Вступ
Електропоїздипостійного струму призначені для перевезення пасажирів на лініях приміськогоруху, електрифікованих на постійному струмі з номінальною напругою 3000 В.
В 1926г. в СРСРбуло відкрито рух потягів на електричній тязі. В 1929г. почався рухелектропоїздів на приміській ділянці Москва – Митіщи протяжністю 18 кілометрівз напругою в контактній сіті 1500В. Подальша електрифікація приміських зонМоскви, Санкт-Петербурга, Києва і інших міст у той час проводилася також напостійному струмі напругою 1500В.
Першімотор-вагонні секції випускав Митіщинській машинобудівний завод. Вонискладалися з моторного вагона і двох причіпних, які одночасно були і головнимивагонами. У міру збільшення населеності з двох-трьох таких секцій сталиформувати мотор-вагонні потяги. Спочатку все електроустаткування поставляла англійськафірма «Віккерс», і секції позначалися індексом /> («С» – Північні залізниці, «в» –електроустаткування фірми «Віккерс»); з надходженням електроустаткуваннявітчизняного заводу «Динамо» секції стали позначати />. В довоєнні роки випустили 260таких секцій.
Зовнішньоелектросекції були схожі на електропоїзди, що експлуатуються в даний час: те жпланування пасажирських приміщення, тамбурів, вхідних дверей. Хоча, наприклад,вид головної частини вагона не був обтічним і не мав відповідної комфортності:поряд із вікном кабіни машиніста знаходилися двері з перехідним майданчиком,оскільки електросекції передбачалося скріпляти між собою. На вагонах першоговипуску листи обшивки кузова кріпилися заклепками, а з номера 056 кузова сталиробити зварними (гладкими, без гофрів). Дахи вагонів спочатку виготовлялидерев'яними, покривали їх брезентом, забарвленим в сірий колір. Потім сталивиготовляти суцільнометалеві конструкції.
Візкиконструктивно були виконані з опорно-осьовим підвішуванням тягових двигунів,які однією стороною кріпилися до балки візка, іншою – через підшипникиспиралися на вісь колісної пари. Тягові двигуни знаходилися в набагато більшважких умовах, жорстко сприймаючи всі удари від нерівностей шляхів.
Силова схемаелектропоїздів практично не змінилася і продовжує працювати до теперішньогочасу на електропоїздах ЕР2: ті ж два з'єднання тягових двигунів з ослабіннямзбудження на кожному з них, аналогічний вивід пускових резисторів. Схема, щопрослужила багато років, виявилася надійною, працездатною і економічною. Силовусхему захищали плавка вставка і два лінійні контактори, які автоматичновідключалися при коротких замиканнях і перевантаженнях. Потім встановили трилінійні контактори, а згодом – чотири (Швидкодійні вимикачі не встановлювали,вони з'явилися пізніше на електропоїздах ЭР1).
Оскільки першіділянки, електрифіковані на постійному струмі напругою 1500В, в післявоєнніроки стали переводити на напругу 3000В, Ризький вагонобудівний завод (РВЗ) ставвипускати «перехідні» електросекції, багато в чому схожі на />, для роботи на двохнапругах. У міру введення нових ділянок їх передавали на відповідні дороги.Електросекції, випущені в Ризі, позначалися «/>», їх номери за період з 1946 –1952гг.: 501…781, 882…908, 1009…1043, 1144…1159. З 1952г. по 1958г. РВЗвипускав секції /> №1160…1781 для роботи тільки принапрузі 3кВ.
В 1957 – 1958гг.почався серійний випуск 10-вагонних електропоїздів ЭР1. До 1962г. булопобудовано 259 таких потягів. З 1962г. аж до середини 80-х років з перервоювипускали потяги ЭР2 №300…700, 900...1349.
Протягомбагаторічної експлуатації потягу мотор-вагонна тяга зазнала великі зміни:склади стали формувати не з трьохвагонних секцій, а з двохвагонних, допоміжнімашини, акумуляторні батареї, головні резервуари перенесли на причіпний вагон(раніше все це встановлювалося на моторному вагоні). Змінилися такожконструкція візків і підвіска тягових двигунів, зросла їх потужність, намоторних вагонах встановили швидкодійні вимикачі і прибрали другий (резервний)струмоприймач. Лобова частина головного вагона набула сучасний вигляд з повнимпереплануванням кабіни машиніста, вхідні двері стали автоматичними з низькимипідніжками та ін.
Одночасно учені іфахівці вели роботи із створення потягу з електричним гальмуванням. Першіпрактичні досліди були проведені в 1947г. на переобладнаній секції /> №213. Потімп'ять секцій /> в двохвагонному варіанті булоперероблено на Перовському локомотиворемонтному заводі длярекуперативно-реостатного гальмування. У складі 10-вагонного потягу (№ секцій002, 019, 020, 022, 030) їх передали в 1958г. в депо Перерва Московської дорогидля опитної експлуатації.
Треба сказати, щоцей потяг важко входив в життя. У той час була відсутня електронна системаавтоматичного управління і захисту. Релейний захист через повільну дію невідповідав вимогам, тому часто виходили з ладу тягові двигуни, силова апаратурата ін. Проте нагромаджувався досвід експлуатації, і в результаті на РВЗ напочатку 60-х років випустили один потяг ЕР6 і два потяги ЕР10. На них згодомудосконалювали систему реостатно-рекуперативного гальмування. Пізніше буловиготовлено 66 потягів ЕР22, які задовільно пропрацювали близько 30 років, подва потяги ЕР22М і ЕР22В, на основі яких створили сучасні потяги ЕР2Р, ЕР2Т,ЕД2Т, ЕД4, ЕД4М.
Перерахованіелектропоїзди володіють рядом достоїнств. Так, підвищена потужність тяговихдвигунів допускає достатньо великі прискорення потягу, застосування в схемахелектронних пристроїв істотно підвищило надійність електроустаткування іусунуло ряд недоліків, характерних для раніше випущених складів. На потягахдосягнута значна економія гальмівних колодок, вони менше забруднюють навколишнєсередовище. Схема прямого входу в рекуперацію стала більш простою, вонадозволяє підвищити якість електроенергії, що повертається. При використовуваннівсіх гальмівних засобів потягу досягається дуже високий гальмівний ефект, добрепродумана система резервування устаткування.
Після появинадійних силових приладів (діодів) РВЗ в 1962г. приступив до випускуелектропоїздів змінного струму. Вони отримали позначення ЕР9. З 1967р. заводстав випускати електропоїзди ЕР9П з підвагонним розташуванням випрямноїустановки. В 1978г. на моторних вагонах встановили шинний високовольтний ввід,розташований усередині пасажирського приміщення, замість раніше вживаногозовнішнього кабельного високовольтного вводу. Ці потяги стали позначати ЭР9М.Після модернізації жвавого складу, упровадження випрямної установки з природнимохолоджуванням і реостатного гальма на РВЗ стали будувати потяги ЕР9Є і ЕР9Т. Вданий час в Росії проводяться потяги з реостатним гальмуванням ЕР9Т.
Використовуваннянапівпровідникової техніки дозволило удосконалити системи електричної тяги ігальмування електропоїздів. Були побудовані опитні електропоїзди ЕР2И і ЕР12 зтиристорно-імпульсним управлінням режимами пуску і гальмування, був створенийелектропоїзд ЕР200, конструкційна швидкість якого 200 км/ч.
Вагониелектропоїздів складаються з механічної частини, пневматичного і електричногоустаткування. До механічної частини відносяться кузов, ходова частина, зубчатіпередачі, тягові прилади. До пневматичного устаткування слід віднести приладигальмівної системи і пневматичні апарати, повітропроводи, резервуари, крани,звукові сигнали, склоочисники та ін., до електричного –струмоприймачі, пусковуапаратуру (силову і низьковольтну), тягові двигуни, допоміжні машини, апаратизахисту.
Составністьсекції або потягу визначає число і взаємне розташування моторних і причіпнихвагонів секції (потяги). Составність виражають формулою, де буквами М, П і Гпозначають відповідно моторний, причіпний і головний вагони.
Нумерація вагонівскладається з номера електропоїзда і номера вагона (дві останні цифри). Моторнівагони мають парні номери – 02, 04, 06 і т.д., головні позначають 01 і 09,причіпні мають закінчення 03,05,07, 11.
Спочаткуелектропоїзди експлуатувалися на малих плечах (40…70 км). Потім намітиласятенденція до збільшення довжин ділянок, особливо під час літніх перевезень прибраку пасажирських вагонів. Електропоїзди стали використовуватися на перегонахв сотні кілометрів. Проте конструкція мотор-вагонного рухомого складу на подібнуроботу не розрахована і подовження ділянок до 150км і більш небажано. Унаслідоккоротких перегонів і великої інтенсивності руху в приміських зонахмотор-вагонний рухомий склад повинен забезпечувати великі прискорення іуповільнення, а також максимальні швидкості для реалізації високих дільничихшвидкостей на малих перегонах.
1. Загальні відомості проелектропоїзд постійного струму ЕР2
1.1 Формування електропоїздів та їх основні технічні характеристики
За основну поїзнуодиницю електропоїзду ЕР2 прийнятий 10-вагонний електропоїзд, складений з двохголовних, п’яти моторних та трьох причіпних вагонів. У експлуатації ці поїздиможуть формуватися з 4,6,8,10 та 12 вагонів.Для забезпечення умов автономності поїзду число вагонів в ньому повиннобути не менш чотирьох, з них два вагона –головні. Найбільше число вагонів,обираємо по умовам навантаження коло керування та довжиною пасажирськихплатформ. В будь-якому варіанті електропоїзд містить два головних вагонів, акількість моторних дорівнює половині загального числа вагонів.Розрізняють механічне, електричне та пневматичне обладнання вагону. Домеханічного обладнання відносяться кузов, ходові частини, редуктор татягово-зчіпне обладнання; до електричного – струмоприймач, пускорегулюючіапарати; до пневматичного – апарати та прилади гальмівної системи, обладнанняподачі звукових сигналів, склоочисник, резервуар, крани та такі інші.У вагонах передбачені тамбури, зовнішні двері, які закриваються тавідкриваються по засобу електропневматичному приводу .
Кабіни керуванняпередбачені тільки у головних вагонах електропоїзду. Для входу у кабінукерування мають службовий тамбур.
Електропоїздаобслуговують лінії приміських перевезень, характеризуючи короткими перегонами йвисокій інтенсивністю руху, тому вони повинні мати високі прискорення тасповільнення для реалізації високих швидкостей на усіх ділянках обертання.
Основнітехнічні дані 10-и вагонного електропоїзду ЕР2:
Маса, т :
— поїзда 467,9
— моторноговагону 54,6
— головноговагону 40,9
— причіпноговагону 38,3
Конструктивнашвидкість, км/г 130
Потужність годинного режиму, кВт :
— загальна 4000
— моторноговагону 800 Струм годинного режиму, А :
— загальний 1460
— моторноговагону 292
Швидкість рухупри годинному режимі
та повномузбуджені, км/г 52,0
Швидкість рухупри тривалому режимі
та послабленомузбуджені, км/г 82,5Прискорення поїзду з пасажирами на
прямійгоризонтальній ділянці шляху, м/с^2 0,6
То жесповільнення, м/с^2 0,8
Розміри кузовавагону, мм :
— довжина 19600
— ширина(погофрам) 3522
— висота власна 3146
— висота відголовки рельси 4253
Висота вагона відголовки рельси, мм:
— при опущеномуструмоприймачі 5486
— при піднятомуструмоприймачі 6986
База вагону, мм 13300
Кількість місцьдля сидіння взагалі: 1037
— моторному 110
— причіпному 107
— головному 83
Передаточне число 3,17
Кількість тяговихдвигунів поїзду 20
База візкавагону, мм:
— моторного 2600
— причіпного 2400
Вага візкавагону, т
— моторного 14,7
— причіпного 7,0
Діаметр колесавагона по кругу катання, мм:
— моторного 1050
— причіпного 950
— головного 950
Довжина потягу поосях автозчеплення, мм 201810
Висотаавтозчеплення від рівня головки рейки
на головномувагоні, мм 1070
1.2 Умовиексплуатації електропоїзду ЕР2
Приміськийрух має ряд специфічних особливостей. Потік приміських сотнями тисяч чоловік удобу. На ділянках з особливо інтенсивним рухом у обігу щодня знаходиться 150 –200 пар електропоїздів. Для приміського сполучення характерна невеликадальність поїзда і різка зміна кількості пасажирів по годинам доби і днямтижня. У вихідні і святкові дні пасажиропотоки істотно змінюються, кількістьпасажирів у великих містах і промислових центрах обчислюється десятками тисяч.
Із-за зменшення потоку пасажирів у міру видалення відміста рух приміських поїздів організовано по зонному принципу. У найближчій відміста зоні число поїздів максимальне, а на більш віддалених зонах вонозменшується. Для великих центрів відстань між зупиночними пунктами складає 2 — 3 км, а у головній зоні воно зменшується до 1 – 2 км. Часті зупинки при великійгустоті руху жадають від рухомого поїзда реалізації можливо великих прискореньі уповільнень.
Особливості приміського руху обумовлюють технічніхарактеристики електропоїздів. Потужність їхніх тягових двигунів, щоприходиться на одиницю ваги, вище, ніж у будь-якого локомотива. Потужність наодиницю ваги електропоїздів ЕР2, ЕР2Р, ЕР9 при середній вазі десятивагонногопоїзда 550 тс складає близько 7,3 квт/тс, тоді як потужність пасажирськогоелектровоза ЧС2 з нормальним поїздом вагою 1000 тс буде 4,2 квт/тс. Питома силатяги електропоїздів у період розгону близько 70 кгс/тс, що забезпечує високеприскорення поїзда 0,6 – 0,7 м/с2. При такому прискоренні через 20 с післятрогания поїзд набирає швидкість 43 – 48 км/год, що дуже важливо при великійкількості зупинок. У теж час високі швидкості руху на коротких перегонахвикликають необхідність початку гальмування з великої швидкості. Тому режимведення поїзда повинен ґрунтуватися на інших принципах, ніж при електровознійтязі.
На приміських лініях, електрифікація яких при існуючихобсягах перевезень не виправдує себе, застосовуються дизель – поїзда. По своїмтехнічним даним вони забезпечують досить високу технічну швидкість, що складаєприблизно 80 % швидкості електропоїзда ЕР2.
1.3 Розташуванняелектричного обладнання на електропоїзді ЕР2
На електропоїздахповинне забезпечуватись наступне: найбільш повне і максимальне використанняплощі кузовів вагонів для пасажирів, оптимальні умови освітлення, опалення івентиляції. Основну частину електроустаткування розміщають у підвагоннихкамерах, підвішених до рам кузовів, на візках і на дахах кузовів. Тількиневелику частину апаратури розташовують у шафах, встановлених у тамбурахвагонів. Підвагонні камери електропоїздів являють собою зварну конструкцію з кришками,які знімаються, і мають подвійні ущільнення з губчатої гуми. Далі як прикладиописане розташування електрообладнання на електропоїздах ЕР2.
/>
Рисунок 1.1 — Розташування обладнання під кузовом і в шафах головного(а), моторного (б),причіпного(в) вагонів
На рамі під кузовом головного вагона(рис 1.1, а) підвішені акумуляторна батарея 12, мотор-компресор 5, перетворювач(двухмашинний агрегат) 17, шафа 16 з контакторами допоміжних ланцюгів,електроповітрярозподілювач 14, повітрярозподільник 15, повітряні резервуари:два головних 19 по 170л кожен, трьох резервуарів 6 по 78 л, один зрівняльний 2на 20 л і один допоміжний 13 на 12л, блок пускових резисторів 11 перетворювач.На рамах візків установлені гальмові циліндри 3, а під кузовом на рамі — фільтри 4 для очищення повітря, засмоктуваного компресором, два маслоотделітеля18, обігрівач зливальної труби 20, два свистки 1, два тифона 21,сміттєзбиральник 9, з лівої і правої сторони — розетки 7 низьковольтний вхід, атакож вакуумні патрубки 10 і парубки 8 водопостачання, використовувані примеханізованому прибиранні вагона електропоїзда.
У кабінімашиніста змонтований пульт з апаратами керування, сигналізації і радіозв'язку,вимірювальними приладами. Частина з них розмішена на задній стінці кабіни.Пульт виконаний у виді окремих знімних блоків. У лівій його частині в місцяпомічника машиніста встановлений маховик ручного гальма (див. рис 1.1, а). Упульті передбачені відсіки для аптечки і технічної документації, під ним напідлоги перед кріслом машиніста встановлена педаль для впливу на клапан тифонаі свистка. Така ж педаль мається і біля місця помічника. У правій частинікабіни на задній стінці розташований блок з вимикачами ланцюгів допоміжнихапаратів.
У шафі № 1розміщений електропневматичний клапан автостопа, кран подвійної тяги, вентильзаміщення електропневматичного гальмування пневматичним, два разобщітельнихкрани, фільтр, штепсельні роз′єми й ін. У шафі № 2 установлений блок запаратурою керування потягом, вентиляцією й електропневматичним гальмуванням; ушафі № 3 — підсилювач і пристрій живлення, приемопередатчик і блок живлення зкомплекту радіостанції, блоки живлення, керування і реєстрації з комплектушвидкостеміра, у шафі №4 — дешифратор і підсилювач з апаратури локомотивноїсигналізації; у шафі № 5 — блоці апаратурою керування висвітленням, опаленням івентиляцією; у шафі № 6 — блок з амперметром і вольтметром заряду батареї ірегуляторами напруги і частоти перетворювача в шафі № 7 — блок з апаратуроюкерування і перемикачем кола заряду батареї, трансформатор кола керуваннязарядом батареї і живлення ланцюгів 110 В.
Поруч із шафою №1 змонтований электрокалорифер для обігріву кабіни. Ліворуч від дверей кабінизнаходиться шафа для одягу, що відкривається з боку тамбура, а над ним — шафадля термосів і продуктів, що відкривається усередину кабіни. На каркасах шафи №1 і шафи для одягу біля зовнішніх дверей установлені блоки з вимикачами дверей,кнопками звукової сигналізації і лампами сигналізації закритого положеннядвері; поруч розміщені пульти оповіщення системи ТОН. На даху вагонавстановлені антена і резистор кола прожектора.
Під кузовоммоторного вагона розміщене все електричне і пневматичне обладнання (рис 1.1), подва тягових двигуна 22, 23 і два гальмових циліндри 24, 34 на кожнім візку,шафа 32 (1ЯК.013) із силовими контакторами, шафа з контакторами опалення іреверсивно-гальмовим перемикачем, шафа з реостатним контролером, головнимроз'єднувачем і повторювачем силових контакторів, автоматичний швидкодіючийвимикач 25, індуктивний шунт 28, блок 29 шунтуючих резисторів, блок резисторівослаблення порушення, електричний повітряний розподільник, повітророзподільник,повітряні резервуари 26 по 78л і 33 на 12л, а також сміттєзбиральник 27. Злівої і правої сторони розташовані вакуумні патрубки 30 і патрубки 31 водопостачання,використовувані при механізованому прибиранні вагона.
У лобовій іторцевій шафах розташовані блоки з апаратурою для пуску допоміжного компресора,вимикачі, допоміжний компресор і маслоотделітель, з апаратурою керуваннягальмуванням, розмішені амперметри для виміру тягового струму і струмуреостатного гальмування і вольтметр для виміру напруги тягових двигунів,амперметр для виміру струму тягових двигунів у режимі тяги і рекуперації, лічильник,шунти і додаткові резистори, колонка ручного гальма. На даху розташованіструмоприймач, два розрядники РМВУ-3.3, конденсаторний і індуктивний фільтрирадіоперешкод і 16 блоків пуско-гальмівних резисторів. Розрядники і фільтривстановлені на загальній рамі, що кріплять до даху на амортизаторах; розрядникимають огородження, що у випадку їхнього руйнування не дозволяють розлетітисяосколкам.
Дроти дляз'єднання струмоприймачів при їхній рівнобіжній роботі прокладені в трубі уздовждаху; перемичку міжвагонного з'єднання, що забезпечує рівнобіжну роботуструмоприймачів, кріплять болтами до кронштейнів по кінцях даху. Дроти відпуско — гальмівних резисторів проходять по жолобі на горище. Сходи для підйомуна дах розташована на лобовій стіні і мають електричне блокування безпеки.
Під кузовомпричіпного вагона (рис.1.1, в) розміщена акумуляторна батарея 44, перетворювач49, мотор-компресор 36, шафа 48 з контакторами високовольтних допоміжнихланцюгів, блок 42 демпферних резисторів, електричний повітряний розподільник46, повітророзподільник 47, по два гальмових циліндра 34 на візку, два головнірезервуари 52 по 170 л, три резервуара 37 по 78 л, резервуар 45 на 12 л, двавідділювала мастила 51, обігрівач зливальної труби 53, сміттєзбиральник 41,фільтр 35 і шафа для колодок 43. З лівої і правої сторони розташовані розетки38, 50 деповського живлення, вакуумні патрубки 40 і патрубки 39 водопостачання.
1.4 Силовеелектричне коло моторного вагону ЕР2
У режимі тяги цеколо забезпечує реостатний пуск потяга, ослаблення збудження тягових двигунів,зміна напряму руху потяга переключенням (реверсуванням) обмоток збудженнятягових двигунів. Опір пуско-гальмівних резисторів і резисторів ослабленнязбудження в процесі розгону поїзда змінюють силовим реостатним контролером, щомає 20 позицій.
Розгін поїзда докожної ходової позиції (їх чотири) визначається відповідним положенням головноїрукоятки контролера машиніста. Вал силового реостатного контролера повертаєтьсяавтоматично. Силові кола переводяться в тяговий чи гальмовий режим гальмовимперемикачем.
При установціголовної рукоятки контролера машиніста в положення М (маневрове) валреверсивного перемикача переводиться в положення, що відповідає положеннюреверсивної рукоятки контролера машиніста. У результаті збирається коло зчотирьох послідовно з'єднаних тягових двигунів, у яку цілком уведеніпуско-гальмівні резистори (12,83 Ом), при повному збудженні.
Якщо головнурукоятку контролера машиніста установити в положення П1, відбуваєтьсяавтоматичний пуск потяга під контролем системи керування СУРК і блокуелектронних реле БЕР (тобто системи СУРК БЕР) до виходу на безреостатну ходовухарактеристику (до 14-й позиції). При цьому по черзі виводяться ступінямисекції пуско-гальмівних резисторів контактами силових контакторів реостатногоконтролера.
Колапуско-гальмівних резисторів забезпечують одержання 14 позицій реостатного пускупри використанні лише дев'яти силових контакторів реостатного контролера. Перехідз однієї позиції на іншу здійснює система СУРК БЕР, що дозволяє валуреостатного контролера повернутися на наступну позицію тільки тоді, коли струмтягових двигунів знизиться до струму уставки. Для забезпечення плавності пускуопору ступіней пуско-гальмівних резисторів підібрані так, що кидки струму припереході з позиції на позицію мінімальні. Після того як на 14-й позиціїреостатного контролера всі пуско-гальмівні резистори виведені, автоматичнийпуск закінчується. Першою ходовою є 14-я позиція при повному збудженнідвигунів. При установці головної рукоятки контролера машиніста в положення П2розгін поїзда відбувається, як і в положенні П1. Вал реостатного контролера не фіксуєтьсяна 14-й позиції, і зі зменшенням струму до струму уставки система СУРК БЕР переводитьйого на 15-ю позицію. На цій позиції включаються контактори Ш и 10 реостатногоконтролера, у результаті чого паралельно обмоткам збудження тягових двигунівпідключається шунтуюче коло резисторів (0,6865 Ом) і збудження послабляється до59,5%. При повороті вала реостатного контролера на 16-ю позицію включаєтьсяконтактор 11, що шунтує резистор R10 і послабляє збудження двигунів до 41,5%.При установці головної рукоятки контролера машиніста в положення ПЗ валреостатного контролера спочатку переходить на 17-ю позицію, шунтуючи контактором12 резистор R11 і послабляючи збудження до 32,3%, а потім — на 18-ю позицію, дезбудження послабляється до 26,5%. Контактор 13 шунтує резистор R12.
Коли головнарукоятка контролера машиніста встановлена в положення П4, вал реостатногоконтролера переходить на 19-ю позицію, шунтуючи контактором 14 резистор R13.Відбувається ослаблення збудження до 21,0%. Після того як струм двигунівзнизиться до струму уставки, реостатний контролер перейде на 20-у позицію, наякій контактор 15 шунтує резистор R14 і послабляє збудження до 18,0%. На 20-йпозиції може бути досягнута найбільша швидкість руху електропоїзда.
Силове коло урежимі електричного гальмування забезпечує: реостатне гальмування з незалежнимзбудженням тягових двигунів; рекуперативне гальмування, реостатне гальмуванняіз самозбудженням тягових двигунів, спільна дія електропневматичних гальм усіхвагонів і реостатного гальмування моторних вагонів наприкінці гальмування і доповної зупинки; заміщення у випадку відмовлення електричного гальмуванняелектропневматичним. Крім того, передбачені наступні переходи: з реостатногогальмування з незалежним збудженням на рекуперативне, з рекуперативногогальмування на реостатне із самозбудженням, з рекуперативного гальмування нареостатне з незалежним збудженням у випадку підвищення напруги в контактніймережі, з реостатного гальмування з незалежним збудженням на реостатне із самозбудженням.
При установціголовної рукоятки контролера машиніста в 3 гальмове положення в силовомуланцюзі відбудуться наступні переключення: вал силового реостатного контролераповернеться на 1-ю позицію; вал гальмового перемикача перейде в положеннягальмового режиму; включиться контактор ОВ, підключаючи обмотки збудженнятягових двигунів до тиристорного перетворювача; включиться контактор KB, щоподає напругу в систему САУТ і через трансформатор збудження Трз на тиристорнийперетворювач; включаться контактори Т и ЛКТ, і система САУТ почне видаватикеруючі імпульси на тиристори перетворювача. Коло почне працювати в режиміреостатного гальмування з незалежним збудженням. При цьому зросте струмзбудження двигунів (генераторів), а внаслідок цього і їх електрорушійна сила.
Коли напругаякоря на тягових двигунах стає близьким до напруги в контактній мережі,спрацьовує реле включення рекуперації (РВР) електронного блоку і включаєлінійний контактор ЛК У цей момент на реостатне гальмування з незалежним збудженнямнакладається короткочасно рекуперативне гальмування. Почати рекуперативнегальмування можливе тільки при напрузі в контактній мережі менш 3750 В.
Паралельнообмоткам збудження підключений шунтуюче коло: гальмовий контактор Т, резисториослаблення збудження R24, R11, R12, R13, R14, R15, шунт амперметра А2. На 3-йпозиції реостатного контролера контактор KB відключається. Надалі для підтримкигальмової сили реостатний контролер починає поступово виводити ступініпуско-гальмівних резисторів під контролем СУРК БЕР Відключення електричногогальмування на низьких швидкостях здійснюється з попереднім зняттям ослабленнязбудження тягових двигунів контактором Ш. Така послідовність переключеньзменшує іскріння на колекторах тягових двигунів і полегшує умови роботиконтакторів ЛК, Т и ЛКТ.
При установцірукоятки контролера машиніста в гальмове положення П5 електропневматичнегальмування починається на усіх вагонах потяга. На моторному вагоні вононакладається на електричне, що може привести до юза. Тому в тому випадку, колитиск у гальмових циліндрах досягне уставки автоматичного вимикача гальмування(АВТ) кола електричного гальмування відключаються.
Після включеннялінійного контактора ЛК відключається гальмовий контактор Т и залишаєтьсязібраним лише коло рекуперативного гальмування. Воно складається з кола струмузбудження тягових двигунів і кола гальмового струму. Коли струм збудженнядосягне 250 А у системі автоматичного керування спрацює реле самозбудження РСВі переведе силовий коло гальмового режиму з незалежним збудженням на реостатнегальмування із самозбудженням. При цьому відбувається короткочаснорекуперативно-реостатне гальмування. Після включення гальмового контактора Твідключається лінійний контактор ЛК.
Надалі призменшенні гальмового струму в міру зниження швидкості СУРК видає команду напереключення силового реостатного контролера. При повороті його вала з 1-йпозиції на 2-ю відсікається тиристорний перетворювач і відключається контакторОВ. Контактор 16 реостатного контролера підключає обмотки збудження двигунів дообмоток якорів з постійним ослабленням збудження до 80%. На цьому завершуєтьсяперехід на реостатне гальмування із самозбудженням.
Паралельнообмоткам збудження підключений шунтуюче коло: гальмовий контактор Т, резисториослаблення збудженняR24, R11, R12, R13, R14, R15, шунт амперметра А2. На 3-йпозиції реостатного контролера контактор KB відключається. Надалі для підтримкигальмової сили реостатний контролер починає поступово виводити ступініпуско-гальмівних резисторів під контролем СУРК БЕР (у такій же послідовності,як і на першій ходовій позиції) до 14-й позиції. Наприкінці реостатногогальмування на 11-й позиції реостатного контролера починає діяти електропневматичнегальмування і разом з реостатним продовжується до повної зупинки. Привідключенні гальмування на високих швидкостях силовий коло спочатку переключаєтьсяз рекуперативного гальмування на реостатне, потім, знімається збудження тяговихдвигунів і після цього з витримкою часу розмикаються контакти контакторів Т иЛКТ.
Якщо рукояткаконтролера машиніста встановлена в гальмове положення П4, перехід на електричнегальмування відбувається аналогічно розглянутому. При установці рукояткиконтролера машиніста в гальмове положення П5 електропневматичне гальмуванняпочинається на усіх вагонах потяга. На моторному вагоні воно накладається наелектричне, що може привести до юза. Тому в тому випадку, коли тиск у гальмовихциліндрах досягне уставки автоматичного вимикача гальмування (АВТ) колаелектричного гальмування відключаються.
2. Тяговий електродвигун УРТ-110Б
2.1 Основнічастини
На електропоїздахЕР2 встановлені тягові двигуни УРТ-110Б; на ЕР2Р—1ДТ.003.4У1; на ЕР2Т—1ДТ.003.5У1,1ДТ.003.6У1і 1ДТ.003.7У1; на ЕД2Т—1ДТ.003.8У1.
Основнимичастинами тягового двигуна (рис. 2.1) є остов 24, головні полюси (сердечники 75і катушки 14), додаткові полюси (сердечники 21 і катушки 23), якір,щіткотримачі 41 з кронштейнами 43 і два підшипникові щити 8 і 26. Підшипниковіщити встановлені в горловині торцевих сторін остову 24. В них запресовані зовнішніобойми роликових підшипників 6 і 29. Внутрішньо кільця підшипників напресованіна вал якоря 2. Для мастила підшипників в кришках 7 і 28 є трубки, закритіпробками. Радіально-упорний підшипник з боку колектора не дозволяє валу 2 переміщатисяв подовжньому напрямі. Радіальний підшипник з боку вентилятора допускає осьовепереміщення при температурних змінах довжини валу.
2.2 Остов
В остові двигунаукріплені головні і додаткові полюси, тобто магнітна система двигуна,підшипникові щити, які фіксують положення валу якоря, і щіткотримачі зкронштейнами. Остов служить не тільки несучою конструкцією машини, але і ємагнітопроводом, по якому замикається робочий магнітний потік. Тому матеріалостову повинен володіти хорошими магнітними властивостями, які залежать відякості сталі.
Верхня частинаостову міцно притягується до рами візка двома лапами 39, а нижня — двомаболтами М36. З протилежної сторони остову (напроти осі колісної пари) євиступи, що оберігають двигун від падіння на шлях у разі порушення йогопідвіски.
З боку колектораостов має три оглядові люки (зверху, знизу і збоку), які закриті кришками згумовими ущільнювачами, вгорі є вентиляційний люк для огорожі повітря. Теплеповітря викидається через отвори з боку вентилятора. Для кріплення кожногополюса в остові просвердлені по три отвори для болтів, є також отвори і длявивідних кабелів двигуна. Щоб оберегти їх від перетирання і пошкодження обкромки остову, а також запобігти попаданню вологи в двигун, встановлюють гумовівтулки, які щільно охоплюють кабелі. До кабелів хомутами прикріплені захиснірукава.
2.3 Полюси
Головні полюсистворюють основний робочий магнітний потік (в даних тягових двигунах їхчотири). Кожний полюс складається з сердечника, катушки і вивідних кабелів.Сердечники головних полюсів набирають з листів електротехнічної сталі завтовшки2 мм, які спресовують в пакет і закріплюють заклепками. Усередині пакету уздовжполюса проходить стрижень, в отвори якого вкручують три болти, що кріплятьполюс до остову. Ослабіння болтів не допускається, тому із зовнішньої сторониостову їх заливають масою компаунда, контролюючою самовідгортання болтів.
Катушки головнихполюсів, виконані з шинної міді, намотують плашмя в два шари. Міжвітковоюізоляцією служить азбестовий папір, корпусною ізоляцією — п'ять шарів липкоїсклоескапонової стрічки і один шар каперної стрічки. З'єднання полюсів міжкатушок виконані з дроту ПМУ. Щоб в експлуатації не слабшало кріплення катушок,(ізоляція пересихає в процесі перегріву), катушки притискують до остовупритискними фланцями.
Додаткові полюсистворюють магнітний потік в комутаційній зоні для поліпшення комутації двигуна(зменшення іскріння). Встановлюють їх між головними полюсами. Обмоткудодаткових полюсів сполучають з якірною обмоткою. Сердечники додаткових полюсів— литі, їх прикріплюють до остову трьома болтами. Між сердечником і остовомпрокладені діамагнитні прокладки для зменшення розсіяння магнітного потоку.
Катушкидодаткових полюсів намотують з шинної міді, їх ізоляція не відрізняється відізоляції катушок головних полюсів. Після їх ізолювання для додання ниммонолітності і створення кращого теплообміну катушки просочують в компаунді іпокривають ізоляційним лаком. Щоб уникнути ослабіння кріплення катушок (таксамо як і на головних полюсах), застосовують пружинні фланці, що притискуютькатушки до остову.
2.4 Якір
Рухома частинатягового двигуна (якір) передає обертаючий момент двигуна на колісну парумоторного вагона, а також гальмівний момент під час рекуперативно-реостатногогальмування. Якір складається з сердечника, обмотки, колектора і валу. Йогоконструкція, як і його обмотка, в значній мірі визначають потужністьелектричної машини.
Всі частини якорязбирають на валу, який обертається в підшипниках, встановлених в підшипниковихщитах. Сердечник якоря 18 є циліндром, зібраним з листів електротехнічноїсталі, він зафіксований на валу обмоткотримачами 11 і 27. Колектор є найбільшскладною і відповідальною конструкцією, його набирають з мідних пластин,ізольованих один від одного і від валу якоря міканітом колектора. Пластинизатиснені вісьма болтами між нажимним конусом 9 і втулкою колектора 11, відяких вони ізольовані манжетою.
Вали якоря тяговихдвигунів випробовують значні зусилля обертаючих моментів і реакції зубчатоїпередачі. Часто змінне навантаження з миттєвими поштовхами під час пуску ігальмування, динамічне навантаження від нерівностей шляху створюють дуже важкіумови роботи валу. Тому його поверхню обробляють з високою точністю, переходивід одного діаметра до іншого роблять плавними, на валу не нарізують різьбленняі прагнуть не проточувати канави шпон. Вали виготовляють з високоякісноїхромонікєлєвої сталі 12ХНЗА, яка проходить термообробку для підвищеннямеханічних властивостей.
Втулка якоря 1напресовується на вал (без шпонки) зусиллям 600...1100кН. Вона несе на собісердечник якоря з нажимными шайбами (обмоткотримачами), колектор і вентилятор.Втулка є трубою з буртом для упора колеса вентилятора. Обмоткотримач 27відливають як одне ціле з вентилятором і насаджують на втулку до упора в бурт,втулку колектора замикають спеціальною гайкою. Між обмоткотримачем 27 і втулкоюколектора 11 затиснений сердечник якоря, який разом з втулкою колектора іобмоткотримачем фіксується шпонками.
Сердечник якоря —частина магнітної системи двигуна, що обертається. Щоб зменшити втрати відвихрових струмів і перемагнічування, якір набирають з листів електротехнічноїсталі завтовшки 0,5 мм Листи з обох боків покривають ізоляційним лаком. Черезкожні 50 мм прокладають лист електрокартону. На зовнішній поверхні кожноголиста штампують клиновидні вирізи, які при наборі листів в пакет утворюютьпази. В них укладають обмотку якоря і закріплюють текстолітовими клинами. Дляохолоджування якоря усередині листів сердечника роблять вентиляційні отворидіаметром 20...30 мм
Обмотка якорядвигуна УРТ-110Б — хвильова, двигуна 1ДТ.003 всіх модифікацій — петлева. Притакій обмотці і збільшенні пластин колекторів значно зменшуються межламельнанапруга і реактивна ЕДС, що підвищує комутаційну надійність двигуна. Міжвітковуізоляцію обмоток виконують із склотканини, корпусну — із склослюдянитовоїстрічки, намотаної в шість шарів внапівперекришу, поверх якої намотують один шарсклоленти.
З боку колекторакінці секцій укладають на обмоткотримач, вставляючи провідники в шліци пластинколекторів, і припаюють до пластин. До кожної пластини приєднують по двапровідники. На лобових частинах обмотку закріплюють склобандажами, активнічастини обмотки в пазах — текстолітовими клинами. Для підвищення електричної імеханічної міцності якір просочують в лаку вакуумно-нагрівальним способом.
При обертанніколектора змінюється напрям струму в провідниках обмотки якоря при їх переходіпід головні полюси різній полярності. Колектор набирають з мідних клиновиднихпластин, в шліци яких упаюють кінці якірних катушок. Нижня частина пластини маєформу ластівчина хвоста, завдяки чому пластини затискаються між втулкоюколектора 11 і нажимним конусом 9. Втулка колектора і нажимний конус стягуютьсявісьма болтами, що міцно утримує пластини. Для ізоляції пластин один від одноговикористовують міканіт колектора. Його зносостійкість вище за мідь, томуізоляцію між пластинами продорожувають на глибину 0,8...1,5 мм
Умови роботиколектора дуже важкі, він піддається великим механічним і електричнимнавантаженням. За рахунок проходження великих струмів і тертя щіток на йогоповерхні виділяється багато тепла. Це, а також наявність відкритих, щознаходяться під високою напругою, деталей апарату (пластини, щітки, щіткотримачі)щітковогоколектора, близько розташована «земля» (наприклад, остов двигуна або валякоря), можливе іскріння під щітками викликають іонізацію повітря навкругиколектора. Подібне вимагає інтенсивної вентиляції.
2.5 Вентиляціядвигуна
Неприпустимийнагрів двигуна приводить до втрат електроенергії і потужності, погіршує роботуелектричної машини. На електропоїздах застосовується система самовентиляціїтягових двигунів. Повітря засмоктується вентилятором двигуна через спеціальніжалюзі на даху вагона (окрім електропоїздів серії ЕД). Далі повітря проходитьчерез очисні фільтри, відстійні камери і по вентиляційних каналах, гнучкимпатрубкам підводиться до двигуна. Через двигун він проходить двома потоками:один охолоджує зовнішні поверхні якоря і полюсів, другий потрапляє у вентиляційніканали сердечника якоря і охолоджує сердечник зсередини. Потім через канали внажимній шайбі повітря поступає до лопаток вентилятора і викидається назовнічерез вентиляційні сітки.
На електропоїздахЕД2Т потужність двигунів збільшена, що зажадало більш інтенсивного обдува, атрадиційні вертикальні вентиляційні канали виявилися малі. Щоб їх збільшити,потрібно було б перепланувати пасажирське приміщення. Тому жалюзі для огорожіповітря встановили в нижній частині бічної стіни кузова.
2.6Щіткотримачі і підшипникові щити
Щіткотримач єструмопровідним вузлом. Його встановлюють на ізольованому пластмасовомукронштейні, який кріпиться до внутрішньої торцевої стіни остову. Щіткотримачскладається з корпусу з гніздами для щіток і нажимних пружинних пристроїв.Кронштейн виготовлений з пластмаси АГ-4В. В нього армовані сталеві втулки зрізьбленням для кріплення двома болтами до остову. З'єднання кронштейна зкорпусом щіткотримача виконано у вигляді рифленої гребінки для запобіганнязсуву щіткотримача. Отвір під болт, що кріпить щіткотримач до кронштейна, маєовальну форму, що дозволяє регулювати зазор між колектором і щіткотримачем.
Нажимний пристрійскладається з нажимного пальця і пружини. Воно зібрано на осі, яку закріплюютьшплінтом в отворі корпусу щіткотримача. Гвинтова пружина підтримує постійненатиснення на щітку у міру її зносу. У відтягнутому положенні нажимний палецьфіксують, що полегшує зміну щіток. Щоб струм не проходив по сталевих пружинахщіткотримача, не нагрівав їх, щітки, встановлені у вікна, сполучають з корпусоммідними шунтами.
Підшипникові щити8 і 26 закривають торцеву горловину остову. Діаметр посадочних поверхонь щитівстрого відповідає діаметру посадочної поверхні горловини остову, щити щільноприганяють і укріплюють болтами. На підшипникових щитах є камери для мастилапідшипників, кришки, що закривають ці камери, 7 і 28, ущільнюючі лабіринтовіпристрої.
В двигунахзастосовують однорядні підшипники з циліндровими роликами. Вони повиннівитримувати великі динамічні навантаження. Зовнішні кільця встановлюють в кублапідшипникових щитів, внутрішні насаджують на вал в гарячому стані. Лабіринтовіканави на щитах не дозволяють мастилу проникати всередину двигуна. Зовнішнікільця обох підшипників закриваються кришками. З боку колектора двигун не маєвиступаючого валу, тому кришку виготовляють глухій, лабіринтові ущільненнявідсутні. Глуха кришка перешкоджає витіканню мастила.
Кришка 28 напротилежній стороні має отвір для виходу валу якоря. На її внутрішній поверхніпроточені кільцеві канави (лабіринтові ущільнення). Для запресовки мастила впідшипники є патрубки, закриті пробками з різьбленням. Підшипники заповнюютьконсистентним мастилом ЖРО на 2/3 об'єму підшипникової камери.
До якості мастилапред'являють підвищені вимоги: не допускаються навіть сліди бруду, оскільки цеможе привести до зносу кілець, роликів і виходу їх з ладу. Через нестачумастила в підшипниках виникає підвищений нагрів, міняється твердість металудеталей підшипника і наступає руйнування підшипника. Це звичайно приводить дозаклинювання валу якоря після охолодження.
Надлишок мастилатеж шкідливий, оскільки приводить до нагріву підшипника, розрідження мастила,видавлювання її через лабіринтові ущільнення і попадання на електричні частинидвигуна.Технічні дані тягових двигунів приведені в таблиці 2.1
Таблиця2.1 – Технічні дані тягових двигунів УРТ-110Б 1ДТ.003.4У1 1ДТ.003.5У1
Номінальна Напруга, В 1500 750 750 Потужність, кВт 200 225 235 Струм, А 146 330 345
Кількість полюсів
головних
добавочних
4
4
4
4
4
4 Збудження Послідовне, 50% Послідовне, 20% Послідовне, 20%
Частота обертання,
об/хв 1145 1290 1250 Марка щіток ЭГ-2А ЭГ-2А або ЭГ-61А ЭГ-2А або ЭГ-61А Розміри щіток 10 * 40 * 50 10 * 40 * 50 10 * 40 * 50 Натиснення на
щітку в межах, Н
ЭГ-2А
ЭГ-61А
18…22
18…22
22…24
25…27
22…24
25…27
3. Перевіряльний розрахунок потужностіелектродвигунів
Потужність двигуна повинна бути такою, щоб він працював заможливістю при температурі, близької до допустимої для застосованої в ньомуізоляції.
Характеризуючи потужність електродвигуна і електричної машинив цілому, необхідно розділяти такі категорії потужності: номінальну тривалу,короткочасну, миттєву перенавантажувальну або відключаючу.
У відповідності з вимогами нагріву двигунів виділяють триосновні режими їх роботи: тривалий, повторно-короткочасний та короткочасний.
Тривалий режим. Робочий період настільки великий, щотемпература двигуна досягає свого усталеного значення, наприклад у двигунівтривало працюючих насосів, компресорів, вентиляторів і т. ін., в яких періодироботи вимірюються годинами.
Повторно-короткочасний режим. За час роботи двигун не встигаєнагрітися до усталеної температури, а за час паузи, коли він відключений відмережі, охолодитися до температури навколишнього середовища.
Короткочасний режим. За час роботи двигун не встигаєнагрітися до усталеної температури, а за час паузи він охолоджується дотемператури навколишнього середовища.
Розрахунок будемо вести для повторно-короткочасного режимуроботи, який більше всього характеризує рух приміського залізничноготранспорту, з його частими пусками та зупинками, за допомогою метода середніхвтрат.
Для розрахунку потужності двигуна змоделюємо за допомогою ЕОМрух електропоїзду у вигляді графіків навантаження для кожної з чотирьох позиційРК (рисунок 3.1 – 3.4), заданих у вигляді: />.
Вихідні дані:
Рухомий склад… ЕР2
Напруга контактної мережі...............................................................3300 В
Уставка РУС............................................................375 А
Діаметр колеса.............................................................................1050мм
Довжина та профіль ділянки.................................................3 км, 0/00
Середні втрати потужності в двигуні /> за час циклу виражаютьсярівнянням:
/> (3.1)
де /> — середні втрати потужності вдвигуні за час циклу роботи, кВт; />, /> — середні втрати потужності вдвигуні за час пуску /> та гальмування />, кВт;
/> — втрати потужності в двигуні зачас роботи /> зусталеною швидкістю, кВт.
Втрати потужності в двигуні за час роботи з усталеноючастотою обертання /> визначаються з урахуванням к.к.д.двигуна:
/> (3.2)
/> (3.3)
/> (3.4)
де /> — номінальні сталі втратипотужності в двигуні, кВт, які включають в себе потужність, витрачаєму навентиляцію, тертя в підшипниках та щіток по колектору, гістерезис та вихровіструми в сталі;
/> — номінальні змінні втратипотужності в двигуні, які включають в себе втрати в міді в обмотках якоря,враховуючи послідовні обмотки збудження у двигунів постійного струму,
/> - відношення постійних втрат вдвигуні до змінних при номінальному навантаженні (для двигунів послідовногозбудження />=0,7).
Втрати потужності при заданому навантаженні та частотіобертання, близької до номінальної, дорівнюють:
/> (3.5)
де /> — середньоквадратичний струм вчастках номінального за час роботи на усталеній швидкості.
Середні втрати потужності при пуску /> та гальмуванні />:
/> (3.6)
/> (3.7)
де />, /> - часткові значенняеквівалентного струму при пуску та гальмуванні;
/> — коефіцієнт, враховуючий середністалі втрати потужності в процесі пуску або гальмування в частках /> (для двигунівпослідовного збудження />= 0,5).
Використовуючи формули (3.1) – (3.7) розрахуємо середні втратипотужності, Вт, для 1-ї позиції РК:
/>;
/>;
/>
/>
/>
/>
/>
Бачимо, що середні втрати потужності /> на першій позиції РК неперевищують номінальних втрат потужності />, тобто />= 5870 Вт = 16800 Вт і двигунпрацює при температурі, що задовольняє допустимій для застосованої в ньомуізоляції.
Також розрахуємо середні втрати потужності для 2-ї, 3-ї та4-ї позицій РК:
2-га позиція />= 10515 Вт, і />= 10515 Вт = 16800 Вт;
3-тя позиція />= 12615 Вт, і />= 12615 Вт = 16800 Вт;
4-та позиція />= 14860 Вт, і />= 14860 Вт = 16800 Вт.
Таким чином, на всіх чотирьох позиціях РК двигуни обраногорухомого складу працюють, задовольняючи умовам нагріву.
4. Силові ланцюги моторного вагонуелектропоїзда ЭР2
4.1 Принципдії
Схема забезпечує реостатний пуск двигунів, їхперемикання в процесі пуску з послідовного з'єднання на послідовно-паралельне.На кожному з них можна застосувати ослаблення збудження для збільшенняшвидкості потягу.
Електричнаапаратура моторного вагону передбачає реверсування тягових двигунів (змінанапряму обертання якорів). Реверсор — це пристрій, який змінює напрямпроходження струму по обмоткам збудження.
Від короткихзамикань схему тягових двигунів захищає швидкодійний вимикач БВ, доповненийдиференціальним захистом (диференціальним реле ДР), від перевантажень ібоксовання колісних пар — реле РП1, РП2 і РБ1, РБ2 (малюнок 4.1). Для захистувід атмосферних і комутаційних перенапружень служать розрядники РВР1 і РВР2.При опущеному струмоприймачі головним розєднувачем ГР заземляють силову схемуна час оглядів і ремонтів. Лінійний здвоєний контактор ЛК1-2 здійснюєоперативне включення і виключення ланцюга. Мостовий контактор М і контакторипослідовно-паралельного з'єднання П1-2 перемикають двигуни з одного з'єднанняна інше. Контактори Ш1 і Ш2 підключають шунтуючі ланцюги до обмоток збудженнядля збільшення швидкості руху.
Реле напруги РН здодатковим резистором Р32-РЗЗ під'єднується під напругу контактної сіті черезвисоковольтний запобіжник ВП. Воно контролює підняте положення струмоприймача інаявність напруги в сіті. Через запобіжник ВП живиться також система опалювання(контактори МК1 і МК5), контактор МК2 подає високу напругу через міжвагонні з'єднанняна причіпний вагон. Лічильник Сч з додатковим резистором R38-R39 фіксуєвитрачену електричну енергію. Фільтр ДрФ-ФК призначений для придушеннярадіоперешкод, неминучих під час роботи електропоїзда.
Реостатнийконтроллер РК є апаратом управління тяговими двигунами. Кулачковий вал РК має18 позицій. Переходячи з позиції на позицію, реостатний контроллер зменшує опірпускових резисторів в ланцюзі тягових двигунів (див. таблицю замикання йогоконтакторів на додатку). У контроллера є 12 силових кулачкових контакторів.Контактори 1...10 забезпечують реостатний пуск, 11 і 12 регулюють збудженнядвигунів.
На маневровомуположенні реостатний контроллер кожного вагона нерухомий, його вал знаходитьсяв першій позиції. В ланцюг двигунів повністю введені пускові резистори R1...R5і R10...R6. В положенні 1 реостатний контролер під контролем реле прискорення проходитьвісім позицій і зупиняється в дев'ятій. При цьому з ланцюга тягових двигунів,сполучених послідовно, пускові резистори будуть виведені. Двигуни працюють наприродній безреостатній характеристиці з повним збудженням.
При установцірукоятки в положення 2 кулачковий вал РК повертається в позицію 11, включаютьсяконтактори Ш1, Ш2, і до обмоток збудження під'єднуються шунтуючі ланцюги, черезякі починає протікати половина струму, який проходив раніше через обмоткизбудження. Швидкість потягу збільшується.
Положення 3рукоятки контроллера машиніста відповідає позиції 16 валу РК. Тягові двигунипри цьому сполучені послідовно-паралельно. В положенні 4 вал РК досягає своєїостанній 18-й позиції. Двигуни працюють з ослабленим збудженням (як і напозиції 11).
4.2 Положення контролерамашиніста
4.2.1Маневрове положення
Якщовимагається рухатися з якнайменшою швидкістю (наприклад, при маневровихпересуваннях), рукоятку контроллера машиніста короткочасно встановлюють в данеположення. При цьому включаються лінійні контактори ЛК1-2, мостовий контакторМ. Вал РК знаходиться на першій позиції, його контактори 7, 8, 11, 12 замкнуті.Збирається ланцюг з чотирьох послідовно сполучених двигунів з повністювведеними пусковими резисторами (на рис. 4.1 вона показана жирною лінією ізстрілками).
Ланцюг живленнядвигунів: струмоприймач, індуктивний фільтр ФД, головний розєднувач ГР, першакатушка диференціального реле ДР, швидкодійний вимикач БВ, здвоєний лінійнийконтактор ЛК1-2, катушка реле перевантаження РП1, обмотки якорів Ml, М2,контакти реверсора В1 (якщо він знаходиться в положенні «Вперед»),обмотки збудження С1-С2, С2-С1, контакти реверсора ВЗ, контактор реостатногоконтроллера 7, резистори R1...R5, мостовий контактор М, резистори R10...R6,контактор реостатного контроллера 8, обмотки якорів МЗ, М4, контакти реверсораВ5, обмотки збудження С1-С2, С2-С1, контакти реверсора В7, силова катушка релеприскорення РУ, шунт амперметра, друга катушка диференціального реле ДР,струмова обмотка лічильника, заземляючий пристрій ЗУ на осях колісних пар.Показаний зібраний замкнутий ланцюг тягових двигунів, якорі приходять вобертання з мінімальною швидкістю.
4.2.2 Перше ходове положення
В цьому положенніпочинає обертатися вал РК. Переходячи з позиції на позицію, він послідовнозамикає свої контактори 1...10 і виводить пускові резистори. Так, на другійпозиції включається контактор 1 і виводить резистор R1-R2, на третій позиціївключається контактор 2 і закорочує резистор R6-R7 і т.д. На останній,дев'ятій, позиції замкнуться контактори 9 і 10 і повністю виведуть пусковірезистори.
Нагадаємо, що призбільшенні частоти обертання якоря тягового двигуна струм знижується. Як тількивін досягне 175 А, реле прискорення дозволить валу РК обернутися в наступнупозицію і вивести черговий резистор.
Не дивлячись нате, що при виводі резисторів кидки струму складають приблизно 175...210 А, цене викликає помітних поштовхів тягових зусиль, розгін потягу відбуваєтьсядостатньо плавно.
4.2.3 Друге ходове положення
Для подальшогозбільшення швидкості потягу рукоятку встановлюють в друге положення. При цьомувал РК переходить спочатку на позицію 10, а потім на позицію 11 і фіксується.Включаються контактори Ш1 і Ш2, які замикають ланцюги шунтування обмотокзбудження. На позиції 10 збудження ослабляється на 33%. На позиції 11 резисториR11-R12 і R13-R14 закорочуються контакторами реостатного контроллера 11 і 12.Відбувається більш глибоке ослаблення збудження до 50%, що приводить дозбільшення струму якорів, тягового зусилля і швидкості потягу.
4.2.4 Третє ходове положення
В цьому положеннітягові двигуни переєднуються з послідовного з'єднання на послідовно-паралельне,напруга на них підвищується в 2 рази. Частота обертання якоря, як відомо,залежить від прикладеної напруги. Вал РК повертається спочатку на позицію 12 івключає контактори П1 і П2. Вони під'єднують до кожної пари двигунів пусковірезистори R5...R1 і R6...R10. При цьому через мостовий контактор М протікаєструм двигунів: обмотки двигунів Ml, M2, контактор М, обмотки двигунів МЗ, М4, «земля».Стрічно йому протікає струм через пускові резистори: контактор Ш, резисториР6… Р10, контактор М, резистори R5...R1, контактор П2, «земля».Теоретично ці струми приблизно рівні і складають близько 170 А.
В результатітягові двигуни виявляються сполученими в дві паралельні групи: перша — релеперевантаження РП1, двигуни 1, 2, контактор РК9, резистори R5...R1, контакторП2, «земля»; друга — реле перевантаження РП2, контактор П1, резисториR5...R10, двигуни 3, 4, катушка РУ, «земля». Після виведення пусковихрезисторів і досягнення реостатним контроллером позиції 16 напруга на кожномудвигуні стає рівною 1500 В, тобто в двічі більше, ніж при послідовномуз'єднанні. На позиції 16 реостатний контроллер зафіксує. Помітимо, що вивідпускових резисторів в цьому випадку відбувається швидше, ніж при послідовномуз'єднанні. На кожній позиції резистори виводяться не поодинці, а попарно зкожної групи двигунів. Необхідно відзначити також, що перехід на паралельнез'єднання відбувається при включених контакторах Ш1 і Ш2, які розмикаються напозиції 13.
4.2.5 Четверте ходове положення
В цьомуположенні вал РК переходить спочатку в позицію 17, а потім — в позицію 18.Замикаються контактори Ш1 і Ш2, утворюється перший ступінь ослабіння збудження(33%). Потім за допомогою контакторів реостатного контроллера 11 і 12досягається другий ступінь ослабіння збудження (до 50%). Дані процесипротікають так само, як і на послідовному з'єднанні в другому положенніголовної рукоятки. На позиції 18 реостатного контроллера реалізуєтьсямаксимальна швидкість електропоїзда.
Якщо підчас пуску короткочасно встановити головну рукоятку в положення 1 і повернути вположення М, то реостатні контроллери на всіх вагонах потягу зупиняться на тихпозиціях, яких вони досягли у цей момент. Таким прийомом іноді користуються прирозгоні потягу на брудних рейках, коли відбувається часте боксовання коліснихпар.
При скиданніголовної рукоятки на нуль відключаються лінійні контактори ЛК1-2, контактор М(або П1-2) і розбирається силова схема двигунів. При знеструмленому ланцюзі валреостатного контроллера з будь-якої позиції автоматично доходить до останньоїпозиції 18 і встановлюється у вихідну позицію 1, підготувавши схему донаступного пуску.
4.3Високовольтна схема допоміжних машин
Допоміжні машини розташованіна причіпних (головних) вагонах електропоїзда, система опалювання — на кожномувагоні. На моторному вагоні електричні печі ЕП пасажирського приміщення ікалорифери ЭК1… ЭК3 одержують живлення через високовольтний запобіжник ВП,катушку реле перевантаження опалювання РПО і контактори МК1 і МК5. Длявключення великої групи калориферів служить електромагнітний контактор МК1;печі і мала група калориферів включаються контактором МК5. До допоміжнихланцюгів також відноситься лічильник Сч з додатковим резистором R38 — R39 іреле напруги РН з додатковим резистором R32 — RЗЗ. Від кожного моторного вагоначерез високовольтні міжвагонні з'єднання запитуються допоміжні ланцюгисусіднього причіпного вагона. Напруга на високовольтні розетки РСБ подається контакторомМК2. Через штепселі ШС причіпних вагонів живлення поступає на двигунидинамотора (дільника напруги) Д і компресора К, на печі ЭП і калорифериЭК1… ЭК3.
На рисунку 4.2приведена високовольтна схема головного вагона. Динамотор (дільник напруги) одержуєживлення від контактора МК1 через реле перевантаження РПД, одна секція якогозакорочена тепловим реле ТР1, і демпферний резистор R80-R81. Його незалежнанизьковольтна обмотка збудження Н-НН, що створює основний робочий магнітнийпотік, живиться від ланцюга управління.
Від середньоїточки дільника напруги С1 через демпфер Р82-Р84, контактор МК2, релеперевантаження РПК і теплове реле ТР2 одержує живлення двигун компресора.
Допоміжні машинизахищені від перевантажень і коротких замикань за допомогою реле перевантаженьРПД і РПК і контакторів МК1 і МК2. Проте реле РПД і РПК не захищають допоміжнімашини від тривалих струмів перевантаження, що не перевищують уставок реле.Тому захист доповнений тепловими реле ТР1 і ТР2. Їх контакти при нагріваннірозмикаються і вводять в роботу другі секції катушок реле РПД і РПК. Ціпристрої відновлюють натисненням кнопки «Возврат реле».
/>
Рисунок 4.2 — Високовольтна схема допоміжних машин
5.Тиристорний імпульснийперетворювач ТІП
5.1 Принципова схема ТІП
Плавнерегулювання швидкості руху електропоїзда виконується тиристорним регуляторомструму із широтно-імпульсною модуляцією. Прийнята частота регулювання 400 Гцвиходить за межі використовуваних частот у системах автоблокування і частотноїАЛСН.
Проектуваннютиристорного регулятора передували наукові дослідження, що показали, щопроблема забезпечення широкого діапазону зміни коефіцієнта ослаблення порушеннявід 0,85 до 0,2 при широтно-імпульсній модуляції на підвищеній частоті 400 Гцзважується досить задовільно за допомогою комбінованого регулятора із загальнимвузлом запирання тиристорів. З урахуванням результатів цих досліджень дляелектропоїзда ЕР2 розроблений спеціальний комбінований широтно-імпульснийрегулятор збудження тягових двигунів. Регулятор є універсальним, тому що йоговикористовують у схемі силових ланцюгів моторного вагона ЕР2 не тільки длярегулювання збудження тягових двигунів, але і для міжступенчатого регулюванняопору пуско-гальмівного реостата при пуску й електричному гальмуванні.
Універсальнийтиристорний імпульсний перетворювач (ТІП) має головний тиристор VS1 (рисунок5.1) допоміжний тиристор VS2 і комутуючі тиристори VS3 і VS4. При ослабленні збудженняв режимі тяги тиристор VS1 включений послідовно з обмоткою збудження OВтягового двигуна, що шунтується резистором Rш і дроселем Lш. Тиристор VS2включений паралельно обмотці збудження OВ и тиристору VS1. Між катодамитиристорів VS1 і VS2 підключений ланцюжок, що складається з коммутирующихтиристорів VS3 і VS4, що по черзі забезпечують перезаряд комутуючогоконденсатора Ск.
Розрізняютьчотири стадії роботи перетворювача протягом одного періоду регулювання, рівного2,5 мс (при частоті 400 Гц).
5.2 Стадії роботи ТІП протягом одного періоду регулювання
5.2.1 Перша стадія
Відмикаютьсятиристор VS1 і тиристор VS3. Перед цим тиристор VS2 був відкритий, аконденсатор Ск був заряджений полярністю, показаної на рис. 5.1 у дужках.Відмикання тиристорів VS1 і VS3 приводить до того, що до тиристора VS2прикладається в зворотному напрямку напруга конденсатора Ск і тиристор VS2запирається. Одночасно конденсатор Ск перезаряджається, тобто спочаткурозряджається через Lш і Rш, а потім заряджається зворотною полярністю, що будепотрібно надалі для запирання тиристора VS1.
Взалежності від схеми підключення тиристорів до обмоток збудження тяговихдвигунів тиристорні регулятори розділяють на послідовні, паралельні ікомбіновані. У комбінованого регулятора тиристори підключені послідовно іпаралельно до обмоток збудження… Тривалість перехідних процесів на першійстадії регулювання, тобто комутаційного інтервалу tit забезпечуючого запираннятиристорів і перезаряд комутуючого конденсатора, дорівнює 0,2 — 0,25 мс і складаєблизько 0,1 періоду регулювання.
5.2.2 Друга стадія
ТиристорVS1 відкритий. Струм обмотки якоря протікає по обмотці збудження OВ и пошунтуючому ланцюжку Rш і Lш. Йде наростання струму ів. Тривалість другої стадії(t2) визначається часом відкритого стану тиристора VS1.
/>Рисунок5.1 Принципова схема ТІП
5.2.3 Третя стадія
Відмикаютьсятиристори VS2 і VS4. Струм обмотки якоря переходить з тиристора VS1 на тиристорVS2. Тиристор VS1 защіпається, тому що до нього прикладається зворотна напругана конденсаторі Ск. Одночасно відбувається перезаряд конденсатора Ск, що зновуздобуває полярність, показану на рисункі 5.1.
Черезте, що напрямок струму розряду коммутирующего конденсатора Ск на цій стадіїзбігається з напрямком струму порушення ів, останній трохи підвищується.Тривалість третьої стадії регулювання (t3) визначається, як і першої, часомперехідних процесів у ланцюзі конденсатора Ск.
5.2.4 Четверта стадія
ТиристорVS2 відкритий. Струм обмотки якоря протікає по ланцюзі цього тиристора, щошунтирует обмотку збудження 0В. Струм обмотки збудження ів замикається через Lші Rш і тому інтенсивно зменшується. Напруга конденсатора Ск, отримане напопередній стадії, залишається незмінним, тому що комутуючі тиристори закриті.Тривалість четвертої стадії регулювання (t4)β визначається часомвідкритого стану тиристораVS2.
Утяговому режимі коефіцієнт ослаблення порушення тягових двигунів βзалежить від того, наскільки знижується струм на четвертій стадії регулювання,а також залежить від відносної тривалості відкритого стану чи регуляторакоефіцієнта заповнення імпульсів γ=tи/T, що у розглянутому режимі виражаєчастку часу відкритого стану допоміжного тиристора протягом усього періодурегулювання:
γ=(t3 + t4 )/(t1 + t2+ t3 +t4 ) ( 5.1)
Збільшуючичас t1 і відповідно зменшуючи час t2 при Т — 2,5 мс, на моторному вагоні ЕР2практично здійснюють ослабленим збудженням.
Урежимі міжступінчатого регулювання опору пуско-гальмівного реостата, а також урежимі регулювання збудження тягових двигунів при електричному гальмуванні увизначається часом відкритого стану головних тиристорів.
Підтримкаструму тягових двигунів на його середньому рівні, що відповідає току уставки (умежах між найбільшим і найменшим значеннями), виконують шляхом зміникоефіцієнта заповнення імпульсів у від найменшого значення (при малій швидкостіелектропоїзда) до найбільшого (при високій швидкості). Функцію автоматичноїзміни внесе система автоматичного регулювання САР.
Покикоефіцієнт заповнення імпульсів у зберігається менш 0,5, САР видає імпульсикерування на початку кожного періоду регулювання:
— на головні тиристори VS1 і комутуючі тиристори перезаряду VS3 (у режиміміжступінчатого імпульсного регулювання реостата при тязі й електричномугальмуванні й у режимі регулювання збудження двигунів при електричномугальмуванні);
— на допоміжні тиристори VS2 і комутуючі тиристори гасіння VS4 (у режимірегулювання збудження двигунів при тязі).
Імпульсикерування на закривання тиристорів САР видає в ті моменти, коли струм двигунівперевищує уставку на 5% (контролюється найбільше значення струму двигунівіmax). Ці імпульси подаються:
— на допоміжні тиристори VS2 і комутуючі тиристори гасіння VS4 у режиміміжступінчатого регулювання реостата при пуску й електричному гальмуванні й урежимі регулювання збудження при електричному гальмуванні;
— на головні тиристори VS1 і комутуючі тиристори перезаряду VS3 у режимірегулювання збудження двигунів у тязі.
Зазначенапослідовність роботи елементів регулятора передбачена лише на початкурегулювання і не може зберігатися при коефіцієнті заповнення імпульсів у, щодостигли значення 0,5 чи більш, тому що через зросле часу відкритого станутиристорів при малому часі періоду (високій частоті регулювання) не виключенийпропуск окремих періодів регулювання. Такий пропуск означав би небажанийперехід системи регулювання в релейно-частотний режим. Щоб уникнути цього, коликоефіцієнт заповнення імпульсів у досягає значення 0,5, передбачена зміналогічної структури керування (зміна структури), що полягає в тім, що на початкукожного періоду імпульси керування подаються на ті елементи системи, що їходержували раніше, коли струм двигунів досягав ішах. А елементи системи, щоодержували раніше імпульси керування на початку періоду регулювання, тепер,після зміни структури, одержують імпульси керування, коли струм двигунівдосягне значення менше уставки на 5% (контролюється мінімальне значення струмудвигунів іmin.
6.Силова схема моторного вагону модернізованого електропотягу ЕР2
електропоїздексплуатація моторний вагон
6.1 Загальнахарактеристика
В силовий ланцюгмоторного вагона входять струмоприймач, пристрій захисту від радіоперешкод,розрядники, апарати захисту, тягові двигуни і ряд спеціальних апаратів. З їхдопомогою здійснюється з'єднання пускогальмівних резисторів і тягових двигунівз контактною сіттю і рейками, змінюють напрям обертання якорів двигунів,регулюють струм збудження, виводять резистори, перемикають тягові двигуни зрежиму тяги в режим електричного гальмування і назад.
Електрична схемаелектропоїзда забезпечує автоматичний пуск тягових двигунів при управлінніконтроллером машиніста. вихід двигунів на природну безреостатну характеристику.перехід в гальмівний режим з автоматичною підтримкою гальмівного струму якорівтягових двигунів. Режим рекуперації діє з максимальної швидкості до швидкості50...45 км/ч. Потім схема автоматично переходить на реостатне гальмування зсамозбудженням тягових двигунів до швидкості 15… 10 км/ч. Після цьогозастосовують електропневматичне догальмування малим ступенем тиску в гальмівнихциліндрах.
Тягові двигуниодержують живлення від контактної сіті через струмоприймачі ПК, Г-образнийфільтр, що складається з дроселя ДрФ і конденсатора С1, знижуючого рівеньрадіоперешкод, створюваних під час роботи електропоїзда. Розрядники Рр1 і Рр2захищають силову схему від атмосферних і комутаційних перенапружень. Перший зних, приєднаний до струмоприймача, сприймає основне навантаження, а другий,включений паралельно першому після фільтра, гасить залишкові перенапруження наконденсаторі С1 і полегшує роботу першого розрядника. Після проходження хвиліперенапруження апарати повертаються в початковий стан. Головний розєднувач ГРпризначений для відключення силових ланцюгів тягових двигунів і високовольтнихланцюгів допоміжних машин від струмоприймача і їх заземлення під час огляду аборемонту. Крім того, в заземленому положенні ножа через резистори R22 опором 102кОм розряджається конденсатор фільтра Cl.
Швидкодійнийвимикач БВ служить для відключення ланцюгів тягових двигунів в аварійнихситуаціях і працює тільки в режимі тяги. В режимі рекуперації струм силовоголанцюга має протилежний напрям, тому зростаючий струм розмагнічуючих витків БВпри короткому замиканні викличе зворотний ефект: відбудеться посиленнямагнітного потоку утримуючої катушки, і вимикач не спрацює.
Дві катушкидиференціального реле ДР1 і ДР2, введені в силовий ланцюг послідовно зпервинними обмотками диференціюючого трансформатора ТРД на початку і кінцісхеми, підвищують чутливість спрацьовування БВ при значно менших струмахкороткого замикання (так званих неповних коротких замиканнях).
Силові контакториЛК, ЛКТ, Т і Ш служать для оперативного включення або відключення живленнятягових двигунів: через контактори ЛК і ЛКТ струм проходить в режимах тяги ірекуперації, через контактор Т — в режимі реостатного гальмування. Контактор Шпідключає шунтуючий ланцюг, що складається з індуктивного шунта ИШ і резисторівR10...R15, паралельно обмоткам збудження двигунів в тязі. В режимі реостатногогальмування з самозбудженням через контактор Ш замикається струм тяговихдвигунів.
Реверсорпризначений для зміни напряму струму в обмотках збудження (для зміни напрямуобертання якоря). В положенні «Вперед» замкнуті його силові контактиВ1 і В2, в положенні «Назад» — HI і Н2. Гальмівний перемикачпереводить схему тягових двигунів з режиму тяги в режим електричногогальмування. В положенні «Тяга» (або «Хід») замкнуті йогопарні контакти ТП2… ТП12 і ТП9, в положенні «Гальмо» замкнутінепарні контакти ТП1… ЛТП 1.
Діоди VD54...VD57необхідні для пропускання струму в режимі рекуперативного гальмування. ДіодиVD30...VD40 разом з тиристором VS9 і контактом гальмівного перемикача ТП9утворюють шунтуючий ланцюг, який використовується короткочасно в моментивідключення тяги. Через неї замикаються струми самоіндукції, що виникають вобмотках збудження тягових двигунів. Завдяки цьому ланцюгу в моментивідключення тяги зменшуються комутаційні перенапруження на колекторах тяговихдвигунів і покращуються умови дугогашення лінійних контакторів ЛК і ЛКТ.Дільник напруги на резисторах R71, R73, стабілітрон ПП2 і конденсатор С15створюють умови для відкриття тиристора VS9 хвилею перенапруження. Післязакінчення перехідного процесу при відключенні тягових двигунів тиристор VS9закривається і запобігає протіканню струмів що викликаються ЕДС самоіндукції.
Основним апаратомуправління тяговими двигунами є реостатний контроллер РК. В процесі розгонупотягу він зменшує опір пускових резисторів і збільшує ступінь ослабіннязбудження двигунів. Кулачковий вал реостатного контроллера РК має 20 позицій(див. таблицю замикання його контакторів на додатку.). Перші 14 позицій єпозиціями реостатного пуску, останні 6 позицій служать для зміни ступеня(коефіцієнта) збудження двигунів.
Реостатнийконтроллер має 17 силових кулачкових контакторів. Контактори 7… 9забезпечують вивід резисторів R1 ...R9, контактори 10...15 виводять резисторишунтуючого ланцюга R10...R14. Контактори 16 і 17 потрібні для електричногогальмування: один з них сполучає якорі з обмотками збудження, другий закорочуєіндуктивний шунт при реостатному гальмуванні з самозбудженням. Вивід резисторівR10...R14 труднощів не представляє, вивід пускових резисторів R1...R9 детальнопоказаний по кожній позиції на рис. 5.1...5.5.
Для захистуланцюгів від можливих перенапружень тягових двигунів в режимі рекупераціїпередбачено герконове реле максимальної напруги Э5-РМН. При напрузі вконтактній сіті 3950В воно спрацьовує і перемикає схему рекуперації нареостатне гальмування (при незалежному збудженні, що продовжується).Аналогічний пристрій — реле напруги Э6-РН — також контролює рівень напруги вконтактній сіті. У разі зняття напруги або його неприпустимому зниженні релевідключає лінійні контактори (відключає тягу).
Для облікувитрати електроенергії в режимі тяги і рекуперації є лічильники Wh 1 і Wh2.Прилади електровимірювань і реле напруги приєднані через обмежуючі резисториR27...R29, R17, R61...R63.
Перерахуємоможливості існуючої електричної схеми:
— зміна напрямуруху електропоїзда;
— автоматичнийпуск тягових двигунів і режим електричного гальмування;
-дотормаживаниеелектропневматичним гальмом всіх вагонів потягу від швидкості 15 км/ч до повноїзупинки;
— включенняелектропневматичного гальмування на окремій секції у разі відмови електричногогальмування на моторному вагоні даної секції;
— змішане(комбіноване) рекуперативне або реостатне гальмування моторних вагонів зелектропневматичним гальмуванням причіпних вагонів;
— електропневматичне гальмування на всіх вагонах (службове гальмування ЕПТ) післяустановки контроллера машиніста в гальмівне положення 5.
Схема забезпечуєколивання струму при пуску не більш ± 15% від середнього значення струму, припереходах з одного режиму на інший кидок струму не перевищує 150А. Середнійструм при гальмуванні з незалежним збудженням не повинен перевищувати 360А, апри самозбудженні — 480А. Крім того, можлива зміна уставки пускового струму, атакож — гальмівного струму при гальмуванні з самозбудженням на всіх вагонахпотягу.
В електричнійсхемі передбачені наступні види захистів;
— від короткихзамикань і перевантажень тягових двигунів:
— від пробою на«землю» ланцюга тягових двигунів;
- відкоротких замикань і перевантажень тягових двигунів в схемі
електричногогальмування;
— від атмосфернихі комутаційних перенапружень;
— від зниженняабо зняття напруги в контактній сіті;
— від надмірногопідвищення напруги сіті при рекуперації;
— від короткихзамикань у високовольтних і низьковольтних допоміжних ланцюгах і ланцюгахуправління;
/>
Рисунок 6.1 — Проходження струму по пуско-гальмівним резисторам на позиціях 1..3 реостатногоконтроллера
— від зворотнихструмів в ланцюзі двигуна перетворювача;
— відперевантажень і від рознесення перетворювача;
— від підвищенняі пониження напруги живлення ланцюгів 110 і 220В;
— відперевантажень трифазних асинхронних двигунів;
- відпідвищення напруги на випрямному мосту VS1 ...VS6 статичного
збудника;
— від боксованняі юза колісних пар;
— від розносногобоксовання колісних пар.
/>Рисунок 6.2 — Проходження струму на позиціях 4…6 РК
/>
Рисунок 6.3 — Проходження струму на позиціях 7...9 РК
6.2 Силовасхема в режимі тяги
Спрощена схема врежимі тяги приведена на рис. 6.6. Щоб зібрати замкнутий ланцюг через тяговідвигуни, треба завчасно відновити швидкодійний вимикач, розвернути реверсор внеобхідне положення (звичайно «Вперед»), розвернути гальмівнийперемикач в положення «Тяга» (замкнути його парні контакти ТП2, ТП6 іт.д.) і включити лінійні контактори ЛК і ЛКТ. Перед збором схеми кулачковий валреостатного контроллера повинен знаходитися у вихідній першій позиції, агальмівна магістраль заряджена стислим повітрям.
Управляютьроботою силової схеми за допомогою контроллера машиніста, на якому є однеманеврове і чотири ходових положення. Після установки головної рукоятки(штурвалу) контроллера в маневрове положення реверсор займає положення,відповідне положенню реверсивної рукоятки. Гальмівний перемикач повертається вположення тяги, включаються лінійніконтактори ЛК і ЛКТ. Кулачковий вал РК залишається на першій позиції, всіпускові резистори введені в ланцюг тягових двигунів.
/>Рисунок 6.6 — Спрощена силова схема в режимі тяги
Живлення тяговихдвигунів здійснюється по ланцюгу — струмоприймач, індуктивній місткості фільтрДрФ-С1, головний розєднувач ГР, швидкодійний вимикач БВ, катушкадиференціального реле ДР1, обмотка трансформатора ТрД, лінійний контактор ЛК,контактор гальмівного перемикача ТП2, пускові резистори R1, R4...R8, контакторЛКТ, обмотки якорів тягових двигунів М 1… М4, датчики струму якорів ДТЯ іДТЯ1, контактор гальмівного перемикача ТП6, контактор реверсора В1, обмоткизбудження двигунів Ml… М4, контактор реверсора В2, шунт амперметра A3,обмотка трансформатора ТрД, катушка диференціального реле ДР2, шунт амперметраAl. шунти лічильників Wh2 і Wh1. заземляюче пристрій ЗУ на осях колісних пар.Моторний вагон (потяг) приходить в рух з мінімальною швидкістю.
Після переводурукоятки контроллера в положення 1…4 кулачковий вал РК під контролем релеприскорення (блоку БРУ) автоматично перемикається на відповідні позиції.Відповідність положень рукоятки (штурвалу) контроллера машиніста позиціям РКприведено в таблиці 6.1.
Таблиця 6.1 — Відповідність положень контролера машиніста і позицій реостатного контроллераНайменування показників Положення рукоятки контролера М 1 2 3 4 Позиція РК 1 14 16 18 20 Пусковий опір, Ом 15,12 Коефіцієнт ослаблення збудження % 100 100 41,5 26,5 18
Після переводуштурвалу контроллера в положення 1 швидкість електропоїзда починаєзбільшуватися. При цьому кулачковий вал РК, переміщаючись з позиції на позиціюпід контролем блоку реле прискорення, виводить пускові резистори R1...R9 зланцюга тягових двигунів. На позиції 14 реостатний контроллер автоматичнофіксується, пускові резистори виведені повністю.
Величини пусковихрезисторів розраховані так, щоб при висновку ступенів опору кидки струму були бмінімальними, і забезпечувався плавний пуск. Крім того, при цьому застосованатак звана вернєрна схема (термін «верньєр» означає «пристрій, щодозволяє плавно змінювати параметри електричного ланцюга»). Така схемавиводу резисторів за рахунок їх послідовно-паралельного перезєднання дозволяєотримати більше число позицій при меншому числі контакторів РК і елементіврезисторів.
Після установкиштурвалу контроллера машиніста в положення 2 вал реостатного контроллерапереходить на 15-у, а потім на 16-у позицію і зупиняється. При цьомувключаються контактор Ш і контактор 10 реостатного контроллера. Створюєтьсяшунтуючий ланцюг, приєднаний паралельно обмоткам збудження: індуктивний шунтІШ, контактор Ш, резистори R10...R15. Це приводить до збільшення якірногоструму, тягового зусилля і швидкості електропоїзда. На позиції 16 включаєтьсяконтактор 11 реостатного контроллера, зменшуючи опір шунтуючого ланцюга.
Після переводуголовної рукоятки контроллера в положення 3, а потім в положення 4 відбуваєтьсясхідчастий вивід резисторів кулачковими контакторами RK: R11, R12 — в положенні3; R13, R14 — в положенні 4. Зниження опору шунтуючого ланцюга приводить домаксимального ослабіння збудження тягових двигунів і переходу на відповіднушвидкісну характеристику. Швидкість електропоїзда досягає найбільшого значення.
Відключення тягив положеннях 2...4 протікає в два прийоми: контактор Ш відключається відразу,викликаючи посилення збудження двигунів і зниження якірного струму, потім здеякою затримкою (приблизно 1,2 с) відключаються лінійні контактори ЛК і ЛКТ.Такий алгоритм полегшує умови роботи апарату щіткового колектора і дугогашіннялінійних контакторів. Як указувалося вище, велику роль при цьому грає контур«нульових» діодів VD30...VD40.
6.3 Силовасхема в режимі електричного гальмування
Кожного разу привідключенні тяги кулачковий вал гальмівного перемикача автоматичновстановлюється в гальмівне положення. При цьому замикаються його непарніконтактори, від'єднуються від якорів обмотки збудження тягових двигунів.Одночасно готуються гальмівні контури якірного струму і струму обмотокзбудження. При установці контроллера машиніста в гальмівне положення 3 або 2схема забезпечує рекуперативне гальмування з максимальної швидкостіелектропоїзда до швидкості 50...45 км/ч. Від контроллера машиніста включаютьсянаступні контактори: лінійний ЛК, лінійно-гальмівний ЛКТ, Ш, контактортрансформатора збудження KB, контактор обмоток збудження 0В.
Струм збудженнядвигунів протікає по ланцюгу: «плюсовий» вивід керованоготиристорного моста VS1...VS6, контактор 0В, контакт реверсора В1, обмоткизбудження М1… М4, контакт реверсора В2, шунт амперметра A3, контактор захистуКЗ, датчика струму збудження ДТВ, «мінусовій» вивід тиристорногомоста VS1...VS6.
Трифазна напругазмінного струму подається на керований міст VS1...VS6 (тиристорний статичнийперетворювач) від синхронного генератора через контактор KB і трансформаторзбудження ТрВ. Вона випрямляється, і в результаті обмотки збудження тяговихдвигунів живляться постійним струмом. В процесі гальмування електропоїзда струмобмоток збудження автоматично змінюється від нуля до максимума (250А).
Таким чином,тягові двигуни стали працювати як генератори з незалежним збудженням. Струм, щовиробляється ними, замикається по ланцюгу: якорі тягових двигунів М4… М1,контактор ЛКТ, контактор гальмівного перемикача ТП1, діоди VD57...VD54, контакторЛК, обмотка трансформатора ТрД, катушка диференціального реле ДР1, головніконтакти БВ, розєднувач ГР, індуктивний фільтр, струмоприймач, контактна сіть,тягова підстанція, рейки, заземляючі пристрої на осях колісних пар моторноговагона, шунт амперметра А1, катушка диференціального реле ДР2, обмоткатрансформатора ТрД, контактор захисту КЗ, індуктивний шунт ІШ, датчики струмуякорів ДТЯ1 і ДТЯ, якоря тягових двигунів М4… М1.
Швидкість потягупочинає знижуватися, одночасно будуть зменшуватися напруга і струм якорів,гальмівне зусилля. Щоб це не відбувалося, передбачили підвищення струмузбудження блоком автоматичного управління гальмуванням САУТ.
Після того, якструм збудження досягне максимального значення, (це відповідає швидкостіелектропоїзда приблизно 50...45 км/ч), рекуперативне гальмування стаєнеефективним, діоди VD57...VD54 закриваються, схема автоматично перемикаєтьсяна реостатне гальмування з самозбудженням. По сигналу датчика струму збудженняДТВ, контролюючого максимальний струм збудження, блок САУТ включає релесамозбудження РСВ, яке подає живлення на катушку контактора Т і примушує РКобернутися в позицію 2. В цьому положенні РК включає свій контактор 16 іобмотки збудження починають одержувати живлення від власних якорів. Контактор 17закорочує індуктивний шунт, який в режимі самозбудження не потрібен, оскільки вланцюзі якорів з'явилася своя індуктивність (обмотки збудження тяговихдвигунів). Крім того, реостатний контроллер відключає лінійний контактор ЛК.
В процесіпереходу блок САУТ виключається з роботи і перестає подавати управляючіімпульси на тиристори моста VS1...VS6. Міст закривається, відключаютьсяконтактори ОВ і КВ. Тепер струм якорів протікає по двох паралельних ланцюгах:
— перший — якорітягових двигунів М4… М1, контактор ЛКТ, пускогальмівні резистори R8...R4,контактор Т, контакт гальмівного перемикача ТПЗ, контактор Ш, контакторреостатного контроллера 16, контакт гальмівного перемикача ТП5, контактреверсора В1, обмотки збудження М1… М4, контакт реверсора В2, контакторзахисту КЗ, контакт гальмівного перемикача ТП7, контактор реостатногоконтроллера 17, датчики струму якорів ДТЯ1 і ДТЯ, якоря двигунів М4… М1;
— друга — контактор Т, резистори R24, R11...R15, шунт амперметра А2, контактор КЗ.
При подальшомузменшенні швидкості електропоїзда гальмівний струм продовжує автоматичнопідтримуватися на заданому рівні за рахунок виводу пускогальмівних резисторів.Вступає в роботу блок реле прискорення БРУ і, як в тязі, починаєтьсяперемикання реостатного контроллера до позиції 11. Резистори R8...R4 виводятьсяз ланцюга якорів. На позиції 11 при швидкості 15...10 км/ч автоматично починаєдіяти електропневматичне гальмування. Для зупинки потягу достатньо невеликоготиску в гальмівних циліндрах 0.8...1 ат. Спрощена схема режимів електричногогальмування приведена на рис. 5.7.
Відмінністьгальмівних положень 1, 2 і 3 полягає в тому, що в кожному з них блок САУТнастроюється на різні установки. В положенні 3, наприклад, система підтримуєструм якорів 350А, гальмівний ефект достатньо високий. В положенні 2 струмскладає 250А, що знижує ефект гальмування. В положенні 1 струм якорів рівний100А. і гальмівний ефект зовсім малий. В положенні 4 разом з електричнимгальмуванням моторних вагонів діє електропневматичне гальмування на причіпнихвагонах. В положенні 5 спільно з електричним гальмуванням ЕПТ включається навсіх вагонах потягу. П'ятим положенням краще не користуватися зовсім абокористуватися дуже акуратно, не допускаючи підвищення тиску в гальмівнихциліндрах більше 1...1,2 ат. Якщо при гальмуванні ЕПТ він стане вищим, то схемаелектричного гальмування розбереться, тому що накладення ефективногогальмування ЕПТ на гальмування двигунами приведе до юза колісних пар.
Електричнегальмування доцільно застосовувати до повної зупинки потягу. Це створює більшсприятливі умови для роботи устаткування. Проте його можна відключати і нависоких швидкостях, наприклад, для зниження швидкості по попередженню, тобтопри незалежному збудженні. В перший момент розмикається контактор Ш і по йогосигналу блок САУТ перестає виробляти управляючі сигнали на тиристори мостаVS1...VS6. Припиняється збудження тягових двигунів, знижується струм якорів.Після цього з витримкою часу силові контактори ЛК і ЛКТ відключаються ірозбирають гальмівну схему.
Відключенняелектричного гальмування на низьких швидкостях (при самозбудженні) такожпочинається з розмикання контактора Ш (в цій ситуації блок САУТ не береучасть). В ланцюг якорів вводиться резистор R23, рівний 4 Ом, що значно зменшуєгальмівний струм. Потім із затримкою розмикаються силові контактори. Такапослідовність відключення полегшує дугогашіння при спрацьовуванні контакторів Ті ЛКТ.
Відзначимо, щобуло б бажано для зупинки потягу використовувати один вид електричногогальмування, наприклад, реостатне гальмування з самозбудженням. Проте, якнаголошувалося, цикл гальмування розбивається на декілька етапів, перш за всетому, що віддається перевага рекуперації, що дозволяє повертати електроенергіюв контактну сіть. Тому на великій швидкості електропоїзда, коли сумарна едсгенераторів перевищує напругу контактної сіті, для гальмування застосовуютьрекуперацію.
Тяговий двигун зпослідовним збудженням не можна перевести в режим рекуперації безпосередньо,оскільки неможливо минути проміжний момент холостого ходу, необхідний дляпереводу електричної машини з тягового режиму в генераторний. Тому обмоткизбудження тягових двигунів від'єднують від якорів і підключають до тиристорногомоста VS1...VS6 (збудника). Трифазний тиристорний міст одержує живлення відсинхронного генератора, який використовується, крім того, для живлення власнихпотреб електропоїзда. Таким чином, в початковій фазі електричного гальмуваннятягові двигуни послідовного збудження стають генераторами з незалежнимзбудженням.
Областьзастосування рекуперації має нижню межу: вона обмежується мінімальною швидкістю50...45 км/ч, відповідній насиченню тягових двигунів і потужності джереластруму (синхронного генератора). Використовування рекуперативного гальмуваннявизначається також можливістю споживання електроенергії контактної сіті іншимелектрорухомим складом. Зона рекуперації значно розширяється привикористовуванні тягових двигунів, розрахованих на глибоке ослаблення збудження(до 18%). При цьому для підвищення комутаційної стійкості і надійної роботи апаратущіткового колектора напругу на тягових двигунах обмежують до 750 В. Зурахуванням напруги контактної сіті 3000В це зумовлює постійне послідовнез'єднання чотирьох тягових двигунів.
Якнаголошувалося, збір схеми електричного гальмування починається з включеннялінійних контакторів ЛК і ЛКТ, контакторів збудження ОВ і КВ. Оскільки обмоткизбудження тягових двигунів живляться від стороннього (незалежного) джереластруму, реверсувати їх немає необхідності і в даній схемі реверсори залишаютьсяв тому ж положенні, що і в режимі тяги. Якщо починати гальмування з режимусамозбудження, подібного уникнути не вдасться, щоб согласувати напрямзалишкового магнітного потоку з напрямом генераторного струму.
Основна трудністьвикористовування двох видів електричного гальмування — рекуперативного іреостатного — полягає в тому, що при відносно великих уповільненнях необхідноперейти з одного виду гальмування на інший без розриву струму ланцюга двигуніві при мінімальному зниженні гальмівної сили. Для цього у момент переходупаралельно тиристорному мосту VS1...VS6 під'єднують шунтуючі резистори R24, R11...R15 (див. рис. 6.7), через які протікає частина гальмівного струму. Якщопадіння напруги на них буде рівне падінню напруги на обмотках збудження тяговихдвигунів, то перехід на самозбудження і відключення контура незалежногозбудження контакторами ОВ і KB відбудеться без кидків струму і гальмівної сили.Шунтуючі резистори R24, R11...R15 залишаються введеними в ланцюг гальмівногоструму при самозбудженні.
Реостатне гальмуванняз самозбудженням починається із зниженої швидкості потягу, без попередньогосамозбудження. Це дозволяє використовувати одні і ті ж пускогальмівні резисторияк в тязі, так при гальмуванні. Застосувати реостатне гальмування до повноїзупинки потягу неможливо, оскільки при малій частоті обертання якорів тяговихдвигунів різко зменшуються їх едс, струм і гальмівний момент. Тому длядогальмування потягу застосовують електропневматичні гальма.
Необхідновідзначити, що при реостатному гальмуванні з незалежним збудженням, коли струмякорів не потрапляє в контактну сіть ( контур його протікання замикаєтьсяусередині моторного вагона), тягові двигуни працюють більш задовільно. В режимірекуперації при взаємодії з контактною сіттю тягові двигуни опиняються в найбільшважких умовах: спостерігаються почорніння колекторів, спрацьовування захисту ідр, проте, при рекуперації гальмівний ефект виявляється дещо вище, ніж приреостатному гальмуванні, хоча і в тому і в іншому випадках струм якоріводнаковий.
Таким чином,система гальмування електропоїзда передбачає автоматичне управління гальмівнимипроцесами і перехід з рекуперативного гальмування на реостатне з самозбудженнямпри мінімально допустимій швидкості руху електропоїзда. Крім того, можливоавтоматичне заміщення рекуперативного гальмування на реостатне з самозбудженнямпри мінімально допустимій швидкості руху електропоїзда. Крім того, можливоавтоматичне заміщення рекуперативного гальмування реостатним (з незалежнимзбудженням) при недостатньому споживанні енергії в контактній сіті, а привідмові електричного гальма —заміна його електропневматичним гальмуванням.
Силова схема, щозабезпечує роботу в даних режимах, виявляється найбільш простою при постійномупослідовному з'єднанні тягових двигунів, підключених до загальних резисторів.Всі двигуни однаково навантажені, не дивлячись на відмінності їх характеристик.Недолік послідовного з'єднання двигунів — схильність до юза колісних пар.
7.Математичне моделювання
7.1 Статичні характеристики двигуна з послідовним збудженням
/>
Рисунок 7.1 – Схема двигуна постійного струму зпослідовним збудженням (а) та з’єднання обмоток узагальненої машини дляотримання моделі (б)
При прийнятій апроксимації кривої намагнічування (рис. 7.2)механічна:
/>, (7.1)
та електромеханічна:
/>, (7.2)
характеристики при різних струмах якоря мають різні вирази.При />=const ці рівняння перетворюються до виду
/>; (7.3)
/>. (7.4)
При />= const і ті ж рівняннязаписуються так:
/>; (7.5)
/>. (7.6)
/>
Рисунок 7.2 –Характеристика намагнічування />
Рівняння (7.3) та(7.4) свідчать про те, що в області навантаження, меншого номінального,статичні характеристики двигуна послідовного збудження мають гіперболічнийхарактер і при /> та /> асимптотично наближуються до вісікоординат. Ця форма характеристики визначається умовами електричної рівновагимашини: при ідеальному холостому ході (/>) е.р.с. двигуна повиннаурівноважувати прикладену до якірного кола напругу />. Так при /> пострум /> також прямує до нуля, виконанняумови
/>
можливе тількипри необмеженому зростанні швидкості. На справі швидкість ідеального холостогоходу двигуна з послідовним збудженням завдяки наявності залишкового потоку /> обмеженазначенням />.Однак поток /> настількималий, та значення /> набагато перевищує допустиме длядвигуна за умовами механічної тривкості. Тому при проектуванні та експлуатаціїелектроприводів з двигунами послідовного збудження необхідно виключитиможливість їх роботи з малими навантаженнями, при яких швидкість двигуна можеперевищити допустиму за умовами механічної тривкості.
При /> магнітне коломашини насичується і при прийнятому припущенні />=const. В цій областіхарактеристики двигуна практично лінійні, подібно аналогічним характеристикамдвигуна з незалежним збудженням.
Природніхарактеристики двигуна з послідовним збудженням показані на рис. 7.3, а, б.Сильний позитивний зв’язок за струмом, який створюється послідовною обмоткоюзбудження двигуна, практично ліквідує вплив розмагнічуючої дії реакції якоря тапризводить в області допустимого перевантаження до зростання потоку більшеномінального значення на 10 – 15 %. Тому при цьому коефіцієнті допустимогоперевантаження за струмом /> = 2 – 2,5 перевантажувальнаспроможність за моментом у двигунів з послідовним збудженням вище, ніж принезалежному збудженні, і лежить в межах /> = 2,5 – 3.
Форма природноїмеханічної характеристики двигуна з послідовним збудженням дозволяє призниженні навантаження підвищувати мінімальну швидкість в 1,5 – 2 рази,забезпечуючи підвищення продуктивності при заданій потужності двигуна. Прицьому важливою перевагою двигуна є підвищена перенавантажувальна спроможність.
В зв’язку знелінійністю кривої намагнічування розрахувати природні характеристики двигуназ послідовним збудженням тільки за його номінальними даними неможливо, тому припроектуванні слід користуватися природними характеристиками /> і />, що наведені вкаталогах.
/>
Рисунок 7.3 –Механічні (а) та електромеханічні (б) статичні характеристики двигуна зпослідовним збудженням
Статичнажорсткість механічної характеристики двигуна послідовного збудження залежитьвід навантаження. При малому навантаженні двигун має м’яку характеристику, ззростанням навантаження модуль жорсткості зростає і при /> прямує до сталогозначення, яке визначається (7.7):
/> (7.7)
Відповідновведення додаткового опору зменшує жорсткість механічних характеристик.Реостатні механічні та електромеханічні характеристики показані на рис. 7.3, а,б разом з природними характеристиками, відповідаючими />, на якому бачимо, що введеннядодаткового опору в коло якоря дозволяє обмежити момент та струм короткогозамикання двигуна.
7.2 Динамічнівластивості двигуна з послідовним збудженням
Математичний описдинамічного процесу перетворення енергії в двигуні з послідовним збудженням (зурахуванням умовної обмотки вихрових струмів) можно записати у слідуючомувигляді:
/> (7.8)
/>.
Цей математичнийопис процесів електромеханічного перетворення енергії в двигуні з послідовнимзбудженням містить добутки змінних, тому використовувати його для аналізадинамічних властивостей перетворювача можливо тільки за допомогою ЕОМ. Алезагальні закономірності, основні динамічні властивості електромеханічногоперетворювача з послідовним збудженням можуть бути виявлені аналітичним шляхом,якщо виконати лінеаризацію рівнянь механічної характеристики (7.8) поблизуточки статичної рівноваги. В зв’язку з тим що лінеаризація здійснюється поблизуточки статичної рівноваги, криву намагнічування слід апроксимізовувати торканоюв точці />, />, як показанона рис. 7.4, при цьому /> і перші два рівняння системи(7.8) можуть бути приведені до виду
/>
/>
/>;
/> и /> – сталі часу відповідноеквівалентного контура вихрових струмів (див. рис. 7.1, б) та обмотки збудження.Віднявши почленно з першого рівняння друге, отримаємо більш зручний длярозв’язання вид системи (7.8):
/> (7.9)
/>
Рисунок 7.4 –Лінеаризація кривої намагнічування
Лінеарізуємосистему (7.9) шляхом розкладання в ряд Тейлора поблизу точки статичноїрівноваги, позначивши />, отримаємо
/> />(7.10)
Розв’язавшисистему (7.10) відносно /> та />, отримаємо лінеаризовані рівнянняелектромеханічної та механічної характеристик двигуна у вигляді
/>; (7.11)
/>. (7.12)
Рівняння (7.11)та (7.12) характеризують основні динамічні особливості перетворювача зпослідовним збудженням при умові обмеження відхилення змінних від точкистатичної рівноваги вузькими межами.
Структурна схемалініарезованого електромеханічного перетворювача з послідовним збудженням,відповідаюча (7.12), представлена на рис. 7.5.
/>
Рисунок 7.5 –Структурна схема лінеаризованої ЕМП з послідовним збудженням
За допомогою цієїсхеми визначимо передаточну функцію динамічної жорсткості механічноїхарактеристики:
/>/>. (7.13)
Рівняння (7.13)свідчить про те, що динамічна жорсткість в даному випадку значно залежить від положенняточки статичної рівноваги на механічній характеристиці двигуна.
Лінеаризованіхарактеристики двигуна з послідовним збудженням (7.11) та (7.12) можуть бутивикористані для аналіза усталених коливальних режимів електромеханічних системз двигуном послідовного збудження, а також для перевірки стійкості та якостізамкнених систем регулювання з таким двигуном при обмежених відхиленнях відточки статичної рівноваги.
На рис. 6.6представлена структурна схема електромеханічної системи з двигуном послідовногозбудження, яка може бути використана при моделюванні її на ЕОМ. При розгляданнідинамічних режимів, в яких відхилення змінних від точки статичної рівноваги невиходять за межі допустимої лінеаризації нелінійної механічної характеристкидвигуна, слід користуватися лінеаризованим рівнянням динамічної механічноїхарактеристки (7.12).
/> (7.14)
/>
Рисунок 7.6 –Електромеханічна система електропривода постійного струму з двигуномпослідовного збудження (а) та її структурна схема (б)
7.3 Визначенняпараметрів об’єкту регулювання – двигуна послідовного збудження
Вихідні дані
Двигун УРТ-110Б
Номінальнапотужність />,кВт...................................................200
Номінальнанапруга />,В...................................................................1500
Номінальний струмякоря />, А....................................................146
Номінальнашвидкість обертання /> ,об/хв.............................1145
Номінальниймомент />, Н∙м........................................................1670
Номінальний струмзбудження />,А............................................115
Кількість парполюсів2р.........................................................................4
Кількість витківобмотки збудження на полюс />..............................78
Опір якоря />,Ом................................................................................0,223
Опір обмоткизбудження />,Ом........................................................0,248
Опір обмотокдодаткових полюсів />,Ом................................0,095
Падіння напругипід щітками />,В...............................................2
Момент інерціїпривода />,кг∙/>................................................140,3
Опір якірногокола, Ом:
/> (7.15)
/>
Індуктивністьякірного кола, Гн:
/> (7.16)
/>
Електромагнитнастала часу якірного кола двигуна, с:
/> (7.17)
/>
Коефіцієнт нахилукривої намагнічування (з довідникових даних), Ом∙с:
/> (7.18)
Індуктивністькола збудження, Гн:
/> (7.19)
/>
Електромагнітнастала часу кола збудження, с:
/> (7.20)
/>.
Номінальна е.р.с.двигуна, В:
/> (7.21)
/>
Коефіцієнт А, Н∙м∙хв∙с/об:
/> (7.22)
/>.
Коефіцієнт />, В∙хв/об:
/> (7.23)
/>.
Коефіцієнт />, Н∙хв/А:
/> (7.24)
/>.
Електромеханічнастала часу, с:
/> (7.25)
/>.
Передаточнийкоефіцієнт кола збудження двигуна, Ом:
/> (7.26)
/>.
7.4Математичне моделювання за допомогою програмного забезпечення MATLAB 6.5
Запропонованасхема електромеханічного електроприводу постійного струму з двигуномпослідовного збудження (рис. 7.6) найчастіше застосовується при розв’язаннінаукових задач. Застосуємо для матмоделювання спрощену схему, яка не міститьмоменту інерції робочого органу /> (та пружності /> ), представлену на рис.7.7.
/>
Рисунок 7.7 –Структурна схема двигуна послідовного збудження
Структурна схемазмодельованого за допомогою ПЗ MATLAB 6.5 двигуна послідовного збудженняпредставлена у додатку А.
Змінюючипараметри вхідної напруги, додаткового опору в колі якоря, та момент опору, задопомогою функції Simulink, отримаємо залежності /> та /> двигуна послідовного збудження,представлені у додатку А.
8.Економічна частина
8.1 Коротка характеристика пропонованого технічного рішення
Коротко охарактеризуємо пропонований у дипломному проекті захід:
процес розгону електропоїзда при реостатно-контакторній системі керуваннятяговими електродвигунами характеризується великими втратами енергії на пусковихреостатах, порядку 33 %, тобто коефіцієнт корисної дії системи керування ТЕДскладає менше 67 %. При використанні тиристорно-імпульсної системи керуванняККД складає не менше 95% за рахунок чого і виникає економія електроенергії,витраченої електропоїздом на тягу.
8.2 Короткий опис методики розрахунку та економічного ефекту
Для розрахунку економічного ефекту від запропонованих заходів з
модернізаціі електропоїзда ЕР-2 треба розрахувати складові економічного ефекту:
— капітальні вкладнення на модернізацію одного електропоїзда;
— витрати на демонаж базової системи керування на електропоїзд;
— витрати на монтаж та налагодження нової системи керування наелектро-поїзд;
— визначення економіі річних експлуатаційних витрат модернізованогоелек-тропоїзда в порівнянні з існуючим.
Після цього визначаємо економічний ефект від запропонованної системикерування електропоїздом.
8.3 Визначення складових економічного ефекту
8.3.1 Визначення єдиночасових витрат на придбання новогообладнання, його монтаж таналагодження
Капітальні вкладення на модернізацію одного моторного вагону складаютьсяз наступних елементів:
— витрати на придбання двох силових тиристори, вартістю 4000 гривенькожний;
— витрати на придбання елементів тиристорно-імпульсного перетворювача вітчизняноговиробництва, загальною вартістю 8000 гривень;
— виготовлення корпуса для ТІП і матеріали, вартість якого складає 2500грн.
- зборка таналагодження виробу коштує 1500 грн.
Виходячи з цих даних розраховуємо витрати на придбання ТІП:
Впрт = 2 • 4000 + 8000 + 2500 + 1500 =20000 грн.
А тому, що на електропоїзді п«ять моторнихвагонів, то на модернізацію одного електропоїзда ЕР-2 необхідно п»ятьтиристорно-імпульсних перетворювачів. А значить витрати на придбання п'яти ТІПбудуть дорівнювати:
Впр = 5 • 20000 = 100000 грн.
Витрати на демонтаж базової системи керування складуть 2,5% від витрат напридбання, а витрати на монтаж налагодження нової системи керування, тобто ТІП,складе 3,5% від витрат на придбання, що в сумі складе 6%.
Виходячи з цих даних розраховуємо капітальні вкладення по формулі:
DК = Впр + Вмон( нал) (8.1)
ΔК = 100000 + 100000·6 / 100 = 106000 грн.
8.3.2 Визначення економії річних експлуатаційних витрат при використанімодернізованого електропоїзду в порівнянні з існуючим
Виходячи з даних локомотивного депо “Харків”, сумарна добова витратаелектроенергії Ед на один електропоїзд ЕР-2 дорівнює, кВт • год:
Ед = ве ۰ΣРlбр(доб)/10000,
де ве – витрати електроенергії на 10000 т٠ км٠бр,
ве = 255 кВт٠год/10000 т٠км٠бр;
ΣРlбр(доб) – вантажообіг одного електропотяга за добу, т٠км/доб.
ΣРlбр(доб) = Qбр(доб) • Sn,
де Qбр(доб) – маса брутто одного електропоїзда (Qбр(доб) = 580 т);
Sn – середня відстань, яку електропоїзд проходить за добу (Sn = 414км/доб).
ΣРlбр(доб) = 580 • 414 = 240120 т٠км/доб
Ед = 255 • 240120 кВт • год
20% сумарних добових витрат електроенергії — витрати на пусковий режимроботи, коли ККД системи керування складає 67%. Цей процес розрахований увиразу:
Ее = 6123 • 20/100 = 1224 кВт·год
Тобто 1224 кВттод витрачається електропоїздом у добу у режимі розгону.
Відповідно при використанні ТІП економія електроенергії (ΔЕе)складає в добу
ΔЕе = 1224 • (67/95) = 863 кВт۰год
де 95 % — ККД при використанні тиристорно-імпульсної системи керування;
67 % — ККД у процесі розгону існуючої системи керування.
Вартість одного кВт۰год на тягу поїздів складає 16,67 коп на данийперіод часу.
Економія електроенергії (Еед) у добу одним потягом буде складати:
ΔЕед= 863٠16,67= 14386 коп.= 143.86 гривні
Економія електроенергії у рік (Еер) одним електропоїздом буде складати:
Еер = 143.86٠365 = 52509.7 грн.
Строк окупності (Ток) нової системи керування наступить через
Ток= 106000/52509.7 = 2
Тобто 2 роки, що доводить нам про окупність. На залізничному транспортіокупність складає не більше 8 років.
8.4 Розрахунок економічного ефекту від модернізації електропоїзда ЕР-2
Розрахунок економічного ефекту здійснюється за формулою:
ΔЕт =ΔЕэ/(Pp + Ен) — ΔК, (8.2)
де ΔЕэ — економія експлуатаційних витрат;
ΔЕэ = Еер = 52509.7 грн
Ен — норматив приведення різночасних витрат і результатів (Ен = 0,1);
Рр — коефіцієнт реновації (повне відновлення первісної вартості основнихфондів), визначається за формулою:
Рр = Ен/(1+Ен) — 1 (8.3)
Де tсл-термін служби нової техніки (tсл = 20років);
К-одноразові витрати при реалізації заходу.
Розрахуємо коефіцієнт реновації за формулою (8.3):
Рр = 0,1/(1 +0,1) — 1 = 0,0174
Отримані значення з виразів (8.1), (8.3) підставимо у формулу (8.2) іодержимо значення економічного ефекту, який дорівнює:
ΔЕт = (52509.7 / (0,0174+ 0,1)) — 106000 = 341271,72 гривні
Розрахунок показав, що економічний ефект від запропонованої модернізаціїза двадцять років експлуатації буде 341271,72 гривень.
Висновок: розрахунок показав доцільність запропонованої модернізації.Економічний ефект за 20 років експлуатації модернізованого електропоїзда будескладати 341271,72 грн.
9. Заходи 3 охорони праці
9.1 Загальні положення
Охорона праці — це система законодавчих, соціально-економічних,санітарно-гігієнічних та організаційних заходів, забезпечуючих безпеку,зберігання здоров'я та робото здатність людини у процесі праці. Практичнадіяльність в галузі охорони праці, організована та проводима на основі цієїсистеми, а також творчого планування та здійснення усього комплексу заходів, єнайважливішим обов'язком адміністрації підприємства, приносить все більшпомітного поліпшення умов праці, підвищення рівня її безпеки, послідовногозниження травматизму та профзахворювання.
Найважливішою умовою нормальної експлуатації машин електрорухомого складуз обов'язковим забезпеченням безпеки руху є виконання умов з охорони праці. Дляцієї мети проводиться навчання працівників безпечним методам праці і перевірказнань або правил з охорони праці.
Безпосередню відповідальність за безпеку праці на дільниці депо несеначальник локомотивного депо. Відповідальність за охорону праці на підприємствіпокладена на головного інженера. Оперативний контроль і систематичну роботу зохорони праці з підлеглими безпосередньо проводить інженер з охорони праці.Суспільний контроль за охороною праці здійснюється організаціями цеху, депо абопідприємства.
Одним з найважливіших заходів щодо забезпечення охорони праці єінструктування. Розрізнюють такі види інструктажу: ввідний, первинний на -робочомумісці, повторний, позаплановий, поточний.
Ввідний інструктаж проводять з усіма знову прийнятими в депо чипереведеними на іншу роботу особами. Ціль інструктажу — ознайомлення ззагальними положеннями, по охороні праці, умовами роботи і правилами внутрішньоготрудового розпорядку підприємства.
Первинний інструктаж на робочому місці проводять з усіма робітниками,інженерно-технічними працівниками, молодшим обслуговуючим персоналом приприйомі на роботу чи переводі з однієї посади на іншу. Ціль інструктажу — ознайомлення з конкретною виробничою обстановкою на даному робочому місці ібезпечних умовах праці.
Періодичний інструктаж працівників проводять з метою повторного навчанняїх питанням охорони праці по наступній тематиці: вимоги техніки безпеки івиробничої санітарії при виконанні окремих видів роботи; міри безпеки приобслуговуванні електровоза, машин, верстатів, устаткування, інструментів,механізмів і тощо; вимоги електробезпечності; гігієна праці при виконаннірізних видів роботи; окремі розділи трудового законодавства; передовий досвідпо безпечних прийомах роботи; накази і вказівки по охороні праці.
Позачерговий інструктаж проводиться з робітниками, молодшим обслуговуючимперсоналом і інженерно-технічними працівниками з метою: ознайомлення з мірами безпекив зв'язку з упровадженням нових технологій і технічних засобів; вивчення новихправил, інструкцій з техніки безпеки і виробничої санітарії; роз'ясненняособливостей вимог техніки безпеки перед виконанням роботи на новій ділянці вумовах праці, що змінилися, тощо; розбору нещасливого випадку чи порушеннявимог техніки безпеки, що не призвело, але могло б призвести до травми.
Контроль за забезпеченням охорони праці здійснюється у вигляді перевіркизнань працівниками депо питань охорони праці, ведення відповідної документації,організації суспільного контролю по охороні праці.
Перевірку знань по охороні праці ремонтного персоналу депо проводитькомісія в складі начальника чи депо його заступника, інженера по техніцібезпеки, майстра цеху і члена профспілкового комітету депо (цеху). Перевіркибувають первинними, періодичними і позачерговими (при перерві в роботі понадтри чи місяці після порушення вимог техніки безпеки і виробничої санітарії).
Вся проведена по навчанню і контролю робота повинна відображатися увідповідних документах. Вступний інструктаж для всіх осіб, поза залежністю відтого, у який цех вони надходять, реєструється в єдиному для усього депо«Журналі обліку інструктажу з охорони праці».
Первинний інструктаж на робочому місці, як і інші наступні видиінструктажів (щоденний, періодичний, позачерговий), реєструються в цеховому«Журналі обліку інструктажу з охорони праці». Відповідальні особи за ведення ізбереження цехових журналів призначаються наказом по депо. Результатипервинних, періодичних і позачергових перевірок знань по охороні праціреєструються в «Журналі обліку перевірок знань по охороні праці».
Записи зауважень по порушенню правил техніки безпеки виробляютьсякерівниками підприємства, інженерно-технічними працівниками, суспільними інспекторамиі т.д. У журнал заносять усі порушення правил техніки безпеки, допущеніпрацівниками даного цеху.
У ремонтних цехах і відділеннях депо необхідно виконувати наступні вимогитехніки безпеки. При роботі бути уважним, не відволікатися, виконувати тількиту роботу, що доручена майстром (бригадиром). Бути уважним до сигналів,подаваним водіями транспорту, що рухається, крановиками мостових кранів, івиконувати їх. Не проходити і не стояти під піднятим вантажем. Не перебігатишляхи перед транспортом, що рухається, і переходити оглядові канави тільки поперехідних містках.
Не працювати на верстатах, машинах, механізмах при відсутностінесправності захисних огороджень. Не включати і не зупиняти (крім аварійнихвипадків) машини, верстати і механізми, робота на який не доручена майстром.
Строго і беззаперечно дотримувати вимоги застережливих плакатів, щозабороняють, написів, знаків безпеки. Пам'ятати, що плакати, що забороняють,можуть бути зняті тільки тою особою, що їх установила.
Заходи з пожежної безпеки. Для профілактики пожеж згідно з ГОСТ 12.1.004- 91 необхідно:
— протипожежний пристрій, що призначений для гасіння пожеж в цехурозмістити на технологічній платформі;
— слідкувати, щоб встановлене в цехах і на ділянках протипожежнеобладнання було справним, опломбованим і його стан відповідав встановленимнормам.
В електромашинному відділенні існують такі небезпечні фактори:
— ураження електричним струмом;
— пожежа;
— механічні ураження.
Шкідливими факторами в електромашинному цеху є такі:
— забезпечення мікроклімату;
— шум;
— освітлення;
— запилованість.
На підставі таких небезпечних та шкідливих факторів забезпечуємо такізаходи:
— заземлення та занулення усіх електричних механізмів згідно з ГОСТ12.1.030-81;
— для профілактики пожеж згідно з ГОСТ 12.1.004 — 91 необхідно слідкуватищоб встановлене в цехах і на ділянках проти пожежне обладнання було справним,опломбованим. Протипожежний пристрій, що призначений для гасіння пожеж в цехурозмістити на технологічній платформі;
— проти механічних уражень згідно з ГОСТ 12.4.026-76 ставимо огородженнянебезпечних місць з відповідним сигнальним кольором, а також знаки небезпеки;
— для забезпечення необхідного мікроклімату згідно з ГОСТ 12.1.005-88встановлюємо приточно-витяжну вентиляцію в цеху;
— проти шуму електро обладнання захищаємо кожухами згідно з загальнимидіями безпеки ГОСТ 12.1.003-83;
— згідно з СНиП II-4-79 забезпечуємо як природне, так і штучнеосвітлення.
9.2 Розрахунок освітлення
Вірно спроектоване та виконане виробниче освітлення покращує умовизорової роботи, сприятливо впливає на виробничу середовище, що здійснюєпозитивний вплив на працюючого, підвищує безпечність праці та знижуєтравматизм.
Раніше за все передбачається природне освітлення, як найбільш економічнета досконале, з точки зору медико-санітарних вимог, в порівнянні з штучнимосвітленням.
В залежності від місця розташування світлових прорізів є три системиприродного освітлення: бокове, верхнє та комбіноване.
В якості величини, що нормується та характеризує природне освітлення приймаєтьсявідносна величина — коефіцієнт природної освітленості (КЕО), який визначаєтьсяза формулою:
е = (Ев/Ен)٠100 (9.1)
де Ев — освітленість всередині приміщення, лк;
Ен — зовнішня горизонтальна освітленість, яка створюється розсіяним світом всього небозводу, лк.
Значення норми КЕО визначається СНиП П-4-79 «Естественная иискусственная освещенность» в залежності від типу приміщення та розрядувиконуваних робіт, системи освітлення. Для електромашинного відділення прибоковому освітленні КЕО=1% [Методические указания к лабораторной работе«Исследование естественного освещения» № 770, 23 страница.].
Потрібна площа світових прорізів, яка забезпечує необхідне значення КЕОпри боковому освітленні, визначається за формулою:
Sо = (Sn٠en٠ή۰kзд۰kз/100۰τзаг۰τпід)(9.2)
де So — площа вікон, м2;
Sn — площа підлоги, м2, Sn = 600 м2;
ен — нормований коефіцієнт КЕО при боковому освітленні ен = 0,01;
τзаг — загальний коефіцієнт світлопроникнення світового прорізу.Визначається за формулою:
τзаг = τ1 ۰ τ 2 ۰ τ3 ۰ τ4 ۰τ5 (9.3)
де τ1- коефіцієнт світопропускання матеріалу. Для подвійноголистового скла, τ1 = 0,8;
τ 2 — коефіцієнт, який враховує витрати світла в плетеннісвітлопроєма, τ 2 = 0,6;
τ3 — коефіцієнт, що враховує витрати світла в шарі забруднення скла.Для електромашинного відділення з незначним забрудненням, τ3 = 0,8;
τ4 — коефіцієнт, що враховує витрати світла в несучих конструкціях.Для залізобетонних ферм та арок τ4 = 0,8;
τ5 — коефіцієнт, що враховує витрати світла в сонцезахиснихпристроях, τ5 = 1.
τпід — коефіцієнт, що враховує підвищення КЕО при боковомуосвітленні, завдяки світлу, яке відбивається від поверхонь приміщень. τпід= 2,1;
ή — світова характеристика вікон, приймаємо ή = 15;
kзд — коефіцієнт, що враховує, затемнення вікон будинками, які розташованінавколо. Приймаємо kзд = 1;
kз — коефіцієнт запасу. Для електромашинного відділення приймаємо kз =1,5.
Таким чином по формулі 8.2 отримаємо:
Sо = (600۰1۰15۰1۰1,5/100۰0,8۰0,6۰0,8۰0,8۰1۰2,1)= 44,64
Тобто Sо = 44,64 м2.
У випадках коли природної освітленості недостатньо, робочі поверхніповинні освітлюватися штучним світлом. Згідно зі СНиП П-4-79 дляелектромашинного відділення рекомендоване загальне освітлення при нормованійосвітленості Е=100лк.
Загальне освітлення приміщення потрібно здійснити світильниками згазорозрядними джерелами світу (ДРЛ, ДРІ та люмінесцентними лампами). Йогоможливо розрахувати за методом питомої потужності, при якому враховуються:
— тип світильників;
— висота підвісу та площа приміщення;
— коефіцієнт відбиття стелі, стін, підлоги;
— коефіцієнт запасу R, який враховує забруднення поверхонь та
коефіцієнт Z, що визначає відношення середньої освітленості до
мінімальної.
При загальній освітленості в 100 лк, світильниках ОДР-2-40 злюмінесцентними лампами ЛБ-100 та висоті підвісу світильників 4-6 м, площіприміщення 600 м2, коефіцієнтах pn = 0,5; pс = 0,3; pпот = 0,1; R = 1,5; Z =1,15; питома потужність Wуд = 7,6 Вт۰м2.
Необхідна кількість ламп визначається за формулою:
N = S۰ Wуд /Pл (9.4)
де Рл — потужність кожної лампи. Для ЛБ-40 Pл = 100 Вт;
S — площа приміщення, S = 600 м2
N = 600۰7,6/100 = 45,6
Приймаємо кількість ламп рівним 46. Враховуючи те, що в кожній світовійустановці по 2 лампи, то кількість світильників складатиме 23 штуки.
Висновок
В даномудипломному проекті планується покращення руху електропоїздів постійного струмушляхом заміни резисторно — контакторної системи пуску на імпульсно реостатнусистему руху поїздів. Ця система дозволяє покращити комфортність перевезенняпасажирів та значно зменшити втрати електроенергії в процесі пуску, розгону тагальмування.
В даній роботі єрозділ, де за допомогою програми MatLab 6.5 Simulink розглянута математичнамодель модернізованого тягового електроприводу електропоїзду ЕР2 з відповіднимирозрахунками та діаграмами на яких дуже гарно представлено всі плюсизапропонованої модернізації.
В дипломномупроекті розраховується економічний ефект модернізованого електропоїзду зімпульсно — тиристорною системою, де зазначається, що за 20 років експлуатаціїодного модернізованого електропотягу він встановлює майже 400000 грн.
В розділі охоронипраці розраховується освітлення, розглядаються вимоги з охорони праці татехніці безпеки до слюсарів моторвагонного депо “Харків”.