ЭЛЕКТРОВОЗ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а точнее к локомотивам с питанием от контактной сети переменного тока.
Известен электровоз с питанием от контактной сети переменного тока с напряжением 25 кВ, содержащий токоприемник, защитную аппаратуру и трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вторичная обмотка выполнена секционированной и к ней через переключатель этих выводов и выпрямитель подключены тяговые электродвигатели последовательного возбуждения [1].
По указанной схеме выполнены электровозы ВЛ60К, ВЛ80К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р, ВЛ85, 2ЭС5К, т.е. практически все находящиеся в эксплуатации электровозы переменного тока для грузового движения. К сожалению, на базе электрооборудования этих электровозов невозможно выполнить электровоз на напряжение 50 кВ [2]; такой электровоз 50 кВ был спроектирован для БАМ-a на базе электровоза ВЛ85. При этом число витков первичной обмотки трансформатора увеличено вдвое, а ее сечение уменьшено тоже в два раза и заменена высоковольтная защитная аппаратура. При этом вторичные цепи с тяговыми двигателями остались без изменения.
В настоящее время актуальна задача перевода наиболее тяжелых участков Транссиба на систему 50 кВ [2]. Для этого необходимы двухсистемные электровозы, которые могут работать от контактной сети 25 и 50 кВ с переключением на ходу. В целях упрощения производства и эксплуатации необходима максимальная унификация электрооборудования электровоза 50/25 кВ с электровозами 2ЭС5К и ЭП10, которые НЭВЗ выпускает в настоящее время.
В качестве прототипа полезной модели целесообразно принять электровоз переменного тока, содержащий токоприемник с комплектом защитной аппаратуры, трансформатор, преобразователь электроэнергии и тяговые электродвигатели, причем токоприемник через комплект защитной аппаратуры подключен к одному выводу первичной обмотки трансформатора, а другой ее вывод соединен с заземляющим устройством, тяговые электродвигатели через преобразователь подключены ко вторичной обмотке трансформатора [3].
Недостаток прототипа связан с тем, что на его базе достаточно просто выполнить электровоз на напряжение 50 кВ, увеличив число витков первичной обмотки трансформатора вдвое и уменьшив ее сечение тоже вдвое. Но если предусматривать работу при напряжении 25 кВ, то от первичной обмотки трансформатора необходимо предусмотреть дополнительный вывод, подключаемый к источнику с напряжением 25 кВ, а соответствующая часть этой обмотки должна быть выполнена с двойным сечением. При этом расход меди существенно возрастает и необходим дополнительный высоковольтный ввод на баке трансформатора [4]. Этот же недостаток отмечен в материалах по многосистемным электровозам и электропоездам фирм Сименс и Альстом, в которых предусмотрена работа от сети с напряжением 25 кВ и 15 кВ.
Техническое решение по данной полезной модели заключается в упрощении электровоза при выполнении его на напряжения 50 кВ и 25 кВ.
Это достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены комплект защитной аппаратуры и групповой переключатель, причем дополнительный комплект защитной аппаратуры подключен параллельно основному комплекту защитной аппаратуры, а первичная обмотка трансформатора разделена на две одинаковые секции, выводы которых подключены к групповому переключателю.
Технический результат по данной полезной модели заключается в упрощении реализации электрической части двухсистемного электровоза на напряжения 50 кВ и 25 кВ.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежом, где показаны:
- фиг. 1 - электрическая схема силовой цепи электровоза 50/25 кВ;
- фиг. 2 - включение секций первичной обмотки трансформатора: а) при напряжении 50 кВ; б) при напряжении 25 кВ.
Электровоз содержит (фиг. 1) токоприемник 1 и два комплекта защитной аппаратуры, которые содержат идентичные по назначению аппараты, но рассчитанные на разные номинальные напряжения - 50 кВ и 25 кВ. Комплект на напряжение содержит 50 кВ содержит разъединитель 2, защитный выключатель 3, входной фильтр 4, разрядник 5 и разъединитель 6. Комплект на напряжение 25 кВ содержит аналогичные аппараты. Все указанные выше аппараты 1-11 размещены на крыше кузова, как это выполнено на всех электровозах переменного тока.
Оба комплекта защитной аппаратуры подключены к трансформатору 12, а точнее к его первичной обмотке 13, которая разделена на две идентичные секции 13А и 13Б. Один из выводов обмотки 13Б подключен к заземляющему устройству 14. Остальные выводы обмоток 13А и 13Б подключены к групповому (двухпозиционному) переключателю 15, имеющему контакты 16, 17 и 18. Этот переключатель размещен в баке трансформатора 12. Такое решение реализовано на электровозах ЧС4 и ЧС8. Управление приводом переключателя 15 осуществляется из кабины машиниста.
На вторичной стороне трансформатора 12 предусмотрены обмотки 19-20 для питания тяговых электродвигателей (ТЭД) и обмотка 21 для питания собственных нужд (СН) 22. Все цепи электровоза, начиная от вторичной стороны трансформатора 12, выполнены аналогично известным электровозам, причем возможны 2 варианта: с тяговыми электродвигателями пульсирующего тока, как на электровозах ВЛ80 всех модификаций, ВЛ85, ЭП1, 2ЭС5К или асинхронными ТЭД (электровозы ВЛ86 и ЭП10). На фиг.1 представлен второй вариант электровоза с асинхронными ТЭД 23, которые через преобразователь электроэнергии электрооборудования (ПЭЭ) 24 подключены к обмоткам 19-20 трансформатора 12. Рассматриваемые вторичные цепи с ТЭД и СН не зависят от величины напряжения в контактной сети (50 кВ или 25 кВ). Эта независимость достигается переключением секций обмотки 13, что показано на фиг. 2.
Электровоз функционирует следующим образом. При напряжении в контактной сети, равном 50 кВ, замкнуты аппараты 2, 3 и 6, а аппараты 7, 8 и 11 разомкнуты. В переключателе 15 замкнут контакт 18, а контакты 16-17 разомкнуты. При этом секции 13А-13Б соединены последовательно (фиг. 2а); в номинальном режиме по ним протекает ток I, которому соответствует магнитодвижущая сила МДС=I-w, где w - число витков обмотки 13.
При напряжении в контактной сети, равном 25 кВ, замкнуты аппараты 7, 8 и 11, а аппарат 2, 3 и 6 разомкнуты. В переключателе 15 замкнуты контакты 16-17, а контакт 18 разомкнут. При этом секции 13А-13Б соединены параллельно (фиг. 2, 6). В номинальном режиме по каждой из секций протекает ток I; МДС каждой секции равна , а суммарная МДС обеих секций равна, т.е. независимо от величины напряжения в контактной сети (50 кВ или 25 кВ), режим работы трансформатора 12 не меняется. Таким образом, вторичные цепи работают идентично при напряжении в контактной сети, равном 50 кВ или 25 кВ. Это позволяет использовать для этих цепей стандартные решения, применяемые на серийных электровозах, выполненных на напряжение 25 кВ.
Предложенная полезная модель существенно упрощает реализацию двухсистемных электровозов 50/25 кВ.
Источники информации
1. Электровоз ВЛ80С. М., издательство «Транспорт», 1982, с. 272-279, рис. 299;
2. Котельников А.В., Белоглазов Н.С.Эффективность электрификации железных дорог и перспективы дальнейшего развития ее в России. Материалы международного симпозиума на ELTRANS-2001. СПб, ПГУПС, 2002, с. 46-56;
3. Лещев А.И. и др. Электровоз ЭШО. Журнал «Локомотив», 1999, с.28-32;
4. Проект 12-осного электровоза переменного тока 50 кВ для БАМа. ВЭлНИИ. 1972.