Файл: Пояснительная записка к дипломному проекту дп 23. 05. 03. 04. 153. Пз студент гр. 153 Д. Ю. Дроголов Консультант по безопасности жизнедеятельности.docx

Исследование схемы с уравнительным резистором (рисунок 1.10, в) показало неудовлетворительные результаты. Небольшие значения уравнительного сопротивления приводили к значительной неравномерности распределения токов по параллельным ветвям ТЭД, а при увеличении уравнительного сопротивления эффективность использования схемы сводилась к нулю.

На электровозах ВЛ10 и ВЛ60^К испытывалась уравнительная схема с контактором, срабатывающим по сигналу с датчика боксования (рисунок 1.10, г). По результатам испытаний было получено, что использование системы ЭСО позволит улучшить тяговые свойства на 10–13 %.

Разработки и исследования современных учёных в области противобоксовочных систем позволили спроектировать такие системы как противобоксовочная система с использованием накопителей энергии, система защиты от боксования за счёт изменения алгоритма управления выходными каскадами усилителей блока управления выпрямительно-инверторным преобразователем и другие.

В работе Н.С. Охотникова [3] предлагается интересный вариант реализации противобоксовочной системы на базе накопителя энергии. Схемная реализация предложенной системы представлена на рисунке 1.11.



Рисунок 1.11 – Схема подключения накопителя энергии к обмотке возбуждения ТЭД

Чтобы улучшить противобоксовочные свойства ТЭД последовательного возбуждения, сохранив при этом его мягкие характеристики, предложено параллельно обмоткам возбуждения каждого ТЭД электровоза подключить конденсаторный накопитель энергии большой ёмкости. В установившемся режиме, когда ток якоря i не меняется, напряжения на обмотке возбуждения и на накопителе энергии одинаковы. Ток подпитки i_к отсутствует, поэтому ток возбуждения i_в равен току якоря i как и при последовательном возбуждении. При этом накопитель не оказывает влияния на характеристику ТЭД и она остаётся мягкой.

При возникновении боксования колёсной пары частота её вращения увеличивается. Соответственно это приводит к увеличению ЭДС двигателя и снижению тока, протекающего по обмоткам ТЭД. В свою очередь падение напряжения на обмотке возбуждения становится меньше напряжения на накопителе, что приводит к его разряду через обмотку возбуждения, одновременно препятствуя снижению тока возбуждения. Тем самым происходит увеличение жёсткости тяговой характеристики и параллельно с этим

---

кратковременный сброс силы тяги боксующего ТЭД, в результате чего боксование предотвращается в самом начале. При этом отпадает необходимость в установке дополнительных датчиков и коммутационных аппаратов для подавления начавшегося боксования путём перехода на жёсткую характеристику и обеспечивается высокое быстродействие схемы.

Таким образом переход на жёсткую характеристику производится только при боксовании, а разброс токов параллельно соединённых ТЭД при отсутствии боксования останется таким же, как и при последовательном возбуждении. Исходя из этого схема с накопителем энергии не требует применения устройств выравнивания нагрузок ТЭД, что выгодно отличает её от других противобоксовочных схем, направленных на увеличение жёсткости характеристик ТЭД.

В рамках дипломного проекта наибольшее внимание будет уделено системе электрического спаривания осей электровоза [6], которая будет модернизирована на современную элементную базу. Более подробно о ней расписано в 3 разделе дипломного проекта.

---

2 АНАЛИЗ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОВОЗА 2ЭС5К

В конце ХХ века на железных дорогах переменного тока России в своём преобладающем большинстве эксплуатировались электровозы ВЛ60 и ВЛ80. Морально и технически устаревшие модели нуждались в скорейшей замене.

В начале 2000-х годов всероссийский научно-исследовательский институт электровозостроения (ВЭлНИИ) разработал новую серию электровозов, которая и была предназначена для обновления парка локомотивов переменного тока. Этим электровозом стал 2ЭС5К «Ермак». В ноябре 2004 года был выпущен первый экземпляр, а к 2006 году эти локомотивы были запущены в серийное производство.

Двухсекционный электровоз «Ермак» предназначен для работы на сети железных дорог переменного однофазного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 25 кВ. Более расширенные технические данные представлены в таблице 2.1. В данном разделе будет произведено исследование силовой схемы 2ЭС5К на предмет допустимости модернизации системой ЭСО.

Таблица 2.1 – Параметры электровоза 2ЭС5К

Параметр	Значение
Номинальное напряжение, В	25000
Частота, Гц	50
Формула ходовой части	2(20–20)
Колея, мм	1520
Нагрузка от оси на рельсы, кН (тс)	235±5 (24,0±0,5)
Разность поколёсной (для одной оси) нагрузки, кН (тс), не более	5 (0,5)
Мощность часового режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее	6560
Сила тяги часового режима, кН (тс), не менее	464 (47,3)
Скорость часового режима, км/ч, не менее	49,9
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее	6120

Окончание таблицы 2.1

Параметр	Значение
Сила тяги продолжительного режима, кН (тс), не менее	423 (43,1)
Скорость продолжительного режима, км/ч, не менее	51,0
Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч	110
Коэффициент мощности в продолжительном режиме, не менее	0,9
КПД в продолжительном режиме, не менее	0,85
Масса электровоза с 0,67 запаса песка, т	192±4
Электрическое торможение	рекуперативное
Максимальные тормозные усилия, развиваемые электровозом при скорости: - 50 км/ч, кН (тс), не менее - 80 км/ч, кН (тс), не менее - 90 км/ч, кН (тс), не менее	450 (45,9) 300 (30,6) 250 (25,5)
Номинальная длина электровоза по осям автосцепок, мм	35004
Номинальная высота от уровня верха головок рельсов до рабочей поверхности полоза токоприёмника в опущенном положении, мм	5050
Высота от уровня верха головок рельса до оси автосцепки, мм	1060±20
Передаточное отношение зубчатой передачи	88/21

---

Силовая схема электровоза 2ЭС5К представлена на рисунке 2.1.

Условно электрическую схему можно разделить на несколько цепей:

- электрические цепи первичной обмотки тягового трансформатора;

- электрические цепи вторичной обмотки трансформатора и ТЭД в режиме тяги;

- электрические цепи вторичной обмотки трансформатора и ТЭД в режиме рекуперации;

- электрические цепи защиты.

Рисунок 2.1 – Силовая схема электровоза 2ЭС5К «ЕРМАК» (1 секция)

---

2.1 Электрические цепи первичной обмотки тягового трансформатора

Электровоз 2ЭС5К осуществляет подключение к контактной сети через токоприёмник ХА1 (ТАсС-10-02), который располагается как в головной, так и в хвостовой секциях. Тяговый трансформатор Т5 выполняет функцию снижения напряжения контактной сети до требуемого уровня питания ТЭД и вспомогательных машин. В цепь первичной обмотки трансформатора Т5 включены следующие устройства:

- дроссель L1 (ДП-011) – для подавления радиопомех;

- высоковольтный разъединитель QS1 (Р-213-1) – для отключения неисправного токоприёмника;

- высоковольтный разъединитель QS2 (Р-213-1) – для отключения неисправной секции электровоза;

- главный выключатель QF1 (ВОВ-25А-10/400УХЛ1) – для включения и отключения питания электровоза от контактной сети;

- фильтр Z1 (Ф-6) – для снижения уровня радиопомех;

- трансформатор тока Т6 (ТПОФ-25) – служит датчиком для реле К2;

- ограничитель перенапряжений F1 (ОПН-25УХЛ1) – для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений в контактной сети.

В случае возникновения короткого замыкания происходит увеличение тока в цепи катушки реле К2 до уровня уставки срабатывания, что в свою очередь приводит к размыканию цепи удерживающей катушки главного выключателя и соответственно к его мгновенному отключению.

Счётчик электроэнергии PJ1 осуществляет учёт как потребляемой, так и рекуперируемой электроэнергии. Величина тока для счётчика определяется трансформатором тока Т7, установленным на каждой секции.

Вольтметр PV1 подключён к вторичной обмотке трансформатора Т12, расположен в кабине машиниста и осуществляет измерение напряжения контактной сети. Помимо вольтметра PV1 в цепь вторичной обмотки трансформатора Т12 подключены вентиль защиты У1 и счётчик электроэнергии PJ1. Подключение осуществляется через панель питания U21.

Для возможности работы двухсекционного электровоза по системе многих единиц для условия неисправности токоприёмника третьей секции предусмотрено их соединение. В условиях работы двух двухсекционных электровозов по системе многих единиц соединение токоприёмников не производится.

2.2 Электрические цепи вторичной обмотки трансформатора и тягового электродвигателя в режиме тяги

---