Рубрики
Силовые разъемы

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений Станислав Резников Денис Чуев Александр Савенков В статье

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений Станислав Резников
Денис Чуев
Александр Савенков

В статье предложена новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений. По главным аспектам данная структура представляется очень действенной для многообещающего жд транспорта.

Дизель-электропоезд представляет собой обычно четырехвагонный состав, создаваемый из 2-ух головных, оборудованных силовой дизель-генераторной установкой (ДГУ), моторного вагона с тяговыми электродвигателями и электротрансмиссией, также прицепного вагона.

На неэлектрифицированных либо аварийно-отключенных от подстанций участках питание тяговых электродвигателей поезда осуществляется от силовых ДГУ при помощи электротрансмиссии, а на электрифицированных — от контактного провода с напряжением 3±1 кВ через пантограф, аналогично электропоезду.

Электротрансмиссия позволяет отрешиться от сложной, трудозатратной по установке и обслуживанию схемы обычного дизель-поезда, в какой вращающий момент от дизеля передается через систему гидропередачи на механический групповой привод.

В последние годы на русских и забугорных электропоездах с питанием от контактной сети неизменного тока обширно используются тяговые схемы с импульсным регулированием, имеющие значительные достоинства по сопоставлению со схемами на базе реостатно-контакторного регулирования. Такое регулирование внедрено, к примеру, на российском электропоезде ЭМ-2И (при участии создателей) [1, 2, 3].

При разработке структур многообещающих тяговых схем дизель-электропоездов с импульсным регулированием нужно учитывать недочеты узнаваемых схем электропоездов и дизель-поездов с электротрансмиссией, выявленные в процессе их разработок и эксплуатации.

Основной неувязкой для тяговых схем всех электропоездов и электровозов с питанием от сети неизменного тока является защита электрического оборудования (сначала, тяговых движков) от перенапряжений. Неувязка имеет два нюанса:

  • Хорошим рабочим напряжением для коллекторных тяговых электродвигателей считается 750 В. Но как и раньше употребляются и устаревшие движки с напряжением 1500 В, существенно проигрывающие по надежности и эксплуатационным расходам. При сетевом напряжении 3±1 кВ в обоих случаях нужно использовать последовательное соединение движков. При всем этом, само мало, якорная обмотка 1-го из их оказывается под статическим потенциалом 4 кВ относительно корпуса. Выполнение изоляции в согласовании с обозначенным статическим потенциалом значительно усложняет, утяжеляет и удорожает конструкцию мотора, также понижает его надежность, срок службы и наращивает эксплуатационные расходы.
  • Другой нюанс является еще больше значимым. Он связан с трехкратным и поболее высоковольтным импульсным потенциалом в контактной сети, возникающим в штатной ситуации при аварийном выключении быстродействующего выключателя в примыкающей секции данного электропоезда либо присоединенного к той же подстанции электровоза. Специфичность дугогашения при выключении неизменного тока и при наличии не за-шунтированной диодиком индуктивности (к примеру, предвключенной L-сети) принципно просит неотклонимого значимого превышения потенциала сети в точке отключения над выходным потенциалом подстанции. Эффективность выключателя можно приближенно оценить величиной энергии дуги, рассеиваемой в дугогасительной камере:

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений

Для гипотетичного безупречного выключателя с прямоугольной формой графика зависимости напряжения дуги от времени обозначенный аспект приводит к значению [4]:

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений

где- Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений кратность квазистабильного напряжения дуги. Анализ реальных осциллограмм напряжений и токов в российских быстродействующих выключателях (с линейно нарастающим напряжением) приводит к плачевной приближенной зависимости [4]:

Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений

где Новенькая структура универсальной тяговой схемы дизель-электропоезда с импульсным регулированием и защитой от перенапряжений

из которой следует, что наибольшее напряжение дуги для надежного выключения в российских выключателях должно быть более чем трехкратным по отношению к выходному потенциалу подстанции (порядка 13,5 кВ). При нехорошем качестве дугогасительной камеры, также при шунтировании контактного провода ограничителями напряжения (энергоемкими варисторами либо емкостными накопителями), к примеру в примыкающих секциях электропоезда, может произойти невыключение тока аварийного недлинного замыкания в данной секции, другими словами катастрофа в сети.

Данная неувязка является органическим недочетом высоковольтной контактной сети неизменного тока по сопоставлению с сетью переменного тока, вобщем, также имеющей свои недочеты.

Обширное применение в последнее десятилетие массивных высоковольтных (до 1700 В) модульных IGBT транзисторов позволяет в принципе решить обозначенную делему в первом нюансе методом введения звеньев завышенной частоты (инвертора) с выходными развязывающими трансформаторами. Но сразу требуется решить задачку надежного равномерного деления неизменного питающего напряжения на четыре ступени (по числу каналов питания движков). При этом необходимость решения второго нюанса трудности становится еще больше животрепещущей, потому что кроме изоляции нужно защитить от высоковольтных импульсов полупроводниковые приборы.

На сегодня это можно сделать только одним методом — уменьшить амплитуду импульсного потенциала на входе полупроводниковой схемы при помощи поочередного включения на входе тяговой схемы массивного (и соответственно массивного) балластного реактора, зашунтированного оборотной диодно-тиристорной цепью, исключающей роль реактора в колебательном процессе. Параллельно входному емкостному делителю напряжения лучше подключить энергоемкие варисторы.

Не считая обозначенной трудности, создание универсальной по питанию (сетевому и автономному) тяговой схемы для многообещающего дизель-электропоезда с импульсным регулированием просит решения как минимум 7 узловых задач:

  • обеспечение всех видов торможения (рекуперативного, реостатного, механического) в широком высокоскоростном спектре (прямо до остановки) и при обоих видах питания (сетевом и автономном);
  • обеспечение независящего возбуждения электродвигателей во всевозможных режимах и рационального дуального управления;
  • раздельное управление движками для парирования боксований и юзов, также для увеличения степени резервирования (живучести);
  • защита полупроводниковых частей от перенапряжений, а конкретно: активное самовыравнивание напряжений на входном емкостном делителе и исключение групповых поочередных соединений транзисторов;
  • защита главных узлов от сверхтоков, а конкретно: отсутствие энергоемких емкостных накопителей (активная фильтрация псофометрических рельсовых переменных токов, создающих помехи для стрелочной автоматики, к примеру, с частотой 25 Гц); защита щеточно-коллекторных узлов и якорных обмоток от токов маленьких замыканий при их пробое на корпус; защита инверторных транзисторов от «сквозных» сверхтоков при воздействиях п