Схемы преобразования энергии электроподвижного состава, основные системы электроподвижного состава и их назначение

В Российской Федерации существует две системы питания электроподвижного состава электрической энергией:

1 Система постоянного тока. Когда ток поступает от тяговой подстанции в контактную сеть постоянно, напряжением 3 кВ, которая подразделяется на:

А) Контакторно-реостатную систему управления ЭПС

Преимущества данной системы:

- простая электрическая схема электроподвижного состава.

Недостатки:

- сравнительно малая величина рабочего напряжения, при котором тяговые токи достигают 1000 А;

- контактная сеть имеет большое сечение, что способствует увеличению расхода цветных металлов;

- увеличиваются расходы при строительстве контактных опор и их фундамента;

- усложнённая конструкция тяговых подстанций;

- расположение тяговых подстанций через 18 – 20 км;

- тяговые электродвигатели коллекторного типа;

- наличие пусковых реостатов увеличивает потери электроэнергии;

- толчки тока и силы тяги, при переходе с последовательного на последовательно-параллельное и параллельное соединение, могут вызвать обрыв в составе;

- невозможность плавного регулирования скорости;

- сложность рекуперации (когда двигатель работает в режиме генератора и отдает электрическую энергию в контактную сеть). Из-за перевода тяговых электродвигателей ТЭД на независимое возбуждение;

- склонность двигателей с последовательным возбуждением к повышенному буксованию, особенно на последовательном и последовательно-параллельном соединениях ТЭД.

Рис. 1 Принципиальная схема электроподвижного состава постоянного тока с контакторно-реостатным управлением: 1 – токоприёмник; 2 – пускорегулирующая аппаратура; 3 – тяговые двигатели; 4 колёсная пара, соединяющая цепь тяговых двигателей с рельсами; 5 – рельсы; 6 – отсасывающая линия; 7 – контактная сеть; 8 – тяговая подстанция выпрямления; 9 – районная сеть.

Применяется на электроподвижном составе постоянного тока серий: ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ10П, ЧС2, ВЛ-11, ВЛ-15 и т.д.

Б) Импульсно-тиристорную систему управления ЭПС. При данной системе отпадают почти все недостатки, присущие системе с контакторно-реостатным управлением, сложность заключается в микропроцессорном оборудовании, его настройки, обслуживании и ремонте.

Применяется на подвижном составе постоянного тока различных серий: ВЛ-10К; ЧС-2К и т. д.

Рис. 2 Принципиальная схема электроподвижного состава постоянного тока с импульсно-тиристорным управлением: 1 – токоприёмник; 2 – импульсный преобразователь; 3 – тяговые двигатели; 4 колёсная пара, соединяющая цепь тяговых двигателей с рельсами; 5 – рельсы; 6 – отсасывающая линия; 7 – контактная сеть; 8 – тяговая подстанция выпрямления; 9 – районная сеть.

2 Система переменного тока электроподвижного состава электрической энергии

Рис. 3 Система ЭПС однофазного переменного тока

А) Система ЭПС первого (однофазного тока) промышленной частоты 50Гц, номинальным напряжением 25кВ, с ТЭД пульсирующего тока.

Система однофазного тока с пульсирующими ТЭД получила наибольшее распространение в сравнении с системой постоянного тока, в силу ряда технико-экономических преимуществ.

Напряжение регулируется ступенчато за счёт числа витков вторичной обмотки трансформатора. В качестве преобразователя используется диодный мост. Большая величина напряжения в контактной сети позволяет уменьшить тяговые токи в сравнении с системой постоянного тока. Форма выпрямленного напряжения двухполупериодная.

Наличие пульсации тока ухудшает коммутацию двигателей, для её улучшения включают сглаживающий реактор, который своей индуктивностью сглаживает пульсацию выпрямленного тока и напряжения. Данная схема используется на ЭПС переменного тока серии ВЛ-80 различных модификаций и др.

Примечание: Если мост выполнить на тиристорах, то напряжение можно будет регулировать плавно.

Б) Система с трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

В соответствии с программой реорганизации железнодорожного транспорта РФ до 2030 года, данный привод будет являться преимуществом в новых сериях ЭПС.

Назначение инвертора в схеме ЭПС заключается:

- в необходимости преобразования постоянного тока после выпрямителя в систему трёхфазного тока, который будет питать статорную обмотку ТЭД;

- так как инвертор выполнен с применением тиристоров – это позволяет придать ему свойства регулятора частоты тока статорной обмотки (от 2 до 150 Гц).

- частотное регулирование позволяет менять обороты ротора плавно от 0 до max.

Данный метод является наиболее приемлемым, в сравнении с другими.

Рис. 4 Принципиальная схема электроподвижного состава трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором: 1 – токоприёмник; 2 – колёсная пара, соединяющая цепь обмотки высшего напряжения тягового трансформатора с рельсами; 3 – рельсы. В – выпрямитель. И – инвертор. АД – асинхронный трехфазный двигатель.

Самостоятельная работа:Провести сравнительный анализ систем ЭПС эксплуатируемый за рубежом.

Лекция 7