Электрические схемы силовых цепей.

В схеме силовых цепей электровоза 2ЭС10 (черт. 2ЭС10.00.000.000 Э3) можно выделить следующие основные цепи:

- цепи тяговых электроприводов;

- цепи вспомогательных машин и аппаратов.

Цепи вспомогательных машин и аппаратов одной секции представляют собой цепи питания электродвигателей и устройств для обеспечения бесперебойной работы основных узлов и аппаратов, таких как:

- тяговый преобразователь;

- тяговый электродвигатель;

- тормозной резистор;

- дроссель сетевого фильтра;

- тормозное оборудование.

Цепи тяговых электроприводов.

Цепи тяговых электроприводов одной секции представляют собой цепи питания четырех асинхронных тяговых электродвигателей от инверторов тяговых преобразователей. Дополнительно каждый тяговый преобразователь оснащен инвертором для питания вспомогательных машин и аппаратов. Тяговые преобразователи между собой соединены параллельно и подключены к контактной сети напряжением 3 кВ.

Цепи питания тяговых преобразователей снабжены всеми необходимыми устройствами коммутации, защиты и измерения. К каждому тяговому преобразователю подключен тормозной резистор.

На рисунке 2.1 представлена электрическая схема цепей тяговых электроприводов одной секции.

Для осуществления электрического соединения между контактным проводом сети постоянного напряжения 3 кВ и электрическим оборудованием каждая секция электровоза оснащена двумя токоприемниками ХА1, XA2.

Рисунок 2.1 – Электрическая схема цепей тяговых электроприводов одной секции.

После токоприемника в высоковольтную цепь включен входной LC-фильтр, предназначенный для снижения уровня радиопомех, создаваемых при токосъеме и при работе коммутационных аппаратов. Фильтр состоит из дросселя помехоподавления L1, L2, размещенного для каждой ветви токоприемника индивидуально и конденсаторов С1, С2.

Для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений в цепи токоприемника XA2 установлен ограничитель перенапряжений FV1. При

работе электровоза с поднятым первым и третьим токоприемником по ходу движения защиту от коммутационных и атмосферных перенапряжений осуществляет ограничитель перенапряжений установленный на второй секции.

Для отключения каждого токоприемника от силовых цепей электровоза в обесточенном состоянии служат дистанционные разъединители QS1, QS2.

Для заземления высоковольтной цепи при опущенных токоприемниках предназначен дистанционный заземлитель QS3.

Обе секции объединены электровоза гибким шунтом (003). Соединение осуществляется со стороны задней торцевой части.

Делители напряжения R11, R12, а также преобразователь напряжения код UZ1 являются устройствами контроля напряжения в контактной сети и предназначены для измерения напряжения контактной сети и передачи значений напряжения в микропроцессорную систему управления и диагностики (МПСУиД).

Для разрыва силовых цепей одной секции электровоза при возникновении токов короткого замыкания служит быстродействующий выключатель QF1. Ток уставки быстродействующего выключателя составляет 2900⁺¹⁰⁰_-200А.

Тяговый преобразователь (А1, А2) служит для преобразования электрической энергии 3кВ постоянного тока в трехфазное переменное напряжение регулируемой амплитуды и частоты. Количество тяговых преобразователей на одной секции электровоза – два, по одному преобразователю на два двигателя тележки.

Каждый тяговый преобразователь включает два импульсных инвертора (A_PRWA, A_PRWB) для питания двух тяговых электродвигателей, дополнительный инвертор для питания вспомогательного оборудования A_HBU и тормозной прерыватель A_BST.

Импульсный инвертер состоит из однофазных модулей. Инвертер обеспечивает трехфазное напряжение с регулируемой частотой и напряжением на выходных клеммах U, V, W.

При электрическом торможении энергия тягового электродвигателя преобразовывается в тепловую энергию, которая выделяется на тормозном резисторе R1, R2. Тормозной резистор является отдельным устройством.

Для соединения тягового преобразователя с контактной сетью используется контактор (размыкатель) линии питания Q4. Благодаря контактору линии питания преобразователь может быть изолирован от контактной сети. Таким образом, в случае неполадки неисправная система преобразователя может быть выведена из эксплуатации, не затрагивая другие рабочие узлы, например, другие тяговые преобразователи. Данный контактор линии питания может быть открыт только при нулевом токе; его нельзя открывать при замкнутом быстродействующем выключателе.

Устройство предварительного заряда подключено параллельно с контактором. Блок предварительного заряда включает контактор предварительного заряда К6 и резистор R31. При подключении преобразователя сначала через блок предварительной зарядки заряжается конденсатор цепи постоянного тока преобразователя С_DC, затем контактор линии питания замыкается. Благодаря этому сводится к минимуму пусковой ток, который возникает, если входное напряжение резко переключается на батарею разряженных конденсаторов. Контактор линии питания замыкается, как только напряжение звена постоянного тока превышает 95% теоретической конечной величины

Конденсаторы звена постоянного тока С_DC служат в качестве энергетического накопителя, сглаживающего и буферизующего напряжение цепи звена постоянного тока. Их необходимость обусловлена тем, что значения энергии на входе и на выходе различаются на малых временных масштабах. Поэтому можно сказать, что конденсатор энергетически отделяет магистраль питания от нагрузки. Батарея конденсатора звена постоянного тока состоит из пяти конденсаторов по 1 мкФ на каждый отдельный инвертор.

Шунтирующий вентиль CBH представляет собой короткозамкнутый тиристор, с собственной управляющей электроникой и прерывателем - так обычно выглядит жесткий шунтирующий вентиль. Жесткий шунтирующий вентиль используется только в очень критических ситуациях для биполярных транзисторов с изолированным затвором. Его задача состоит в оперативном разряде цепи звена постоянного тока и поглощении в течение определенного периода времени энергии с линии питания и электродвигателей во избежание повреждений других узлов. Шунтирующий вентиль закрывается по сигналу программного обеспечения тягового преобразователя. Условия срабатывания защиты включают следующие:

- сигнал об ошибке с генераторов стробирующих импульсов на биполярных транзисторах с изолированным затвором, (контроль за процессом установки тягового преобразователя);

- потеря питания 24 В на шунтирующий вентиль;

- отношение dv/dt в звене постоянного тока слишком высоко;

- избыточный ток на фазах электродвигателя.

В цепи каждого тягового преобразователя установлен сетевой фильтр, который создает помехоподавляющий контур для защиты от гармоник тока тягового преобразователя. Сетевой фильтр состоит из дросселя сетевого фильтра L3 (L4) и конденсатора С_NF. Каждый дроссель сетевого фильтра состоит двух реакторов 39 мГн и 3.15 мГн, соединенных последовательно со средней точкой и представляет собой отдельное устройство. Конденсатор С_NF емкостью 7.56 мФ включен в среднюю ветвь сетевого фильтра и расположен внутри соответствующего тягового преобразователя.

Для защиты от коммутационных перенапряжений в тяговых преобразователях служит ограничитель перенапряжений FV2.

Тормозной резистор R1, R2 служит для рассеивания электрической энергии в режиме реостатного торможения тягового электродвигателя, а также для снижения напряжения на входе ТП выше заданного уровня при рекуперативном торможении. Значение сопротивления каждого тормозного резистора составляет 5 Ом. Тормозные резисторы располагаются в съемных модулях крышевого оборудования секции.

Преобразователи постоянного напряжения в код (ПНКВ) UZ5, UZ6 предназначены для измерения значений тока в цепи каждого тягового преобразователя. Значения тока контролируются микропроцессорной системой управления и диагностики. Каждый преобразователь подключен к измерительному шунту RS1, RS2.

Тяговый электродвигатель М1…М4 является трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, с принудительной вентиляцией и рассчитан на использование в тяговом приводе с опорно-рамным подвешиванием. Тяговые электродвигатели служат для преобразования электрической энергии, получаемой с контактной сети, в механическую.

Цепи режима тяги.

Схемы составлены при наличии напряжения в контактной сети и поднятом токоприемнике.

Для подготовки электровоза к работе необходимо включить аккумуляторные батареи всех секций, закрыть двери шкафов высоковольтных аппаратов, шкафов быстродействующего выключателя, тяговых преобразователей и крышевые люки. При отсутствии воздуха в питающей системе электровоза, необходимо включить вспомогательные компрессоры.

После достижения необходимого давления сжатого воздуха поднимают токоприемники.

После поднятия токоприемников включают быстродействующие выключатели QF1 на всех секциях и запускают вспомогательные машины.

После включения быстродействующего выключателя QF1 при поднятых токоприемниках кратковременно замыкается контактор К6. Создается цепь зарядки конденсаторов постоянного тока преобразователя С_DC.

По завершению зарядки конденсаторов цепи постоянного тока замыкается контактор линии питания Q4. По команде контроллера машиниста инверторы тяговых преобразователей (A_PRWA, A_PRWB) начинают работать в режиме, который обеспечивает необходимую частоту и напряжение для вращения тяговых электродвигателей.