WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 41 |

Перспективными являются системы, при которых в качестве тяговых используются бесколлекторные двигатели - асинхронные или синхронные (вентильные).

Если в системе тяги постоянного тока поднять напряжение в контактной сети в 2–3 раза, то при использовании тиристорного управления работой тяговых двигателей, помимо экономии энергии при пуске, уменьшения количества аппаратуры управления э.п.с., снизится стоимость сооружения и эксплуатации системы электроснабжения. На электрифицированных участках при повышенном в несколько раз напряжении в контактной сети будет меньше тяговых подстанций, возрастет скорость движения поездов и пропускная способность участков по условиям электроснабжения.

Перевод участков железных дорог с 3 на 6 кВ и более не может быть осуществлен сразу на всей сети железных дорог; в первую очередь это целесообразно выполнить для наиболее грузонапряженных участков, на которых не хватает пропускной способности по условиям электроснабжения при напряжении 3 кВ.

Примыкающие к ним относительно малодеятельные участки могут продолжать работать при напряжении в контактной сети 3 кВ.

При переходе с участка, имеющего в контактной сети напряжение кВ, на участок с напряжением 3 кВ электровоз можно не менять, а выключить на нем половину преобразователя энергии, благодаря чему он и будет работать на напряжении 3 кВ. Наоборот, при переходе с участка с напряжением 3 кВ на участок с напряжением 6 кВ на электровозе включают вторую половину преобразователя.

Этот принцип кратного дробления мощности преобразователя энергии на электровозе может быть использован и при напряжении в контактной сети 12 и 24 кВ постоянного тока.

Повышать напряжение в контактной сети сверх 24 кВ при существующих устройствах электроснабжения уже невыгодно: резко возрастают стоимость устройств и их техническое обслуживание, а также потери энергии как в системе электроснабжения, так и на э.п.с.

Возможна и другая перспективная система тяги постоянного тока при напряжении в контактной сети 6 кВ и более. В этом случае постоянный ток контактной сети с помощью специальных преобразователей, устанавливаемых на э.п.с., преобразуется в трехфазный (или более) переменный ток высокого напряжения регулируемой частоты, на котором работают трехфазные асинхронные тяговые двигатели. Предполагается одновременно плавное бесконтактное регулирование напряжения и режимов работы этих двигателей.

Для практического осуществления такой системы (рис. 1.19) преобразователи должны быть выполнены на высоковольтных тиристорах.

Асинхронные тяговые двигатели должны быть рассчитаны на напряжение, например, 6 или 12 кВ и более. Подобные двигатели на напряжение 10 кВ мощностью 1000 кВ серийно выпускает промышленность. Однако следует помнить, что тяговые двигатели э.п.с. являются машинами предельного исполнения, т.е. такими, у которых должно быть обеспечено использование конструктивных, технологических и эксплуатационных возможностей при сохранении необходимой надежности. При разработке асинхронных фазных тяговых двигателей целесообразно для расширения диапазона регулирования их характеристик предусмотреть включение в цепь ротора конденсаторов. Меняя их емкость, можно существенно изменять не только вращающий «момент двигателя, но и энергетические показатели системы тяги в зависимости от скорости движения как в тяговом режиме, так и при рекуперации.

Рис. 1.19. При системе тяги постоянного ток, предусматривающей преобразование его в переменный, на электровозе установлены для питания автономный инвертор 1, трансформатор 2, преобразователь однофазного тока в многофазный 3, асинхронный тяговый двигатель Однако при таком способе увеличения вращающего момента тягового двигателя, а следовательно, и тока ротора существенно возрастает нагрев его обмоток. Поэтому для обеспечения электрической прочности обмоток двигателя нужно использовать более теплостойкую по сравнению с существующей изоляцию обмоток, например полиамидную, и, кроме того, интенсивную систему охлаждения двигателей.

Известен и другой вариант системы электрической тяги постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями при напряжении в контактной сети 6; 12 кВ и более. В этом случае на электровозе имеется специальный преобразователь энергии постоянного тока с напряжением контактной сети в энергию постоянного же тока, но напряжением 3 кВ. Эта энергия постоянного тока поступает на вход автономного инвертора напряжения, вырабатывающего трехфазный ток для питания асинхронных тяговых двигателей.

Принципиальная схема такой системы электрической тяги представлена на рис. 1.20. Такой электровоз является двухсистемным: он может работать на электрифицированном участке постоянного тока с напряжением в контактной сети как 12, так и 3 кВ. В заключение отметим, что по мере новых успехов различных отраслей науки и техники, и прежде всего электроники, преобразовательный и микропроцессорной техники будет происходить все более обстоятельная переоценка свойств и техникоэкономических показателей каждого вида тяги. Несомненно, это приведет к новым предложениям по дальнейшему совершенствованию существующих и созданию новых, более экономичных систем тяги.

Рис. 1.20. Электровоз, предназначенный для работы на участках постоянного тока с напряжением 3 и 12 кВ, имеет следующие основные узлы: преобразователь 1 постоянного тока напряжением 12 кВ в постоянный ток напряжением 3 кВ, автономный инвертор 2, асинхронный тяговый двигатель 3 (штриховые линии – система тяги при напряжении 3 кВ постоянного тока в контактной сети) Однако пока развитие электрической тяги осуществляется в рамках существующих систем постоянного и переменного тока. Главная задача состоит в реализации э.п.с. с асинхронными двигателями.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 2.1 Основные элементы силовой цепи э.п.с. постоянного тока Электрический подвижной состав оборудован электрическими аппаратами для регулирования реализуемой им силы тяги и скорости поезда, а также для изменения направления движения (реверсирования) и защиты от аварийных и других опасных режимов. Электрическая цепь электровоза или моторного вагона содержит тяговые электродвигатели и аппараты для их регулирования и защиты, начиная от токоприёмника для снятия энергии с контактной сети и кончая заземляющим устройством на колёсной паре; она называется силовой цепью. Графическое изображение этой электрической цепи при помощи условных обозначений называется схемой электрической цепи (электрической схемой). Термины «электрическая цепь» и «электрическая схема» имеют различное значение и их не следует путать.

Электрическая цепь – это совокупность электрических машин, преобразователей электроэнергии, аппаратов, приборов и соединяющих их проводов, образующих пути для протекания электрического тока регулируемой величины.

Электрическая схема – это чертеж электрической цепи, выполненный при помощи условных обозначений, согласно действующим метрологическим стандартам.

На упрощенной электрической схеме силовой цепи э.п.с. постоянного тока с четырьмя тяговыми электродвигателями (рис. 2.1) якорные обмотки тяговых электродвигателей вместе с коллекторно-щёточным аппаратом обозначены Я1, Я2. ЯЗ и Я4, а обмотки возбуждения главных полюсов этих электродвигателей – К1, К2. КЗ и К4. Ниже дано краткое описание основных элементов этой схемы.

Рис. 2.1. Упрощённая электрическая схема силовой цепи э.п.с. постоянного тока Тяговый электродвигатель является главным компонентом силовой цепи электровоза или моторного электровагона. Рассмотрим схему электрических соединений обмотки якоря и обмоток возбуждения полюсов (рис. 2.2). Обмотки полюсов в корпусе тягового двигателя соединены последовательно так, что при протекании тока по этой цепи северные N и южные S полюса чередуются. Начало и конец этой цепи обозначают соответственно К и КК. Неподвижные обмотки полюсов электрически соединены с вращающейся обмоткой якоря тягового двигателя в последовательную цепь через щетки Щ1–Щ4, прижатые щёткодержателями к цилиндрической поверхности коллектора. Количество этих щеток равно числу полюсов электродвигателя. К щеткам присоединены провода, соединяющие обмотку якоря с другими элементами силовой электрической цепи двигателя и электроподвижного состава в целом. Чтобы различать начало и конец обмотки якоря, их обозначают соответственно Я и ЯЯ. Таким образом, независимо от числа главных полюсов (обычно 4–8) тяговый электродвигатель имеет четыре выводных внешних провода: К и КК от обмотки возбуждения, Я и ЯЯ от обмотки якоря, т.е. от щёток.

Рис. 2.2. Схема электрических соединений обмотки якоря и обмоток возбуждения тягового электродвигателя В тяговом электродвигателе (рис. 2.3) на внутренней поверхности корпуса остова 1, отлитого из стали, болтами закреплены сердечники главных полюсов 4 и 9, на которых расположены катушки 3 и 8 обмотки возбуждения. Сердечник якоря 7 и коллектор 11 напрессованы на вал 6, который вращается в роликовых подшипниках 5, установленных в подшипниковых щитах 12. На остове предусмотрены щеткодержатели 10, количество которых равно числу щёток или числу главных полюсов. При работе электродвигателя по его якорной обмотке и обмотке возбуждения протекает электрический ток, создающий вращающий момент, но при этом вызывающий потери энергии в двигателе и нагревание обмоток. Для охлаждения двигателя в его остове предусмотрен патрубок 2, по которому в электровозах поступает воздух от вентилятора, установленного в кузове электровоза. Тяговые двигатели электровозов постоянного тока имеют мощность 500–1000 кВт при номинальном напряжении 1500 В. Изоляция обмоток относительно остова выполнена на максимальное напряжение контактной сети 4000 В.

Рис. 2.3. Тяговый электродвигатель постоянного тока При напряжении контактной сети 3000 В включают последовательно не менее двух двигателей. Тяговые двигатели электропоездов пригородного сообщения имеют мощность до 200–300 кВт при номинальном напряжении у электропоездов старых выпусков 1500 В (электропоезд ЭР2), как и на электровозах. Но на электропоездах последующих выпусков (ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2Т, ЭД4, ЭД4М, ЭД4МК, ЭР200) установлены тяговые двигатели с номинальным напряжением 750 В, что облегчает реализацию электрического торможения – рекуперативного и реостатного, когда тяговые двигатели работают в генераторном режиме. В силовой цепи этих электропоездов последовательно включено не менее четырех двигателей. Это позволяет снизить межламельное напряжение на коллекторе и значительно повышает надёжность двигателя.

Тяговые двигатели вагонов метрополитена получают питание от контактного рельса (825 В) и имеют мощность до 100 кВт при номинальном напряжении 412,5 В. На городском электротранспорте (трамвай и троллейбус) тяговые двигатели мощностью 50–90 кВт питаются от сети напряжением 600–800 В.

Токоприемник Тп, установленный на крыше кузова электровоза или моторного вагона (см. рис. 2.1), подает питание на силовую цепь э.п.с. Он обеспечивает надежный непрерывный контакт движущегося электровоза или моторного вагона электропоезда с контактным проводом. Для этого пружинный механизм токоприемника создает постоянную силу нажатия контактного элемента независимо от высоты подвеса контактного провода.

Основание 1 токоприемника (рис. 2.4) опирается через изоляторы 2 на крышу кузова электровоза или моторного вагона. Вокруг шарниров 5 могут поворачиваться нижние рычаги 6 подвижной рамы токоприемника, соединенные шарнирами 7 с верхними рычагами 8, на которых упруго закреплены один или два полоза 9, скользящие, при движении поезда, по контактному проводу. Полозы 9 имеют графитовые или медные накладки, прижатые к контактному проводу и образующие с ним скользящий электрический контакт. Подъем токоприемника в рабочее положение выполняет пружина 3, которая поворачивает рычаги 6. Для опускания токоприемника в нерабочее положение предусмотрена более сильная опускающая пружина 4, которая при поднятом токоприемнике заблокирована пневматическим цилиндром 10. Если же из последнего выпустить сжатый воздух, то опускающая пружина 4 преодолеет усилие более слабой подъемной пружины 3 и опустит токоприемник в нерабочее положение.

Рис. 2.4. Токоприемник (а) и его кинематическая схема (б) Токоприемники э.п.с. постоянного и переменного тока имеют незначительные различия. При одинаковой мощности э.п.с. ток, потребляемый из контактной сети постоянного напряжения 3 кВ больше примерно в 8 раз, чем для переменного напряжения 25 кВ. Поэтому токоприемники постоянного тока имеют более высокую силу нажатия на контактный провод до 180 Н, а для переменного тока достаточно нажатия 60–90 Н. Рассмотренная конструкция токоприемника хорошо работает при скоростях до 160 км/ч. Для скоростного подвижного состава (до 300 км/ч) используют токоприемники специальной конструкции со строго стабилизированным нажатием. Они обеспечивают хороший токосъем при любых скоростях, но при строго постоянной высоте контактного провода, что достигается применением специальных контактных подвесок, которые будут рассмотрены ниже.

Аппараты силовой цепи э.п.с. находятся под напряжением свыше 1000 В и прикосновение к ним в рабочем состоянии опасно для жизни.

Кроме того, в этих аппаратах протекают токи, измеряемые сотнями и даже тысячами ампер, так что для надежной работы аппарата его контакты должны быть прижаты друг к другу силой 200–500 Н. Эти два обстоятельства исключают возможность переключения аппаратов непосредственно усилием руки машиниста. Поэтому на э.п.с. применяют косвенное управление, при котором все аппараты силовой цепи имеют пневматические или электрические приводы для перемещения подвижных контактов, а машинист в кабине управления переключает только цепи управления этими приводами, по которым протекают небольшие токи около 1 А при напряжении 50 или 110 В. Косвенное управление имеет следующие преимущества: переключение цепей управления не требует от машиниста значительных физических усилий; размещение высоковольтных электрических аппаратов силовой цепи в закрытой и заблокированной высоковольтной камере исключает возможность попадания людей под напряжение; имеется возможность управлять из одной кабины несколькими сцепленными вместе электровозами или моторными вагонами (система многих единиц); возможна полная автоматизация процессов управления.

Принцип косвенного управления реализуется силовыми контакторами.

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 41 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.