Назначение и технические характеристики

Тяговый преобразователь предназначен для управления тяговыми электродвигателями, обеспечения рекуперации электроэнергии в контактную сеть и защиты электрооборудования электропоезда от перенапряжения. Одновременно тяговый преобразователь обеспечивает подачу напряжения питания к преобразователю собственных нужд (ПСН).

Тяговый преобразователь управляет потоком электроэнергии между контактной сетью и тяговыми электродвигателями, обеспечивая регулирование крутящего момента и оборотов четырех тяговых электродвигателей. Для выполнения данной задачи напряжение и частота на клеммах электродвигателей регулируются по сигналам электронной системы управления тягового преобразователя.

На электропоезде, в подвагонном пространстве вагонов 1 и 5, установлено два тяговых преобразователя частоты типа SIBAC DesRUS А5Е03060099 (обозначение в схеме 1.02.А01).

Технические характеристики тягового преобразователя приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1 - Технические характеристики тягового преобразователя

Наименование параметра Значение

Четырехквадрантный преобразователь

Номинальное входное напряжение, В
- переменный ток 1668
- постоянный ток 3000
Диапазон входного напряжения, В
- переменный ток 1268- 1935
- постоянный ток 2200-4005
Входная частота, Гц 50
Частота коммутации биполярных транзисторов с изолированным затвором, Гц 450-300
Максимальный входной ток, (переменный/постоянный), А
- тяговый режим 593/426
- режим электрического торможения 344/351

Импульсный инвертор

Диапазон выходного напряжения (трехфазного переменного тока), В 0-2522
Диапазон изменения частоты основной гармоники выходного тока при движении/торможении, Гц 0-250
Максимальный выходной ток, А
- тяговый режим 373
- режим электрического торможения 274
Промежуточный контур
Напряжение промежуточного контура в режиме движения/торможения, В;
- при питании от сети переменного тока 2700-3600
- при питании от сети постоянного тока 2200 - 4005
Управляющее напряжение
Управляющее напряжение (от цепей управления электропоездом), В 110
Диапазон управляющего напряжения, В 77-132

Параметры изоляции цепей

Воздушный зазор силового контура, мм 22,0
Путь тока утечки силового контура, мм 22,0/29,9/42,0 (изоляционный материал группы I/II/IIIа)
Категория перенапряжения OV2
Испытательное напряжение переменного тока силового контура, кВ (в течение 10 с) 9,5
Испытательное напряжение переменного тока контура обогрева, кВ (в течение 60 с) 2,25
Испытательное напряжение переменного тока цепей управления от батареи, кВ (с течение 60 с) 1,5
Испытательное напряжение переменного тока частотой 50 Гц, цепей управления 24 В, кВ (с течение 60 с) 0,75
Заземление Вывод N

Охлаждение

Тип охлаждения Жидкостное
Охлаждающая жидкость (хладагент / вода), % 60/40
Максимальная температура хладагента в подающей магистрали, °C 56
Расход хладагента, л/мин 130
Заправочный объем, л/кг 6 ±5 % / 6,6

Механические характеристики

Размеры, мм (длина/ширина/высота) 2397/3290/841
Вес, кг 1673 ±84

Устройство

Тяговый преобразователь состоит из следующих основных функциональных узлов, собранных в едином корпусе - контейнере:

  • двух сетевых контакторов и двух устройств предварительного заряда;
  • двух системных переключателей;
  • двух силовых модулей (выполняющих функции четырехквадрантных преобразователей и тормозных прерывателей);
  • двух промежуточных контуров с конденсаторами, резисторами продолжительной разрядки и устройствами контроля замыкания на землю;
  • двух тяговых импульсных инверторов;

Контейнер

Контейнер тягового преобразователя сварен из стальных листов и имеет кронштейны для крепления в подкузовном пространстве вагона. Внутреннее пространство контейнера разделено на девять отсеков.

Для доступа к оборудованию шести боковых отсеков, на каждой боковой стенке контейнера тягового преобразователя имеется по три окна (справа R1, R2 и R3, слева L1, L2 и L3) закрытых стальными крышками с поворотными задвижками с замками под 4-гранный ключ. Дополнительно, для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, крышки R1, R2, L1 и L2 оборудованы ключевыми запорами, открыть которые можно ключом «F» (оранжевый) устройства выдачи ключей подвагонного контейнера 3 вагона, после выполнения процедуры заземления. Для удобства снятия, все крышки оборудованы двумя ручками.

Для доступа к трем центральным отсекам, на нижней поверхности контейнера тягового преобразователя выполнены три окна (U1, U2 и U3), закрытые стальными крынками, закрученными на болты. На передней торцевой панели корпуса тягового преобразователя расположены два фланца для подключения трубопроводов контура охлаждения. Фланцы имеют два варианта расположения («А» - вертикально, «Б» - горизонтально»). Оба фланца оборудованы отсечными клапанами.

На тыльной торцевой панели корпуса тягового преобразователя расположена панель высоковольтных вводов (S1), разъемы цепей управления и модуль газового пожаротушения (рисунок 10.1).

Тяговый преобразователь (общий вид, показан вариант «А» расположения фланцев трубопроводов)

Рисунок 10.1 - Тяговый преобразователь (общий вид, показан вариант «А» расположения фланцев трубопроводов): 1 - контейнер; 2 - кронштейн; 3 - разъемы цепей управления; 4 -модуль газового пожаротушения; 5 - фланцы подключения трубопроводов контура охлаждения; 6 - поворотные задвижки с замками под 4-гранный ключ; 7 - ключевой запор; R1, R2, R3 - крышки правой стороны; L1, L2, L3 -крышки левой стороны; U1, U2, U3 - крышки нижние; S1 - панель высоковольтных выводов.

Расположение оборудования под крышками с правой стороны тягового преобразователя показано на рисунке 10.2, с левой стороны - на рисунке 10.3.

Расположение оборудования под крышками с правой стороны (на виде А обогреватель блока управления (А180) условно не показан)

Рисунок 10.2 - Расположение оборудования под крышками с правой стороны (на виде А обогреватель блока управления (А180) условно не показан): 1 - блок управления приводом (К200); 2 - датчик входного тока (В25); 3 - датчики напряжения 3000 В (В23, В24, В26); 4 - контактор предварительного заряда (Q200); 5 - силовой модуль (4QS К2); 6 - резистор продолжительной разрядки (R21); 7 - защитный диод (R2); 8 - силовой модуль (PWR К21); 9 - точки заземления (ХР2, XN2, ХЕ2); 10 - сетевой контактор (Q20); 11 - системный переключатель (Q2); 12 - обогреватель блока управления приводом (А180); 13 - зарядный резистор (R20); 14 - блок питания силовых модулей 110/24 В (К210); 15 - вспомогательные контакты (Q21, Q22, Q25); 16 - помехоподавляющий фильтр блока управления приводом (V200) и промежуточные измерительные трансформаторы сетевого переменного напряжения и тока (T1, Т2, Т3).

Расположение оборудования под крышками с левой стороны (на виде А обогреватель блока управления (А180) условно не показан)

Рисунок 10.3 - Расположение оборудования под крышками с левой стороны (на виде А обогреватель блока управления (А180) условно не показан): 1 - резистор продолжительной разрядки (R11); 2 - силовой модуль (4QC К1); 3 - датчики напряжения 3 кВ (В13, В14, В16); 4 - предохранитель ПСН (F86); 5 - сетевой контактор (Q10); 6 - датчик постоянного тока (В15); 7 - помехоподавляющий фильтр блока управления приводом (V100); 8 - блок управления приводом (К100); 9 - обозреватель блока управления (А160); 10 - системный переключатель (Q1); 11 - точки заземления (ХР1, XN1, ХР AUX, ХЕ1); 12 - контактор предварительного заряда (Q100); 13 - размыкающий контактор ПСН (Q85); 14 - защитный диод (R11); 15 - силовой модуль (PWR К11); 16 - зарядный резистор (R10); 17 - блок питания силовых модулей (К110); 18 - вспомогательные контакторы (Q11, Q12, Q15).

Расположение оборудования в трех центральных отсеках, под крышками U1, U2 и U3 показано на рисунке 10.4.

Расположение оборудования в центральных отсеках (вид снизу)

Рисунок 10.4 - Расположение оборудования в центральных отсеках (вид снизу): 1 - конденсатор промежуточного контура (С1.2); 2 - ферритовый сердечник блока питания ПСН (V4); 3 - ферритовый сердечник питания постоянного тока (V3); 4  - конденсатор промежуточного контура (С2.2); 5 - ЭМС-конденсаторы (С21, С22); 6 - конденсатор промежуточного контура (С2.1); 7 - датчики давления (В100, В200) и датчики температуры (В110, В210); 8 - обогреватель внутреннего пространства (А170); 9 - конденсатор промежуточного контура (С 1.1); 10 - ЭМС-конденсаторы (C11, С12).

Расположение оборудования на панели S1 показано на рисунке 10.5, расположение фланцев для подключения трубопроводов контура охлаждения на рисунке 10.6.

Расположение оборудования на панели S1

Рисунок 10.5 - Расположение оборудования на панели S1: 1 - датчик тока ПСН (В81); 2 - датчик входного тока (постоянный ток) (В1); 3 - датчик тока (постоянный ток) (В2); 4 - датчик тока импульсного инвертора (В21); 5 - датчик тока импульсного инвертора (В22); 6 - датчик тока импульсного инвертора (В12); 7 - датчик тока импульсного инвертора (В11).

Расположение фланцев для подключения трубопроводов контура охлаждения (слева - вариант «А», справа - вариант «Б»)

Рисунок 10.6 - Расположение фланцев для подключения трубопроводов контура охлаждения (слева - вариант «А», справа - вариант «Б»): 1 - фланец для подключения отводного контура охлаждения; 2 - фланец для подключения питающего контура охлаждения.

Сетевые контакторы и устройства предварительного заряда

Сетевые контакторы (Q10 и Q20) установлены между источником питания и входным контуром тягового преобразователя (рисунок 10.7). Каждый из двух сетевых контакторов предназначен для подключения независимых силовых контуров тягового преобразователя к вторичным обмоткам 1.1 - 1.2 и 2.1 - 2.2 главного трансформатора или контактной сети.

В случае неисправности одного из двух независимых контуров питания, он может быть отключен от одной из вторичных обмоток тягового трансформатора (или контактной сети) при помощи сетевого контактора, при этом, второй силовой контур (два тяговых двигателя) продолжит работу.

Сетевой контактор

Рисунок 10.7 - Сетевой контактор

Параллельно каждому сетевому контактору подключается устройство предварительного заряда, состоящее из зарядного контактора (Q100, Q200) и зарядного резистора (R10, R20) (рисунок 10.8). Зарядный контактор (Q100, Q200) является однополюсным с электромагнитным приводом. Он соединяет промежуточный контур с выводами тяговых обмоток тягового трансформатора через зарядный резистор.

Зарядный контактор (слева) и зарядный резистор (справа)

Рисунок 10.8 - Зарядный контактор (слева) и зарядный резистор (справа)

Устройство предварительного заряда используется при запуске тягового преобразователя и необходимо для первичного заряда конденсаторов промежуточного контура и ЭМС-конденсаторов.

Входная цепь тягового преобразователя

Входная цепь тягового преобразователя

Входная цепь тягового преобразователя

При запуске тягового преобразователя, конденсаторы заряжаются через зарядный контактор и зарядный резистор. Затем замыкается сетевой контактор и закорачивает устройство предварительного заряда. Благодаря этому сводится к минимуму бросок пускового тока, который возникает при подключении разряженных конденсаторов (рисунок 10.9).

Входная цепь тягового преобразователя

Рисунок 10.9 - Входная цепь тягового преобразователя

Входная цепь тягового преобразователя

Рисунок 10.9 - Входная цепь тягового преобразователя

Системные переключатели

В зависимости от питающего напряжения контактной сети, двухполюсный системный переключатель (Q1, Q2) объединяет:

  • при питающем напряжении контактной сети 3 кВ постоянного тока - вход постоянного тока (DC3kV) через вторичные катушки главного трансформатора с промежуточным контуром;
  • при питающем напряжении контактной сети 25 кВ однофазного переменного тока - вторичную обмотку тягового трансформатора с четырехквадрантным преобразователем (рисунок 10.10).
Системный переключатель

Рисунок 10.10 - Системный переключатель

Силовые модули

Каждый из двух силовых модулей (К1 и К2) тягового трансформатора объединяет в себе функции четырехквадрантного преобразователя и тормозного прерывателя. Силовые модули имеют жидкостное охлаждение.

Четырехквадрантный преобразователь

В режиме питания тягового преобразователя от сети переменного тока четырехквадрантные регуляторы обеспечивают:

    • преобразование, совместно с индуктивностью вторичных (тяговых) обмоток главного трансформатора, однофазного входного напряжения контактной сети в постоянное напряжение промежуточного контура;
    • регулирование напряжения промежуточного контура в пределах допустимых значений напряжения контактной сети;
  • работу привода с заданным коэффициентом мощности сети;
  • передачу питания к промежуточному контуру постоянного тока в режиме тяги и возврат электроэнергии в контактную сеть при рекуперативном торможении.

Каждый четырехквадрантный преобразователь выполнен в виде силового модуля с силовыми коммутационными приборами, включенным по мостовой схеме. В качестве силовых коммутационных элементов использованы биполярные транзисторы с изолированным затвором - IGBT (рисунок 10.11).

Принципиальная схема четырехквадрантного преобразователя

Рисунок 10.11 - Принципиальная схема четырехквадрантного преобразователя

Принципиальная схема четырехквадрантного преобразователя

Рисунок 10.11 - Принципиальная схема четырехквадрантного преобразователя

При положительной полуволне входного напряжения включены транзисторы S2 и S3, транзисторы S1 и S4 выключены. Включение транзисторов S2 и S3 во время положительной полуволны зависит от величины заданного значения тока (ток инвертора тягового преобразователя). В момент достижения заданного значения тока транзисторы S2 и S3 выключаются, падения тока до нулевых значений не происходит за счет индуктивности вторичной обмотки тягового трансформатора (L), работы разрядных диодов транзисторов S1 и S4 и конденсатора звена постоянного тока (Cd). Диапазон включения транзисторов S2 и S3 во время положительной полуволны задается максимальным и минимальным значением заданного тока.

При отрицательной полуволне входного напряжения включены транзисторы S1 и S4, транзисторы S2 и S3 выключены. Диапазон включения транзисторов S1 и S4 во время отрицательной полуволны зависит от значений заданного тока. Падения тока до нулевых значений не происходит за счет индуктивности вторичной обмотки тягового трансформатора (L), работы разрядных диодов транзисторов S2 и S3 и конденсатора звена постоянного тока.

За счет включения транзисторов в зависимости от полуволны входного напряжения, на выходе четырехквадрантного преобразователя формируется постоянный ток заданного значения. Чем выше число импульсов включения транзисторов, тем точнее значение силы тока на выходе выпрямителя.

Тормозной прерыватель

Тормозной прерыватель предназначен для подключения промежуточного контура тягового преобразователя к тормозному резистору, чтобы погасить излишнюю электрическую энергию, в случае невозможности ее передачи в контактную сеть. Также тормозной прерыватель обеспечивает:

  • рабочую разрядку промежуточного контура;
  • ограничение перенапряжения звена постоянного тока для защиты силовых модулей;
  • разрядка промежуточного контура в случае сбоя (защитная разрядка).

Тормозной прерыватель представляет последовательное соединение из силового ключа (IGBT), подключенного к положительной шине звена постоянного тока и тормозного резистора Rx, подключенного к отрицательной шине звена постоянного тока (рисунок 10.12).

Рисунок 10.12 - Тормозной прерыватель

Рисунок 10.12 - Тормозной прерыватель

Тормозной прерыватель

Рисунок 10.12 - Тормозной прерыватель

Промежуточный контур с конденсаторами, резистором продолжительной разрядки и устройством контроля замыкания на землю

Выходы постоянного тока четырехквадрантных регуляторов питают промежуточный контур постоянного тока.

К каждому промежуточному контуру постоянного тока подключается

  • конденсатор промежуточного контура для накопления энергии и сглаживания напряжения промежуточного контура;
  • импульсный инвертор для питания двух параллельно подключенных тяговых двигателей;
  • тормозной прерыватель для подключения тормозного резистора, чтобы погасить излишнюю энергию промежуточного контура в случае невозможности ее передачи в контактную сеть;

Дополнительно, один из промежуточных контуров имеет шины для подключения преобразователя собственных нужд (ПСН).

При выключении тягового преобразователя, конденсаторы промежуточного контура при помощи тормозного прерывателя разряжаются через тормозной резистор.

Конденсаторы промежуточного контура

Конденсаторы звена постоянного тока необходимы для запасения энергии в звене постоянного тока, сглаживания и снижения пульсаций напряжения шины постоянного тока. Поскольку потребление энергии инвертором является импульсным, использование конденсаторов звена постоянного позволяет снизить пульсации тока и избавить сеть от излишней нагрузки.

Каждый конденсатор промежуточного контура (C1, С2) состоит из двух отдельных конденсаторов. Конденсаторы емкостью 1 мФ (С1.1 и С2.1) монтируются непосредственно на шине промежуточного контура. Конденсаторы емкостью 2 мФ (С1.2 и С2.2) подключены параллельно конденсатору емкостью 1 мФ. Конденсаторы накапливают энергию и стабилизируют напряжение в промежуточном контуре, а так же обеспечивают обмен реактивной составляющей с источником питания для формирования магнитных полей в двигателе.

Конденсаторы промежуточного контура

Рисунок 10.13 - Конденсаторы промежуточного контура (слева С1.1 и С2.1 на 1 мФ, справа С1.2 и С2.2 на 2 мФ)

Резистор продолжительной разрядки

Резистор продолжительной разрядки (R11, R21) представляет собой высокоомную нагрузку, подключенную параллельно конденсатору звена постоянного тока. Резисторы продолжительной разрядки монтируются на электрической шине промежуточного контура (рисунок 10.14).

Резисторы продолжительной разрядки обеспечивают разрядку конденсаторов промежуточного контура после выключения тягового преобразователя.

ВНИМАНИЕ! ЕСЛИ ТЯГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОТКЛЮЧАЕТСЯ ВВИДУ НЕПОЛАДОК, НАПРЯЖЕНИЕ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОНТУРЕ НЕ ПАДАЕТ. В ЭТОМ СЛУЧАЕ РЕЗИСТОРЫ ПРОИЗВОДЯТ РАЗРЯДКУ КОНДЕНСАТОРОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТУРА НА ПРОТЯЖЕНИИ НЕСКОЛЬКИХ ЧАСОВ.

Резистор продолжительной разрядки

Рисунок 10.14 - Резистор продолжительной разрядки

Устройства контроля замыкания на землю

Устройство контроля замыкания на землю состоит из датчиков тока В1, В2 и В15, В25 типа Lem LF 2005.

Датчики тока представляют собой трансформатор тока, который не имеет собственной первичной обмотки, а ее рель выполняет токоведущая шина (кабель), проходящая через внутреннее окно магнитопровода. На магнитопровод намотана вторичная обмотка, с которой, системой управления тягового преобразователя снимаются показания о величине тока в цепи (рисунок 10.15).

Датчик тока 2000А

Рисунок 10.15 - Датчик тока 2000А

А. Контроль короткого замыкания при питании тягового преобразователя напряжением постоянного тока

Для определения короткого замыкания на землю используется принцип измерения дифференциального тока (тока утечки), являющегося разностью токов, протекающих через входную и выходную шину звена постоянного тока.

Схема включает в себя два датчика тока, установленных на положительной (Bl (В2)) и отрицательной (В15 (В25)) шинах звена постоянного тока, и логического устройства сравнения, находящегося в блоке управления тяговым преобразователем (ASG) (рисунок 10.16).

Схема регистрации короткого замыкания

Рисунок 10.16 - Схема регистрации короткого замыкания

Схема регистрации короткого замыкания

Рисунок 10.16 - Схема регистрации короткого замыкания

Датчики тока измеряют прямой и обратный ток на входе преобразователя. При коротком замыкании возникает ток утечки, который не регистрируется датчиком В15 (В25), установленном в «минусовой» шине. Если короткое замыкание является низкоомным, и в результате дифференциальный ток между обоими датчиками выходит за заданный диапазон, определяется короткое замыкание и происходит отключение тягового преобразователя.

Б. Контроль короткого замыкания при питании тягового преобразователя напряжением однофазного переменного тока

Для определения короткого замыкания на землю, осуществляется контроль тока в «минусовой» цепи. Для этого используется датчик тока В15 (В25), установленный между отрицательным потенциалом промежуточного контура тягового преобразователя и потенциалом «минусовой» цепи, проходящим через датчик тока, а также логического устройства в блоке управления приводом (ASG).

Согласно электрической схеме тягового преобразователя, «минусовая» шина промежуточного контура всегда соединена с устройствами (датчиками) заземления электропоезда. При этом, при питании переменным напряжением, ток по этой цепи течь не должен, так как потребление энергии осуществляется по цепям от тягового трансформатора.

Датчик тока В15 (В25) измеряет протекающий ток между заземлением и отрицательным потенциалом шины звена постоянного тока. При коротком замыкании возникает ток утечки, который измеряется датчиком тока и регистрируется системой управления тягового преобразователя (ASG). Если короткое замыкание является низкоомным и измеренный ток выходит из определенного диапазона, определяется короткое замыкание и происходит отключение тягового преобразователя (рисунок 10.17).

Схема регистрации короткого замыкания

Рисунок 10.17 - Схема регистрации короткого замыкания

Импульсный инвертор

Импульсный инвертор обеспечивает регулирование амплитуды и частоты выходного напряжения, прикладываемого к зажимам тяговых электродвигателей. В тяговом преобразователе расположено два импульсных инвертора (К11, К21), каждый из которых обеспечивает питание двух параллельно подключенных тяговых электродвигателей. Импульсные инверторы имеют жидкостное охлаждение.

Импульсный инвертор состоит из шести ключевых элементов на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Элементы собраны в три полумоста, по два транзистора в каждом. Параллельно каждому ключевому транзистору устанавливаются диоды, которые обеспечивают протекание обратного тока при закрытии транзистора (рисунок 10.18).

Каждый полумост формирует на выходе напряжение переменного тока заданной частоты и амплитуды. Три полумоста импульсного инвертора позволяют сформировать на выходах напряжение трехфазного переменного тока (фазы U, V или W) для питания тяговых электродвигателей. Амплитуда выходного напряжения регулируется посредством изменения ширины импульса выходного напряжения.

Принципиальная схема трехфазного импульсного инвертора

Рисунок 10.18 - Принципиальная схема трехфазного импульсного инвертора: А4, А5, А6 - полумосты инвертора; Cd - конденсаторы звена постоянного тока; Ud - напряжение постоянного тока с выхода четырехквадрантного преобразователя; U, V, W - выходные фазы инвертора.

Принципиальная схема трехфазного импульсного инвертора

Принципиальная схема трехфазного импульсного инвертора

Каждый полумост импульсного инвертора, поочередно подключаясь к положительному или отрицательному потенциалу промежуточного контура, формирует одну фазу переменного тока. Чтобы создать электрической ток в индуктивной нагрузке, фазы инвертора должны быть подключены к разным потенциалам промежуточного контура. Последовательное подключение трех полумостов, то к положительному, то к отрицательному потенциалу промежуточного контура, формируется трехфазное выходное напряжение. При этом каждая фаза поочередно подключится к положительному и отрицательному потенциалу промежуточного контура со сдвигом на одну треть периода относительно другой фазы.

Максимальное действующее значение выходного напряжения на выходе формируется, когда каждая фаза постоянно подключена к промежуточному контуру. Пример такого режима работы показан на рисунке 10.19. Здесь на первых двух диаграммах показаны фазные напряжения для фаз U и V. На нижней диаграмме показана форма линейного напряжения. Кривая зеленого цвета отображает форму смоделированного сигнала. Максимально возможная амплитуда выходного напряжения в цепи двигателей зависит от напряжения промежуточного контура Ud.

Диаграммы выходных напряжений импульсного инвертора при максимальной амплитуде

Рисунок 10.19 - Диаграммы выходных напряжений импульсного инвертора при максимальной амплитуде

Для того чтобы величина действующего значения выходного напряжения изменялась от нуля до максимума, напряжение промежуточного контура Ud прикладывается к нагрузке не постоянно, а короткими импульсами. Регулируя продолжительность этих импульсов, можно изменять величину действующего значения выходного напряжения. При этом длительность импульсов напряжения выбирается таким образом, чтобы обеспечить форму напряжения на нагрузке, наиболее приближенную к синусоидальной и обеспечить минимальное падение напряжения в инверторе. Частота чередования импульсов при этом, как правило, остается постоянной. На рисунке 10.20 показан пример широтно-импульсного модулирования (ШИМ) напряжения.

Диаграммы выходных напряжений импульсного инвертора при широтно-импульсном модулировании

Рисунок 10.20 - Диаграммы выходных напряжений импульсного инвертора при широтно-импульсном модулировании

Блок управления приводом (ASG)

Блок управления приводом (ASG) контролирует, управляет и регулирует работу тягового преобразователя. Блок управления приводом (К100, К200) состоит из вычислительных и измерительных узлов, размещенных в корпусе в виде вставных блоков. Под каждым блоком находится вентиляционный канал для охлаждения блока управления.

Блок управления приводом (ASG)

Рисунок 10.21 - Блок управления приводом (ASG)

Блок управления приводом (ASG)

Блок управления приводом (ASG)

Цепь питания преобразователя собственных нужд

Электропитание преобразователя собственных нужд осуществляется от промежуточного контура тягового преобразователя.

В цепь питания ПСН входят (рисунок 10.22):

  • плавкий предохранитель (F86);
  • размыкающий контактор (Q85);
  • датчик тока на 500 А (В81).
Схема подключения ПСН

Рисунок 10.22 - Схема подключения ПСН: В81 - датчик тока; С1 - конденсаторы звена постоянного тока; С, D - выходы к ПСН; F86 - плавкий предохранитель; Q85 - размыкающий контактор.

Схема подключения ПСН

Схема подключения ПСН: В81 - датчик тока; С1 - конденсаторы звена постоянного тока; С, D - выходы к ПСН; F86 - плавкий предохранитель; Q85 - размыкающий контактор.

Плавкий предохранитель (F86) (рисунок 10.23) защищает цепи питания ПСН от превышения входного тока.
Плавкий предохранитель ПСН (F86)

Плавкий предохранитель ПСН (F86)

Плавкий предохранитель ПСН (F86)

Размыкающий контактор (Q85) разрывает цепь питания ПСН при сбое в работе преобразователя собственных нужд (рисунок 10.24).

Размыкающий контактор ПСН (Q85)

Рисунок 10.24 - Размыкающий контактор ПСН (Q85)

Расположение размыкающего контактора ПСН и контактора предварительного заряда

Расположение размыкающего контактора ПСН и контактора предварительного заряда

Датчик тока (В81) осуществляет измерение тока преобразователя собственных нужд. Датчики тока представляют собой трансформатор тока, который не имеет собственной первичной обмотки, а ее рель выполняет токоведущая шина (кабель), проходящая через внутреннее окно магнитопровода. На магнитопровод намотана вторичная обмотка, с которой, системой управления тягового преобразователя снимаются показания о величине тока в цепи (рисунок 10.25).

Датчик тока на 500А (В81)

Рисунок 10.25 - Датчик тока на 500А (В81)

Прочее оборудование тягового преобразователя

Датчики давления и датчики температуры

Датчики давления (В100, В200) предназначены для измерения уровня давления в питающем трубопроводе охлаждающей жидкости (рисунок 10.26). Датчики преобразуют давление жидкости в электрический сигнал, и передают его в блок управления приводом (ASG). Датчики температуры (В110, В210) измеряют температуры охлаждающей жидкости в питающем трубопроводе и передают ее значение в блок управления приводом (ASG). Датчики температуры выполнены на основе резистивных термометров РТ100 (рисунок 10.26).

Датчик давления

Рисунок 10.26 - Датчик давления: 1 - датчики давления; 2 - датчики температуры; 3 - фланец подключения питающего контура охлаждения.

Блок питания

Блок питания (К110, К210) преобразует напряжение цепей управления электропоездом 110В в напряжение 24 В для питания блока управления приводом (ASG) (рисунок 10.27).

Блок питания

Рисунок 10.27 - Блок питания

ЭМС-конденсаторы

С помощью ЭМС-конденсаторов (С11, С12, С21, С22) в соответствии с концепцией электромагнитной совместимости реализуется функция отвода синфазных помех (помехи, обусловленные разностью потенциалов в цепях заземления).

ЭМС-конденсаторы

Рисунок 10.28 - ЭМС-конденсаторы: 1 - ЭМС-конденсаторы

Вспомогательные контакторы

Вспомогательные контакторы - это электромагнитные контакторы с размыкающими и замыкающими контактами (рисунок 10.29).

Вспомогательные контакторы обеспечивают подачу питания на катушки сетевых контакторов, а также на двигатели системных переключателей тягового преобразователя:

  • вспомогательные контакторы Q11, Q12 - обеспечивают питание двигателя системного переключателя Q1;
  • вспомогательные контакторы Q21, Q22 - обеспечивают питание двигателя системного переключателя Q2;
  • вспомогательный контактор Q15 - обеспечивает питание катушки сетевого контактора Q10;
  • вспомогательный контактор Q25 - обеспечивает питание катушки сетевого контактора Q20.
Вспомогательные контакторы

Рисунок 10.29 - Вспомогательные контакторы

Линейный пожарный извещатель с концевым нагрузочным резистором

Линейный пожарный извещатель это провод, проложенный во всех отсеках тягового преобразователя и реагирующий на повышение температуры.

Термокабель линейного пожарного выключателя представляет собой витую пару, выполненную из стального провода. Каждый провод (30810 и 30811) покрывается теплочувствительным полимером, а затем скручиваются вместе в витую пару. Свободные концы витой пары соединены при помощи нагрузочного резистора (R300) на 2,2 кОм.

При достижении определенной температуры, чувствительная к нагреву изоляция нарушается, провода витой пары под действием внутреннего напряжения соединяются, происходит замыкание и в блок управления приводом (ASG) формируется сигнал о возгорании и происходит запуск системы пожаротушения.

Нагрузочный резистор и линейный пожарный извещатель

Рисунок 10.30 - Нагрузочный резистор и линейный пожарный извещатель: 1 - нагрузочный резистор; 2 - линейный пожарный извещатель.

Промежуточные трансформаторы

Промежуточные трансформаторы устанавливаются между вторичной (тяговой) обмоткой главного трансформатора и блоком управления привода (ASG). Промежуточный трансформатор (Т3) преобразует ток контактной сети, для определения потребляемой мощности и измерения гармонических токов. Промежуточные трансформаторы (T1, Т2) преобразуют входное напряжение контактной сети (рисунок 10.31).

 

Промежуточные трансформаторы

Рисунок 10.31 - Промежуточные трансформаторы (слева Т3, справа Т1 и Т2)

Промежуточные трансформаторы

Датчики тока

Датчики тока В11 (В21) и В12 (В22) предназначены для измерения тока в шинах U и V импульсных инверторов.

Датчики тока представляют собой трансформатор тока, который не имеет собственной первичной обмотки, а ее роль выполняет токоведущая шина (кабель), проходящая через внутреннее окно магнитопровода. На магнитопровод намотана вторичная обмотка. Система управления тягового преобразователя снимает со вторичной обмотки показания о величине тока в измеряемой цепи (рисунок 10.32).

Датчик тока 200A

Рисунок 10.32 - Датчик тока 200A (B11 (В21) и В12 (В22))

Датчики напряжение

Датчики напряжения В13 (В23), В14 (В24), В16 и (В26) предназначены для измерения постоянного или переменного напряжения до 4,8 кВ в звене постоянного тока и на входе постоянного напряжения (рисунок 10.33).

Датчик напряжения

Рисунок 10.33 - Датчик напряжения

Защитные диоды

При выходе из строя фазового модуля защитные диоды (R1, R2) препятствуют возникновению недопустимо высокой нагрузки на обратные диоды (рисунок 10.34). Эти диоды установлены в промежуточном контуре, за силовыми модулями.

Защитный диод

Рисунок 10.34 - Защитный диод

Фильтр блока управления приводом

Фильтр (V100, V200) (рисунок 10.35), установленный на входе цепей питания 110 В, препятствует проникновению помех от внешних цепей в блок управления приводом (ASG).

Фильтр блока управления приводом

Рисунок 10.35 - Фильтр блока управления приводом

Система обогрева

Тяговый преобразователь и его компоненты рассчитаны на работу при температуре до минус 40 °C. При температурах ниже минус 40 °C, компоненты внутри тягового преобразователя эксплуатируются при дополнительном обогреве блока управления приводом (ASG) и модулей биполярных транзисторов с изолированным затвором. Система обогрева обеспечивает повышению температуры внутри тягового преобразователя на 10 °C выше, чем температура окружающей среды.

Включение и отключение системы обогрева внутри тягового преобразователя в зависимости от температуры окружающей среды осуществляется блоком управления тягового преобразователя.

Конструкция системы состоит из трех узлов: А160 и А180 (обогрев блока управления приводом (ASG)) и А170 - обогрев силовых модулей. Каждый узел состоит из трех резисторов, подключенных последовательно, и вентиляторов МП - Ml6. Вентиляторы используются для циркуляции внутри тягового преобразователя воздуха, нагретого резисторами.

Работа

При питании электропоезда от контактной сети, электрифицированной на однофазном переменном токе

Каждая вторичная (тяговая) обмотка главного трансформатора питает один четырехквадрантный регулятор силовых модулей K1 (К2) тягового преобразователя. Перед силовыми модулями включены устройства предварительного заряда, состоящие из контактора Q100 (Q200) и резистора R10 (R20). После зарядки промежуточного контура, замыкаются сетевые контакторы Q10 (Q20). В случае неисправности одного из двух силовых контуров питания, он отключается от вторичной обмотки главного трансформатора сетевым контактором. При этом другой силовой контур продолжает работать.

Четырехквадрантный регулятор каждого силового модуля K1 (К2) питает промежуточный контур и вырабатывает необходимое постоянное напряжение в зависимости от режима эксплуатации поезда.

Импульсный инвертор К11 (К21) обеспечивает необходимую амплитуду и частоту трехфазного напряжения, прикладываемого к зажимам тяговых электродвигателей.

При питании электропоезда от контактной сети, электрифицированной на постоянном токе

В режиме питания от сети постоянного тока, энергоснабжение тягового промежуточного контура осуществляется непосредственно от контактной сети через быстродействующий выключатель, обмотку реактора 5.1 - 5.2 главного трансформатора, силовые контакторы системного переключателя Q1.1 (Q2.1) тягового преобразователя, вторичную обмотку главного трансформатора, устройство предварительного заряда с сетевым контактором и силовые контакторы системного переключателя Q1.2 (Q2.2). Активные входные регуляторы при данной схеме питания не требуются. Дополнительно к индуктивности обмотки реактора главного трансформатора используется индуктивность рассеяния его вторичных обмоток.

Работа импульсного инвертора не отличается от режима работы при питании от сети переменного тока.

Работа тормозного регулятора

Если в режиме электрического торможения, если напряжение контактной сети менее ЭДС вырабатываемой тяговыми электродвигателями, энергия торможения преобразуется в тепло в тормозном резисторе при помощи тормозного регулятора силового модуля K1 (К2).

Контроль замыкания на землю осуществляется посредством измерения тока между минусовым потенциалом звена постоянного тока тягового преобразователя (датчики тока B1 (В2)) и заземлением поезда (датчики тока В15 (В25)). В случае регистрации замыкания на землю, соответствующая обмотка тягового трансформатора (два тяговых двигателя) автоматически отключается так, чтобы дальнейшая эксплуатация была возможна с помощью оставшихся тяговых двигателей (рисунок 10.36).

Структурная схема тягового преобразователя

Рисунок 10.36 - Структурная схема тягового преобразователя

Структурная схема тягового преобразователя

Структурная схема тягового преобразователя

Вспомогательное пневматическое оборудование

2023 © Максим Веселов. Все права защищены. Сетевое издание «Машинист электропоезда», зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, свидетельство о регистрации ЭЛ № ФС77-83739 от 12.08.2022 г.

Ограниченная ответственность. Материалы, размещенные на этом Интернет-сайте взяты из открытых источников и размещены на безвозмездной основе. Копирование информации из одного открытого источника в другой не является нарушением авторских и смежных прав.