силовой цепи, затем кратковременно переводит рукоятку в положение РП (ручной пуск) и возвращает ее в положение ФП – ЭКГ набирает первую позицию, и мы поехали, наконец-то!
Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева)
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-300×214.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg» width=»1000″ height=»713″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg» alt=»Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Движение24″class=»wp-image-12578″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-300×214.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1-768×548.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_9339-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева) | Движение24″ /> Контроллер машиниста и реверсивный вал
Далее при увеличении скорости позиции контроллера могут набираться как в ручном, так и в автоматическом режиме (АП). Набрав нужное число позиций, машинист переводит рукоятку в положение ФВ (фиксация выключения) и затем сбрасывает позиции либо в ручном режиме, переводя рукоятку в положение РВ (ручное выключение), или АВ (автоматическое выключение), и так до нуля. Можно с ходовых позиций сразу поставить рукоятку в ноль, но тогда произойдет резкий толчок состава, поэтому это надо делать постепенно, кроме непредвиденных обстоятельств. Но ЭКГ все равно скрутит позиции до нуля.
Аппараты защиты
В пути следования работу как силовых, так и цепей управления нашего электровоза контролируют реле защиты:
заземления (РЗ) — от коротких замыканий (пробоя изоляции);
защиты от боксования колесных пар (РБ);
тепловые (ТРТ) — работающие в цепях вспомогательных машин;
дифференциальное — установленное в цепи выпрямительных установок.
Реле, работающие в силовых цепях при ненормальных режимах работы, сразу же дадут сигнал на главный выключатель, который немедленно отключит электровоз от силовой цепи, загорится сигнальная лампа на расшифровочном табло. Реле в цепях управления дадут сигнал на сигнальные лампы на пульте машиниста или на расшифровочное табло, ГВ не отключит электровоз от контактной сети.
Предотвращение боксования
Боксование — проскальзывание колесных пар локомотива при трогании с места. Грозит ползунами и порчей рельсов.
Противоразгрузочное устройство
При трогании с места на электровозах вступает в работу еще одно интересное устройство – противоразгрузочное (ПРУ). Это небольшой пневматический цилиндр с внутренней пружиной самовозврата, который, при поступлении в него воздуха, выдвигает своим штоком небольшой рычаг, с закрепленным на нем роликом, чем обеспечивается давление на верхнюю часть рамы тележки, как бы сильнее придавливая ее, предотвращая боксование первой колесной пары. ПРУ устанавливаются на рамах тележек только над передними колесно-моторными блоками (КМБ) и задними в секции.
Система подачи песка
Для защиты от боксования на всех электровозах установлена песочная система. Включающая в себя бункеры с песком, трубопроводы, форсунки, управляемые электромагнитными вентилями и песочные трубы с резиновыми наконечниками, направленными строго под круг катания колесной пары. Система работает от сжатого воздуха. Управляется она с пульта машиниста кнопками, педалью под ногой, на старых машинах устанавливался еще и пневматический вентиль под рукой машиниста.
Можно подавать песок под все колесные пары, можно только под переднюю, ведь, как известно, именно передняя колесная пара больше всего подвержена боксованию, особенно при трогании с места. Подача песка может осуществляться и в автоматическом режиме, работая совместно с реле защиты от боксования (РБ).
Система электрического (динамического) торможения
А если у нас впереди длинный, затяжной спуск, а у нас тяжелый грузовой поезд и постоянные торможения автотормозами на этом спуске грозит истощением тормозной магистрали, или состав пассажирский и необходимо обеспечить максимальный комфорт для пассажиров? Конечно, на электровозах (всех систем тока) устанавливается система электрического торможения. Работает она просто, помните в самом начале статьи я упомянул о генераторах? Так вот, тяговый электродвигатель превращается в генератор путем отключения тока от обмотки якоря и все.
Не будем долго рассуждать о электродвижущей силе (ЭДС), просто в генераторном режиме, эта самая ЭДС будет наводится в обмотках якоря, но направлена она против направления его вращения (ее еще называют противо-ЭДС), тем самым очень сильно мешая его свободному вращению в магнитном поле обмотки возбуждения, препятствуя движения состава. Сила эта очень большая, можно держать тяжелый грузовой состав с определенной скоростью на спуске, не истощая тормозную магистраль, а в пассажирском поезде обеспечивать комфортные условия для пассажиров (без возможных рывков и оттяжек) при торможении и отпуске с применением автотормозов. Вот так и тормозит электровоз всеми своими ТЭД. Как это достигается?
Управление электрическим торможением
Машинист приводит реостат в работу рукояткой на контроллере, при этом, тормозные переключатели отключают ток от якоря. Эти переключатели кулачковые и имеют два контактора, также они участвуют и в реверсировании ТЭД, вал приводится в движение электропневматическим приводом. Таким образом все ТЭД переведены в генераторный режим. Но это не все. Для того чтобы возникла противо-ЭДС к якорю ТЭД необходимо подключить нагрузку. Этой нагрузкой являются балластные резисторы, в режиме реостатного торможения они очень сильно нагреваются и их надо хорошо охлаждать, тут вступает в работу устройство переключения воздуха (УПВ). Это заслонки, расположенные в каналах охлаждения воздухом ТЭД и выпрямительных установок. Так вот, эти заслонки с помощью пневматического привода переводятся в верхнее положение и уже весь поток воздуха будет направлен на балластные сопротивления.
Еще подключается и выпрямительная установка возбуждения, которая питает обмотки возбуждения ТЭД в режиме реостатного торможения. Тормозная сила (величина магнитного потока обмотки возбуждения) регулируется задатчиком тормозной силы и реостатной рукояткой контроллера в режиме торможения. Все выше описанные операции происходят при постановке этой рукоятки в положение П (подготовка) и ПТ (предварительное торможение).
Ни в коем случае при следовании в режиме электрического торможения не должны наполняться тормозные цилиндры электровоза, чтобы не вышли тормозные колодки. Это не допускается соответствующими блокировками в цепи сбора реостата. Но возможно применение совместно автоматических тормозов состава. На пульте и расшифровочном табло при сборке схемы реостата загораются соответствующие сигнальные лампы. Если схема разбирается по какой-то причине (например, мокрые рельсы) то в кабине зазвучит еще и звуковой сигнал.
На пульте машиниста расположен прибор указатель скорости, по нему машинист и задает необходимую скорость, которую необходимо держать. При прекращении реостатного торможения вся схема и устройства возвращаются в прежний режим тяги.
Рекуперативный режим торможения
Но существует еще один режим электрического торможения – рекуперативный (рекуперация).
Это когда вся электроэнергия, вырабатываемая ТЭД в генераторном режиме, возвращается в контактную сеть. Для электровозов постоянного тока это было проще простого, ток вырабатывается постоянный, он и возвращается в контактную сеть постоянного тока. А вот переменники так не могли, как вернуть постоянный ток в контактную сеть с током переменным. Но с появлением таких полупроводников — тиристоров (управляемых диодов или вентилей) рекуперация стала возможна и на переменниках. Дело в том, что тиристоры могут не только выпрямлять переменный ток, но плавно регулировать напряжение и преобразовывать постоянный ток в переменный – инвертировать. Тиристоры устанавливаются в выпрямительно-инверторные преобразователи, которые позволили произвести существенный прорыв в электровозах переменного тока.
Устройство современных электровозов
В общем, подведу небольшой итог, то, что мы здесь рассмотрели уже устарело, но электровозы переменного тока с этой схемой еще активно работают и будут работать еще долгое время на наших железных дорогах (ВЛ60; ВЛ80Т,С). Но на данный момент времени их производство уже остановлено. Все современные электровозы переменного тока (ЭП1; ЭП1М; ЭП1П; 2ЭС5К; 3ЭС5К) выпускаются с тиристорным регулированием напряжения на ТЭД и рекуперативным торможением.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-300×196.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-1024×668.jpg» width=»1024″ height=»668″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-1024×668.jpg» alt=»электровоз эп1м | электровоз эп1м | Движение24″class=»wp-image-3430″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-300×196.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878-768×501.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/201878.jpg 1300w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»электровоз эп1м | Движение24″ /> Электровоз ЭП1М
Нужно отметить, что идея эта не нова и у этих машин были более ранние предшественники – ВЛ80Р; ВЛ85 и пассажирский ВЛ65. На них устанавливаются выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП).
Как работает современный электровоз?
На этих электровозах тяговый трансформатор естественно остался на своем месте, устанавливаются ТЭД также постоянного тока, в принципе все устройства остались, но только кроме громоздкого ЭКГ 8Ж, выпрямительных установок, установок переключения воздуха, исчезли и фазорасщепители, их функцию теперь выполняют пусковые конденсаторы, питание цепей управления, зарядка АБ осуществляется постоянным током, напряжением 50 вольт, который выдает полупроводниковый преобразователь, расположенный в шкафу питания.
Линейные контакторы, подключающие ТЭД к силовой цепи заменены на небольшие быстродействующие выключатели (БВ), имеющие включающую и удерживающие катушки. Но теперь место выпрямительных установок и ЭКГ заняли выпрямительно-инверторные преобразователи, как правило по два на секцию, в которых установлены тиристоры.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-300×225.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-1024×768.jpg» width=»1024″ height=»768″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-1024×768.jpg» alt=»Выпрямительно-инверторные преобразователи | Выпрямительно-инверторные преобразователи | Движение24″id=»2224″ data-full-url=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947.jpg» data-link=»https://dvizhenie24.ru/railway/vypryamitelno-invertornye-preobrazovateli-vip/attachment/1947/» data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-300×225.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/1947-768×576.jpg 768w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Выпрямительно-инверторные преобразователи | Движение24″ /> Выпрямительно-инверторные преобразователи
Вкратце, что такое тиристор?
Тиристор – это полупроводниковый прибор, имеющий четырехслойную структуру p-n-p-n с тремя p-n переходами. Подавая на анод положительные, а на катод отрицательные потенциалы через тиристор будет протекать небольшой ток, если напряжение анод-катод увеличить до напряжения пробоя перехода (напряжение включения), то тиристор открывается, и ток, проходящий через него резко возрастет. Напряжение на тиристоре уменьшается и далее тиристор работает как диод. Тиристор можно открыть и при меньшем напряжении включения, для этого на электрод подается ток управления от вспомогательного источника питания. Ток управления плюс ток анода и если эта сумма превышает ток включения, то тиристор открывается.
Чем больше ток управления, тем при меньшем напряжении включения открывается тиристор. Таким образом можно помимо выпрямления тока еще и менять величину напряжения. Также тиристор может постоянный ток преобразовывать в переменный – инвертировать.
Регулировка напряжения тяговых электродвигателей
Регулировка напряжения ТЭД также производится на стороне низшего напряжения тягового трансформатора. Выпрямительно-инверторные преобразователи подключены к вторичной обмотке трансформатора. Часть вторичной обмотки отделена для собственных нужд и отопления пассажирских поездов, напряжением 3000 вольт (только на пассажирских электровозах). Управление ВИП осуществляется через блок управления ВИП (БУВИП). Имеется четыре зоны регулирования напряжения. Теперь машинисту достаточно плавно переводить штурвал контроллера из одной зоны в следующую, вплоть до четвертой, увеличивая угол открытия тиристоров и также обратно. Таким образом производится плавное регулирование напряжения.
Для охлаждения ВИП и ТЭД на электровозах устанавливается три мотор-вентилятора с асинхронными электродвигателями переменного тока, напряжением 380 вольт, питание вспомогательных машин осуществляется также от обмотки собственных нужд. Четвертый вентилятор включается при рекуперативном торможении, охлаждая блок балластных резисторов. В режиме рекуперативного торможения для питания обмоток возбуждения ТЭД подключается выпрямительная установка возбуждения (ВУВ).
Контроллер машиниста
Контроллер машиниста представляет из себя главный вал, управляемый небольшим штурвалом, имеющим положения:
» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» width=»600″ height=»450″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg» alt=»кабина электровоза эп1 | кабина электровоза эп1 | Движение24″class=»wp-image-574″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4-300×225.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/4.jpg 600w» data-sizes=»(max-width: 600px) 100vw, 600px» /title=»кабина электровоза эп1 | Движение24″ /> Контроллер машиниста (справа) и реверсивный вал (слева)
Рядом установлен реверсивный вал, имеющий положения:
На нем установлен задатчик скорости с рукояткой. Этим задатчиком устанавливается необходимая скорость следования (электровоз поддерживает ее автоматически в соответствии с профилем пути), на пульте управления установлен скоростемер или на экране МСУД (микропроцессорная система управления), также при рекуперативном торможении.
В обычном тяговом режиме машинист регулирует напряжения перемещая штурвал контроллера в одну из четырех зон. Для перехода в режим рекуперации штурвал устанавливается на ноль, реверсивная рукоятка ставится в положение «Р» (рекуперация), далее задатчиком скорости устанавливается необходимая скорость, затем машинист переводит штурвал в конец первой зоны, таким образом регулируется тормозная сила.
На электровозах ЭП1М и «Ермаках» контроллер представляет из себя небольшую рукоятку, при переводе ее вперед собирается схема тяги (также четыре зоны), при переводе назад собирается схема рекуперации. Реверсивная рукоятка совсем небольшая, переносная и размещена рядом с главной. Все положения контроллера подсвечиваются. На электровозах ЭП1 всех модификаций и 2ЭС5К «Ермак», установлена микропроцессорная система управления (МСУД), режим рекуперации может включатся и нажатием кнопки «рекуперация» на пульте, при этом срабатывает речевой информатор. Таким же образом происходит и возврат в режим тяги.
Вся необходимая информация высвечивается на экране МСУД (ток и напряжение на ТЭД). На пульте установлены и аналоговые приборы – манометры давления воздуха в главных резервуарах, уравнительном резервуаре, тормозной магистрали и тормозных цилиндрах. Также установлен киловольтметр напряжения в контактной сети.
На пассажирских электровозах (ЭП1; 1М; 1П) установлена система автоматического ведения поезда УСАВП. На пульте расположены сигнальные лампочки работы электропневматического торможения (ЭПТ) и сигнальные светодиоды работы всех систем. Вот так, очень коротко, я постарался описать устройство и работу электровозов переменного тока. Но есть еще электровозы двойного питания (оба рода тока), активно внедряется асинхронный привод.