Оборудование для электроподвижного состава
К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного питания.
Основные данные об электроподвижном составе отечественных железных дорог приведены в таблице.
Электрический подвижной состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое оборудование.
К механической части относятся кузов и тележки (экипажная часть).
Электрическое оборудование — это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного тока и двойного питания — также тяговый трансформатор и преобразователи тока (выпрямители).
Кузов электровоза служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин и аппаратов. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка обычно состоит из стальных листов, а кабина машиниста имеет также внутреннюю обшивку с тепло- и звукоизоляцией.
У четырех- и шестиосных электровозов кабины машиниста расположены с обеих сторон кузова, а у двухсекционных — на одном конце каждой секции.
В кабине машиниста монтируют аппараты управления, контрольно-измерительные приборы и тормозные краны. В средней части кузова установлена высоковольтная камера с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины — мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, генераторы тока управления — расположены между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию.
Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.
Тележка электровоза состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования. К тележкам крепят тяговые электродвигатели. У электровозов с несочлененными тележками тяговые усилия передаются упряжными приборами (автосцепками), расположенными на раме кузова.
Рама тележки представляет собой конструкцию, состоящую из двух продольных балок — боковин и соединяющих их поперечных балок. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и через рессорное подвешивание передает ее на колесные пары. Рама тележки, передающая также тяговые и тормозные усилия, должна обладать высокой прочностью.
Колесные пары воспринимают вес электровоза, на них передается крутящий момент тяговых электродвигателей. Кроме того, на колеса воздействуют удары от неровностей пути. Поэтому качеству изготовления колесных пар и содержанию их в исправном состоянии уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами (или безбандажных для цельнокатаных колес) и зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками.
Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колесами неровностей пути и равномерного распределения нагрузки между колесными парами. Основные элементы рессорного подвешивания таковы: листовые рессоры, пружины, балансиры, амортизаторы различной конструкции и связующие элементы. Чтобы повысить эффективность рессорного подвешивания, в него вводят резиновые элементы, гасящие небольшие толчки и колебания.
На современных электровозах применяют, как правило, индивидуальный привод. При этом различают два вида подвески тяговых электродвигателей — опорно-осевую и рамную.
При опорно-осевой подвеске одна сторона остова тягового электродвигателя опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а другая подвешена к поперечной балке рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление.
При рамной подвеске двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки.
Такая подвеска позволяет уменьшить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ к двигателям для осмотра. В то же время при рамной подвеске усложняется передача тягового усилия от вала двигателя к колесной паре, так как необходимы специальные шарнирные или упругие элементы, компенсирующие перемещения колесной пары относительно рамы тележки.
В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют в основном двигатели с последовательным возбуждением. Они рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.
Скорость движения электровоза постоянного тока можно регулировать изменением напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, или соотношения тока якоря и тока возбуждения.
Напряжение варьируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. При перегруппировке двигателей их соединяют друг с другом последовательно, последовательно-параллелно или параллельно.
В последние годы выполнены работы по осуществлению импульсного регулирования напряжения с использованием управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров.
Основными аппаратами управления электровозом являются контроллеры машиниста, устанавливаемые в каждой кабине управления.
Контроллер непосредственно не связан с силовой цепью электровоза. Все переключения в силовой цепи осуществляются приборами, имеющими пневматические или электромагнитные приводы, связанные низковольтными электрическими цепями с контроллером.
Такая система позволяет управлять с одного поста несколькими локомотивами и исключает попадание высокого напряжения на аппараты управления. Включение и выключение вспомогательных машин, получающих питание от контактной сети, производится кнопками и тумблерами, установленными на панели в кабине машиниста.
Устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий цепи тяговых электродвигателей представлены быстродействующим выключателем, дифференциальным реле и реле перегрузки.
Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контактным проводом. Электровозы имеют по два токоприемника, при движении в нормальных условиях работает один из них. В некоторых случаях, например при разгоне с тяжелым составом или при гололеде, поднимают одновременно оба токоприемника.
К вспомогательным электрическим машинам электровоза относятся мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-генераторы и генераторы тока управления.
Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей, что способствует более полному использованию их мощности.
Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.
Мотор-генератор применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.
Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления, наружного и внутреннего освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей.
Вспомогательные машины электровоза приводятся в действие от контактной сети.
Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением.
В качестве выпрямителей обычно применяют полупроводниковые (кремниевые) вентили — диоды, а в последнее время — также управляемые кремниевые вентили — тиристоры, которые позволяют отказаться от механических коммутирующих аппаратов.
Скорость электровоза переменного тока регулируют изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки. При таком способе регулирования отсутствует необходимость в использовании пусковых реостатов и перегруппировке двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены друг с другом параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрические цепи.
Электровозы переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, оснащены мотор-насосами, обеспечивающими циркуляцию масла, которое охлаждает трансформатор, и мотор-вентилятором для охлаждения трансформатора и выпрямителя.
В качестве вспомогательных машин на электровозах переменного тока чаще всего применяют трехфазные асинхронные электродвигатели. Трехфазный ток получают из однофазного с помощью преобразователей, называемых расщепителями фаз.
В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможно переключение электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. Двойное питание предусмотрено на электровозах ВЛ82 и ВЛ82М.
Для пригородного и междугородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов. В зависимости от пассажиропотоков поезда формируют из 4, 6, 8, 10 или 12 вагонов.
Механическая часть вагона состоит из кузова, тележек, сцепных приборов и тормозного оборудования. Сцепные приборы размещают на раме кузова. На моторных вагонах электропоездов обычно устанавливают по четыре тяговых электродвигателя с рамной подвеской. В отличие от электровозных тяговые электродвигатели моторных вагонов имеют вентилятор, расположенный на валу якоря.
Электрическое оборудование электропоездов в основном аналогично оборудованию электровозов. Чтобы увеличить площадь для перевозки пассажиров, его размещают под кузовом и частично на крыше вагона. Управляют электропоездом с помощью контроллера из кабины машиниста. Принцип управления тяговыми электродвигателями тот же, что и на электровозе, однако в электропоездах предусматривают устройство автоматического пуска, в котором специальное реле ускорения обеспечивает постепенное выключение пусковых резисторов или переключение выводов вторичной обмотки трансформатора одновременно с поддержанием заданного пускового тока.
В 1975 г. Рижским вагоностроительным заводом начат выпуск 14-вагонных электропоездов постоянного тока ЭР200, имеющих конструкционную скорость 200 км/ч. Такие электропоезда, предназначенные для пассажирского сообщения на высокоскоростных железных дорогах, в настоящее время курсируют на линии Санкт-Петербург—Москва.
В последние годы в России проводится разработка нового электроподвижного состава, отвечающего современным требованиям.
С 1994 г. на ряде железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, эксплуатируются пригородные поезда производства Демиховского (ЭД2Т) и Торжокского (ЭТ2) вагоностроительных заводов, а с 1996 г. — электропоезда переменного тока ЭД9Т.
В 1997 г. на Демиховском вагоностроительном заводе начат выпуск электропоездов ЭД4 и ЭД4М. На Тихвинском заводе «Трансмаш» построен первый электропоезд «Сокол», рассчитанный на скорость до 250 км/ч. В 2003 г. завершено создание электропоезда нового поколения ЭМ4 «Спутник».
На Новочеркасском электровозостроительном заводе в 2000-х гг. начат выпуск новых электровозов серий ЭП1, ЭП2, ЭП100 и ЭП300.
Проводятся научно-исследовательские работы по созданию электропоездов нового поколения с применением асинхронных тяговых электродвигателей и импульсным регулированием скоростного движения.
Источник
Электрический подвижной состав
К электрическому подвижному составу ( ЭПС) относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают ЭПС постоянного, переменного тока и двойного питания ( двухсистемный).
Подвижные единицы ЭПС включают в себя механическую часть, электрическое и пневматическое оборудование. К механической части относятся кузов, экипажная часть (тележки с колесными парами, буксовыми узлами, рессорным подвешиванием и тормозной рычажной передачей), ударно-тяговые приборы. Электрическое оборудование включает в себя тяговые электродвигатели (ТЭД), тяговые трансформаторы и преобразователи тока (только на ЭПС переменного тока и двойного питания), аппараты управления и защиты (высоковольтные и низковольтные), крышевое электрическое оборудование, вспомогательные электрические машины ( мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, генераторы тока управления, калориферы и пр.). Пневматическое оборудование включает в себя приборы питания сжатым воздухом, приборы управления тормозами и приборы торможения.
Кузов электровоза служит для размещения в нем кабин управления, электрического и пневматического оборудования. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка состоит из стальных листов. У односекционных электровозов кабины управления находятся в обоих концах кузова, у двухсекционных – на одном конце каждой секции. В кабинах устанавливаются аппараты управления тяговым режимом ( контроллеры), приборы управления вспомогательным оборудованием, контрольно-измерительные приборы и приборы управления тормозами. В средней части кузова располагается высоковольтная камера (ВВК) с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины располагаются с обеих сторон ВВК – у односекционных электровозов, либо в задней части кузова – у двухсекционных. На крыше электровоза располагаются токоприемники, дроссели радиопомех, высоковольтные разрядники, токоведущие шины, а также главные резервуары. На крыше моторвагонных поездов размещаются также пуско-тормозные сопротивления. По обоим концам кузова на буферных брусах устанавливаются автосцепные устройства.
Тележки электровозов имеют раму (обычно сварной конструкции), имеющую шкворневое соединение с рамой кузова. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и передает ее на колесные пары через рессорное подвешивание. Рама тележки локомотива передает значительные тяговые усилия, поэтому должна обладать высокой прочностью и надежностью.
Колесные пары локомотивов формируются из отдельных элементов: оси, двух колесных центров со съемными бандажами, зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками. Зубчатые колеса входят в зацепление с шестернями зубчатой передачи. На современных электровозах применяют индивидуальный привод, при котором каждая колесная пара приводится во вращение своим тяговым электродвигателем, связанным с ней через зубчатую передачу.
В качестве тяговых электродвигателей наиболее широко применяются электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Такие электродвигатели обладают хорошими тяговыми характеристиками и рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В. Скорость движения электровоза и его тяговая мощность регулируются изменением напряжения, подаваемого на ТЭДы. На ЭПС постоянного тока напряжение изменяется включением последовательно с тяговыми электродвигателями пусковых резисторов, а так же изменением способа подключения групп ТЭДов к контактной сети ( последовательное, последовательно-параллельное, параллельное). На ЭПС переменного тока управление электродвигателями производится изменением напряжения, снятого с обмоток тягового трансформатора. Такое управление является более гибким и эффективным, а электрические цепи электровозов – более простыми и надежными. Все переключения в силовых цепях тяговых электродвигателей производятся с помощью специальных электрических аппаратов – контакторов.
Основным недостатком электродвигателей постоянного тока является сложность их конструкции и низкая надежность, обусловленная необходимостью применения щеточно-коллекторного узла. В связи с этим в настоящее время ведутся работы по использованию на тяговом подвижном составе асинхронных тяговых электродвигателей переменного тока, имеющих простую конструкцию и высокую надежность. Основным фактором, сдерживающими широкое внедрение таких электродвигателей в качестве тяговых, является необходимость разработки сложных систем частотно-импульсного регулирования с использованием управляемых полупроводниковых вентилей – тиристоров.
Для соединения силовой цепи электровоза с контактной сетью используются токоприемники. Электровозы имеют по два и более токоприемников. Токоприемники на электровозах постоянного тока имеют более тяжелую конструкцию, так как обеспечивают пропускание тяговых токов больших значений. В обычных условиях на электровозе поднят один токоприемник. При трогании с места, при разгоне тяжелого поезда и в условиях обледенения контактного провода на электровозе поднимаются все токоприемники. Для защиты силовых цепей электровоза от перегрузок и короткого замыкания применяются аппараты защиты: быстродействующие выключатели, дифференциальные реле, тепловые реле перегрузки и т.д.
К электрическим вспомогательным машинам относятся мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы с генераторами тока управления, мотор-преобразователи и другие. Эти машины получают питание от высоковольтной сети через собственные аппараты управления и защиты. Генераторы тока управления обеспечивают функционирование низковольтного электрооборудования и приводятся во вращение двигателями мотор-вентиляторов (на ЭПС постоянного тока), либо собственными электродвигателями. При неработающих генераторах тока управления низковольтное электрооборудование получает питание от аккумуляторных батарей. Зарядка аккумуляторных батарей производится от работающих генераторов тока управления.
Источник
Оборудование для электроподвижного состава
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
2.1 Основные элементы силовой цепи электроподвижного состава 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 1 500 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 62
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.
Контактор — это электрический аппарат с косвенным управлением, предназначенный для замыкания и размыкания силовой цепи (название происходит от английского слова contact — соприкосновение). Контактор (рис. 2.5,а) имеет силовые контакты: неподвижный 1 и подвижный 2, соединенные с проводами силовой цепи электровоза. Для перемещения подвижного контакта 2 служит пневматический привод 4, связанный с подвижным силовым контактом 2 изоляционным стержнем 3. На трубопроводе 5 сжатого воздуха установлен электромагнитный вентиль 6. Машинист включает катушку вентиля 6 выключателем 7, который установлен в кабине машиниста и соединен с источником низкого напряжения 50 или 110 В проводами цепи управления.
Рис. 2.5. Кинематическая схема электропневматического (а) и электромагнитного (б) контакторов
В индивидуальных контакторах э.п.с. гораздо реже используют также электромагнитный привод (рис. 2.5,б). Такие контакторы также имеют силовые контакты: неподвижный 1 и подвижный 2, причем, рычаг 3 подвижного контакта перемещается электромагнитом 4, который управляется низковольтным выключателем 5. В групповых контакторных аппаратах, например на электровозах переменного тока, обычно используют специальный электродвигательный привод.
Контакторы в силовой цепи э.п.с. выполняют различные функции. Линейный контактор ЛК (см. рис. 2.1) предназначен для замыкания или размыкания силовой цепи в процессе управления электровозом. Последовательно с тяговыми двигателями включен пусковой резистор г, разделенный на несколько секций. Контакторы 1-20, подключенные параллельно секциям пускового резистора, предназначены для ступенчатого регулирования его сопротивления. Контакторы 21, 22 и 23 служат для соединения тяговых электродвигателей в различные схемы-группировки (С, СП, П).
При включенном контакторе 22 и отключенных контакторах 21 и 23 все четыре тяговых двигателя соединены последовательно (группировка С). При замкнутых контакторах 21 и 23 и разомкнутом 22 тяговые двигатели включены в две параллельные ветви по два двигателя последовательно в каждой (группировка П). Соединение тяговых двигателей, при котором в каждой параллельной ветви остается по одному двигателю, не предусматривается, так как тяговые двигатели постоянного тока имеют номинальное напряжение не выше 1500 В и не рассчитаны на прямое подключение к контактной сети с напряжением 3000 В.
Для ослабления возбуждения тяговых электродвигателей параллельно обмоткам возбуждения подключают шунтирующие резисторы контакторами Ш1 и Ш2.
Пусковой резистор выполнен из металлической ленты, намотанной на керамические изоляторы. Поскольку при протекании тока лента нагревается до плюс 350-450 °С, то очень важно, чтобы её электрическое сопротивление при этом не изменялось. Для этого разработаны специальные сплавы. Обычно применяют ленту из сплава железа, хрома и алюминия (фехраль). Пусковой резистор с контакторами для переключения его секций называют пусковым реостатом. Сопротивление пускового реостата изменяют ступенями при переключении его секций контакторами. Пусковой реостат имеет наибольшее сопротивление, когда контакторы 120 разомкнуты. При поочередном включении этих контакторов отдельные ступени пускового резистора замыкаются накоротко и сопротивление в цепи тяговых двигателей соответственно постепенно, по мере разгона поезда, уменьшается до нуля. На рис. 2.6,а приведена схема с последовательным закорачиванием секций R1-R4 при замыкании контакторов 1-4, в которой количество ступеней регулирования общего сопротивления резистора R равно числу контакторов. Там же дана таблица замыкания контакторов, поясняющая работу этой схемы, в которой
перечислены позиции регулирования, указано сопротивление пускового реостата на каждой позиции и даны номера замкнутых при этом контакторов. На рис. 2.6,6 приведена более сложная схема, которая позволяет увеличить число ступеней, применяя комбинированное включение секций R1-R4 реостата. Здесь количество контакторов и секций реостата меньше.
Рис. 2.6. Схемы пускового реостата с последовательным выводом секций (а) и с комбинированным включением секций (б)
Режимы работы пускового или тормозного реостата на электровозе и электропоезде существенно отличаются друг от друга. Процесс разгона электровоза с тяжелым грузовым поездом, особенно на подъеме, может занимать несколько минут. Еще более продолжительным может быть режим реостатного торможения грузового поезда при движении по затяжному спуску на горном участке. Поэтому на электровозах всегда предусматривают принудительное охлаждение реостата от вентилятора. Причем для экономии энергии электродвигатель вентилятора выгодно подключать параллельно одной из секций этого же реостата. На электропоездах реостат нагружен пусковым током не более 10-15 с в каждом цикле движения от остановки до остановки. Поэтому такой реостат устанавливают под кузовом моторного вагона или же на его крыше, где происходит естественное охлаждение секций реостата потоком встречного воздуха.
Реверсор — это электрический аппарат, предназначенный для изменения направления движения э.п.с. (от английского reverse -противоположность). Этого можно добиться двумя способами: изменить направление тока I в якорных обмотках Я-ЯЯ тяговых двигателей, сохранив прежним направление тока возбуждения и магнитного потока главных
полюсов (рис. 2.7,а), или изменить направление тока в обмотках возбуждения К-КК, сохранив прежним направление тока в якорных обмотках (рис. 2.7,б). Для таких переключений нужно четыре контактора на каждую группу тяговых электродвигателей. Контакторы П1-П8 (см. рис. 2.1) обычно объединены в один групповой аппарат — реверсор с общим пневматическим приводом. При движении вперед замкнуты контакторы с нечетными номерами, при движении назад — контакторы с четными номерами.
Источник
Вспомогательные машины электроподвижного состава
Вспомогательные машины электроподвижного состава — обеспечивают работу тяговых электродвигателей, электрическое и пневматические аппаратуры систем управления и торможения. К вспомогательным машинам электроподвижного состава относят мотор-вентиляторы (воздушное охлаждение ярмовых двигателей, пуско-тормозных резисторов, тяговых трансформаторов, сглаживающих реакторов, преобразоват. установок и др.); мотор-насосы (жидкостное охлаждение обмоток трансформаторов и полупроводниковых приборов); мотор-компрессоры (снабжение сжатым воздухом пневматические систем электровоза и тормозов поезда); расщепители фаз (питание трёхфазных асинхронных машин); генераторы управления (питание цепей управления и освещения электровоза, заряд аккумуляторных батарей). В состав каждой машины входит вспомогат. механизм (компрессор, вентилятор, насос) и электродвигатель.
На электровозах пост, тока и двойного питания обычно используют электродвигатели пост, тока последоват. возбуждения напряжением 3000 В на коллекторе, обеспечивающие высокий пусковой момент. Пуск электродвигателей вентиляторов и компрессоров осуществляется контакторами при включённых балластных резисторах (сила пускового тока в 5—7 раз превышает силу номинального тока).
На электровозах переменного тока применяют коллекторные электродвигатели, питающиеся от вспомогательные обмотки тягового трансформатора через выпрямитель. Пуск их осуществляется также контакторами при включ. балластных резисторах. На современные электровозах в цепях вспомогательные машин используются полууправляемые выпрямители (например, на электровозе ЧС4); управление вспомогательные машинами может осуществляться по определенные программе (на электровозе ЧС8). На отечеств, грузовых электровозах переменного тока применяют асинхронные трёхфазные короткозамкнутые электродвигатели, получающие питание от вспомогательные обмотки тягового трансформатора. При этом преобразование числа фаз осуществляется с помощью расщепителя фаз и статических конденсаторов. Все двигатели включаются параллельно, к зажимам каждого из них подключается конденсатор, ёмкость которого обеспечивает симметрию напряжений (в соответствии с числом включенных двигателей).
На современные электровозах устанавливают симметричные расщепители фаз, в качестве которых используют асинхронные двигатели того же типа, что и для вспомогательные машин. Для питания асинхронных трёхфазных вспомогательные машины электроподвижного состава применяют также статические преобразователи.
Источник
Тема 9 – «Общие сведения об электроподвижном составе»
Содержание: Электроподвижной состав .Энергетические системы и электрическая тяга
Эксплуатируемый на электрифицированных железных дорогах электроподвижной состав можно разделить на следующие основные группы:
— карьерные электровозы и тяговые агрегаты;
— маневровые электровозы для внутризаводского транспорта и маневрово-вывозной работы на подъездных путях крупных промышленных предприятий и железнодорожных станций;
— специальные и рудничные электровозы.
Большинство карьерных электровозов работают на горнодобывающих предприятиях, электрифицированных на постоянном токе напряжением 1500В. На карьерах с напряжением в контактной сети 3000 В эксплуатируются только тяговые агрегаты. Кроме того, на открытых горных работах используется также система переменного тока напряжением 10 кВ с применением тяговых агрегатов.
Маневровые электровозы на железнодорожном транспорте выполняют маневровые, передаточные, вывозные, хозяйственные и технологические работы. В настоящее время для вывозной и передаточной работ на подъездных путях промышленных предприятий применяют в основном магистральные электровозы списанные с поездной работы, а для маневровой, хозяйственной и технологической работ на внутризаводских путях — карьерные электровозы.
На узкоколейных электрифицированных железных дорогах горнодобывающих предприятий применяют электровозы постоянного тока напряжением 550 и 1200 В, на лесовозном и торфовозном транспорте — электровозы переменного тока напряжением 6 и 10 кВ.
Специальные электровозы (чугуновозы, сталевозы) выполняются по особым заказам.
На подземных горнодобывающих предприятиях (шахтах и рудниках) эксплуатируются рудничные электровозы.
Основными электровозами, работающими на участке постоянного тока напряжением 3 кВ являются грузовые электровозы ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11 и пассажирские ЧС2, ЧС6, ЧС7 и ЧС200. На участках переменного тока (25кВ) эксплуатируются грузовые электровозы ВЛ60 к , ВЛ80 к , ВЛ85 и пассажирские ЧС4, ЧС8. Электровозы ВЛ11, ВЛ60 к , ВЛ85 могут работать по системе многих единиц.
Для работы на открытых горных разработках применяются электровозы переменного тока, напряжением 10 кВ: Д100 м , Д94, 13Е, 21Е, 26Е, EL1, EL2. На узкоколейных железных дорогах торфодобывающих предприятий эксплуатируются четырехосные электровозы переменного тока ТЭУ-1 напряжением 6 кВ.
С увеличением глубины и мощности карьеров возрос объем перевозок горной массы. Соответственно потребовались более мощные электровозы с большой силой тяги. Увеличения тягового усилия локомотивов на электрифицированных железных дорогах можно добиться несколькими способами:
1) эксплуатацией по системе многих единиц, но это приводит к чрезмерным токовым нагрузкам на контактную сеть;
2) увеличением веса локомотива (балластировкой), но это уменьшает полезную грузоподъемность поезда.
Исходя из этого были созданы тяговые агрегаты — транспортные средства, состоящие из электровоза управления и одного или двух обмоторенных вагона-самосвала (думпкаров). Особенностью конструкций тяговых агрегатов является то, что они реализуют необходимое усилие тяги не только за счет собственного конструктивного веса, но и за счет полезного груза, перевозимого моторными думпкарами. Первые тяговые агрегаты были построены в ГДР по заказу СССР в 1964 г. и представляли собой электровоз EL2 и думпкар ВС-80. В настоящее время выпуск тяговых агрегатов производится на электровозостроительных заводах в городах Днепропетровск (ДЭВЗ, Украина) и Новочеркасск (НЭВЗ, Россия).
Схемы комплектации секций тяговых агрегатов
 |
 |
 |  |  |
 |
 |  |
ДЭ — дизель-электрическая секция; В — моторный думпкар; Э — электровоз управления; Д — дизельная секция
Основные достоинства конструкций тяговых агрегатов — следующие:
1) большая сцепная масса, до 400 т (у электровозов до 200 т.);
2) большая суммарная мощность тяговых электродвигателей, порядка 6000 кВт (у электровозов до 3000 кВт);
3) возможность преодоления крутых подъемов до 80-100 ‰ (у электровозов до 40‰, у тепловозов до 30‰);
4) совмещение функций (тяга и транспортировка);
5) более совершенная чем у электровозов система управления;
6) наличие автономного источника питания (при отсутствии электроснабжения);
7) возможность электроснабжения постоянным и переменным токами.
К основным типам тяговых агрегатов относятся тяговые агрегаты, работающие:
— на постоянном токе — ПЭ1, ПЭ2 м ;
— на переменном токе — EL10, ОПЭ1, ОПЭ2.
Тяговый агрегат ПЭ2 м являлся базовой моделью для всего типажа тяговых агрегатов, выпускаемых ДЭВЗ. Состоит из электровоза управления и 2-х моторных думпкаров, осевая формула 3(2 о — 2 о). Сцепной вес тягового агрегата 368 т, при этом думпкары имеют грузоподъемность по 45 т. Электровоз управления имеет кузов будочной формы со смещенной к переднему концу кабиной машиниста. Работает при напряжении в контактной сети 1500 В или 3000 В. На ПЭ2 м внедрены: устройство контроля и аварийной остановки поезда при сходе с рельсов электровоза управления или думпкаров; устройство дистанционной разгрузки думпкаров из кабины машиниста; устройство автостопа и безопасности, на случай потери машинистом способности управлять поездом и др. ПЭ1 отличается от ПЭ2 м только более простыми схемами силовых цепей и цепей управления.
Тяговый агрегат EL — 10 имеет осевую формулу 3(2 о — 2 о), сцепной вес 366,5 т и состоит из электровоза управления и двух моторных думпкаров. Для работы на не электрифицированных путях тяговый агрегат оборудован дизель-генераторным источником автономного питания мощностью 750 л.с., который размещается непосредственно на электровозе управления. Опыт эксплуатации показал, что мощность 750 л.с. является недостаточной для движения с установленными скоростями движения, а расположение дизель-генератора на электровозе управления значительно ухудшает условия работы локомотивной бригады.
В конструкции тягового агрегата ОПЭ1 дизель-генераторный источник автономного питания размещается на отдельной секции. Тяговый агрегат ОПЭ1 состоит из электровоза управления и моторной дизельной секции, имеющих кузов вагонной формы с концевым расположением кабины машиниста по типу магистральных электровозов. Мощность дизель-генераторной установки 2000 л.с. Основным недостатком конструкции является вагонная форма кузова, что дает плохую видимость локомотивной бригаде при движении вперед думпкарами, отсутствие кругового обзора из кабины машиниста при погрузке и выгрузке состава, потери времени на переход из кабины в кабину при изменении направления движения.
2.Энергетические системы и электрическая тяга
Электроподвижной состав (ЭПС) получает энергию от электростанций. Электроэнергия генерируется на электростанциях в виде трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц и при напряжении 6-15 кВ. Затем по линиям электропередачи (ЛЭП) через районные (понизительные) подстанции с напряжением пониженным при помощи трансформаторов до 0,127 — 10 кВ электрическая энергия подается потребителям. Одним из этих потребителей является и электроподвижной состав. Как уже было сказано выше на электрифицированных железных дорогах применяются две системы тока: на постоянном и переменном токе. При работе на постоянном токе трехфазный ток подводится к тяговым подстанциям, расположенным вдоль железной дороги, на которых осуществляется понижение напряжения и трехфазный ток преобразуется в постоянный, передающийся электродвигателям электровоза. При тяге на переменном токе трехфазный ток преобразуется в однофазный без изменения его частоты и далее по контактной сети подводится к токоприемникам ЭПС.
Сечение проводов при постоянном токе примерно 500 мм 2 , при переменном — 120-140 мм 2 . Расстояние между тяговыми подстанциями при системе постоянного тока 10-20 км, а при переменном токе — 40-60 км.
Устройства электроснабжения (контактная сеть) оказывают нежелательные воздействия на устройства связи и подземные сооружения расположенные вблизи железной дороги. Так, от контактной сети наводится электродвижущая сила (ЭДС) в проводах линий связи, идущих вдоль железной дороги. Особенно большой величины ЭДС наводится при тяге на переменном токе, поэтому при применении данной системы приходится воздушные линии связи заменять специальными экранированными кабелями, что естественно удорожает стоимость электрификации на переменном токе.
Кроме того, одним из проводников тока является рельсовый путь, а так как рельсы плохо изолированы от земли, часть тока (блуждающий ток) течет не по рельсам, а по земле, вызывая электрокоррозию металлических трубопроводов и оболочек кабелей.
Электрифицированные железные дороги относятся к самым ответственным потребителям электроэнергии (первой категории), поэтому они должны иметь питание, как правило не менее, чем от двух независимых источников. Схемы питания тяговых подстанций выбирают с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одной из электростанций или ЛЭП на участке длиной 150-200 км прерывалась подача электроэнергии не более чем на одну тяговую подстанцию.
На тяговых подстанциях переменного тока для питания тяговых и не тяговых потребителей используют трехфазные или однофазные понижающие трансформаторы.
На тяговых подстанциях постоянного тока устанавливают понижающие трансформаторы, полупроводниковые выпрямители для преобразования переменного тока в постоянный, а также аппаратуру и устройства необходимые для выключения и включения различных цепей и защиты оборудования от токов короткого замыкания, перегрузок и перенапряжении. Тяговые подстанции по способу управления делят на:
— автотелеуправляемые, когда контроль и управление работой подстанций осуществляется специальной аппаратурой телеуправления с диспетчерского пункта;
— автоматические, когда на подстанции нет дежурного персонала, а управление осуществляется оператором дистанционно с пункта, расположенного вблизи подстанции;
— полуавтоматические, когда на подстанции находится дежурный персонал, выполняющий работы по переключению оборудования.
Электроэнергия к токоприемникам электровозов и электропоездов подается по воздушной контактной сети, к которой предъявляются высокие требования. Надежность ее обеспечивается высокой механической прочностью ее конструктивных элементов, износостойкостью провода, разделением (секционированием) на отдельные несвязанные участки на перегонах и станциях. Основные элементы контактной сети: несущие, контактные и усиливающие провода, детали крепления этих проводов и изоляторы, поддерживающие устройства и опоры.
1.Основные группы эксплуатируемого на электрифицированных железных дорогах электроподвижного состава?
2.Схемы комплектации секций тяговых агрегатов
3. Основные достоинства конструкций тяговых агрегатов
Тема 10– «Локомотивное хозяйство»
Цель: Дать понятие о значении и структуре хозяйств, обслуживающих подвижной состав
Содержание: Структура локомотивного хозяйства. Организация эксплуатации локомотивов на больших участках обращения. Виды и периодичность ремонтов локомотивов.
Локомотивное хозяйство — важнейшая отрасль железнодорожного транспорта. Он осуществляет мероприятия по совершенствованию содержания локомотивного парка в исправном состоянии для выполнения плана перевозок, его обновлению и насыщению локомотивами нового поколения, отвечающими по важнейшим технико-экономическим показателями передовым достижениям науки и техники.
Основными производственными единицами локомотивного хозяйства являются локомотивные депо. Локомотивное депо — основное линейное предприятие локомотивного хозяйства, предназначенное для технического обслуживания и ремонта локомотивов.
Депо подразделяют на основные и оборотные (пункты оборота, пункты технического обслуживания).
К сооружению и устройствам локомотивного хозяйства относятся также экипировочные устройства, склады для хранения топлива, смазки и песка, деповские пути.
Для постановки локомотива на осмотр и ремонт в депо сооружают специальные стойла со смотровыми канавами, а также создают цехи и мастерские с отделениями для ремонта колесных пар, дизелей, тяговых двигателей, вспомогательных машин, электроаппаратуры и других частей и деталей механического, электрического и пневматического оборудования.
Локомотивную бригаду возглавляет машинист, отвечающий за состояние локомотива и работу остальных членов бригады. На электровозе, тепловозе и электропоезде локомотивная бригада состоит обычно из машиниста и его помощника
Локомотивы основного депо могут обслуживать прилегающие плечи как в одном, так и в нескольких направлениях. Способ обслуживания поездов локомотивами по тяговым плечам называют плечевой ездой.
Плечевую езду применяют на участках, с одной стороны примыкающих к крупным узлам, в которых большинство поездов расформировывают, а с другой имеющих тепловозную или электрическую тягу на ином роде тока.
Для повышения использования локомотивов и снижения их простоев на станциях основного депо в тех случаях, когда оно расположено между пунктами оборота, применяют кольцевую езду.
Текущие ремонты ТР-1 (малый периодический ремонт), ТР-2 (большой периодический ремонт) и ТР-3 (подъемочный ремонт) служат для ревизии, замены или восстановления отдельных узлов и деталей, а также для испытаний и регулировки, гарантирующих работоспособность подвижного состава между соответствующими видами ремонта.
При среднем ремонте восстанавливают эксплуатационные характеристики локомотивов и моторвагонного подвижного состава путем ремонта или замены только изношенных или поврежденных составных частей, а также обязательно проверяют техническое состояние остальных составных частей и устраняют обнаруженные неисправности. При этом виде ремонта могут производить и капитальный ремонт отдельных основных частей.
Капитальный ремонт предназначен для восстановления исправности и полного (или близкого к полному) ресурсу локомотивов и моторвагонного подвижного состава с заменой или восстановлением любых частей, включая базовые. При этом виде ремонта может производиться и средний ремонт отдельных составных частей.
Локомотивный парк состоит из электровозов, тепловозов, газотурбовозов и паровозов. Отдельно учитывают моторвагонный подвижной состав, а также автомотрисы.
Все локомотивы, приписанные к данной дороге, имеющие ее индексы и состоящие на ее балансе, составляют инвентарный парк дороги, который делят на две группы:
1. парк локомотивов в распоряжении дороги (депо) – это локомотивы своего инвентаря, за исключением локомотивов запаса МТК и сданных в аренду;
2. парк вне распоряжения дороги, т.е. локомотивы запаса МТК и находящиеся в аренде у предприятий МТК и других министерств и ведомств.
Локомотивы, находящиеся в распоряжении дороги (депо), делятся на две группы:
1. эксплуатируемый парк;
2. неэксплуатируемый парк.
По характеру выполняемой работы локомотивы эксплуатируемого парка подразделяют на пассажирские, грузовые, хозяйственные, передаточные, вывозные и диспетчерские, специально маневровые, на прочих работах.
Неэксплуатируемый парк локомотивов состоит из следующих групп:
· неисправные, находящиеся во всех видах ремонта, включая техническое обслуживание ТОЗ (профилактический осмотр), в подготовке в запас и резерв;
· находящиеся под оборудование или модернизацией между плановыми видами ремонта;
· резерв управления дороги;
· временно оставленные по неравномерности движения;
· исправные, находящиеся в перемещении, а также в процессе сдачи и приемки;
· используемые как стационарные установки и ожидающие исключения из инвентаря.
Участки, в пределах которых обращаются локомотивы, называют тяговыми плечами.
Участок обращения – это направление, обслуживаемое локомотивами одного или нескольких депо и состоящее из нескольких участков работы бригад. Обязательным признаком участка обращения является наличие между станциями основного и оборотного депо хотя бы одного пункта смены бригад.
Зона обслуживания – это два или более направлений с примыкающими к ним железнодорожными ответвлениями, обслуживаемыми локомотивами одного или нескольких депо и включающими в себя несколько участков смены бригад.
1. Что относится к сооружениям и устройствам локомотивного хозяйства?
2. Как организована эксплуатация локомотивов на больших участках обращения?
3. Каковы виды и периодичность ремонтов локомотивов?
Модуль 5 – « Вагоны и вагонное хозяйство»
Содержание: Назначение и основные типы вагонов.Классификация вагонов. Устройство вагонов. Нумерация вагонов. Технико-экономические характеристики вагонов
1 Назначение и основные типы вагонов
Вагоном называют единицу подвижного состава, предназначенную для перевозки пассажиров или грузов. В зависимости от назначения вагоны объединены в пассажирские и грузовые парки.
Пассажирский парк составляют вагоны для перевозки пассажиров, а также вагоны-рестораны, почтовые, багажные и специального назначения (служебные, путеизмерительные, вагоны-лаборатории, вагоны-клубы и др.). Пассажирские вагоны оборудованы устройствами отопления, водоснабжения, вентиляции, освещения и санузлами.
Источник