МАНЕВРОВЫЙ ТЕПЛОВОЗ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

Полезная модель относится к области транспортных средств, в частности, к маневровым тепловозам с электрическим приводом вспомогательных нагрузок.
Известен маневровый тепловоз ЧМЭЗ, у которого узлы и механизмы вспомогательных нагрузок дизеля и тепловоза, а именно: вентилятор охлаждения радиаторов холодильника дизеля, компрессор, вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей, двухмашинный агрегат (вспомогательный генератор и возбудитель), имеют механический привод от вала дизеля посредством гидроредуктора, шкивов, ременных передач, валопроводов и карданного вала, а цепи управления, зарядки аккумуляторной батареи и обмотки возбуждения тягового генератора питаются от двухмашинного агрегата.
(З.Х.Нотик Тепловозы ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ, ЧМЭЗЭ, Москва «Транспорт», 1996 г., стр.147-159, 340-369)
Недостатками указанного тепловоза является наличие механического привода вспомогательных нагрузок, отсюда - низкая надежность гидроредуктора, карданного вала и ременной передачи, применение сложного двухмашинного агрегата, ремонт которого требует больших трудозатрат. Механический привод компрессора от вала дизеля не обеспечивает необходимого объема сжатого воздуха в магистрали при работе дизеля на низких позициях контроллера машиниста, т.е. с малыми оборотами коленвала.
Известен маневровый тепловоз ТЭМ7, у которого часть узлов и агрегатов вспомогательных нагрузок тепловоза имеют механический привод (централизованный вентилятор обдува главного генератора, выпрямительной установки, тяговых электродвигателей), а другая часть узлов и агрегатов вспомогательных нагрузок (компрессор, питание обмоток возбуждения главного генератора, масло и топливопрокачивающих насосов, питание бортовой сети локомотива) осуществляется от двух генераторов (стартер-генератора и возбудителя).
(«Тепловоз ТЭМ7» под редакцией Г.С.Меликджанова, Москва «Транспорт», 1989 г., стр.248-262)
Недостатками известного тепловоза с такой системой привода узлов и механизмов вспомогательных нагрузок является наличие громоздкой, сложной конструкции гидромуфты переменного наполнения привода централизованного воздухоснабжения, наличие раздаточных редукторов, трех карданных валов, требующих при ремонте больших трудозатрат.
Электрический привод компрессора, питание бортовой сети, питание обмотки возбуждения тягового генератора, масло и топливопрокачивающих насосов осуществляется от двух генераторов постоянного тока специального изготовления (стартер-генератора и возбудителя), что ухудшает массогабаритные показатели тепловоза и увеличивает эксплуатационные расходы на ремонт.
Известны маневровые локомотивы компании Boise Locomotive, бывший Morrison Knudsen/MK Rail Company типа MP1500D, GP28M, GP39M, принятые за прототип, которые имеют комбинированную систему привода вспомогательных нагрузок дизеля и локомотива. Часть вспомогательных нагрузок имеет механический привод от вала дизеля через распределительный редуктор: вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей, дополнительный генератор переменного тока, вспомогательный генератор. Другая часть имеет электрический привод переменного тока, электродвигатели которого получают питание от дополнительного генератора: компрессор, вентиляторы охлаждения радиатора холодильника дизеля.
(The Car and Locomotive Cyclopedia of American Practices, sixth edition, под ред. William W. Kratville, 1997 г., «Simmons-Boardman Books, Inc, Omaha, Nebraska, стр.450, 451, 453)
Недостатками известного тепловоза является наличие механического привода вспомогательных нагрузок, отсюда - низкая надежность карданного вала, зависимость производительности вентиляторов от частоты вращения вала дизеля. Установка дополнительного генератора переменного тока на валу дизеля, предназначенного для питания электродвигателей переменного тока приводов компрессора и вентиляторов холодильника, значительно усложняет конструкцию распределительного редуктора дизеля и снижает его надежность, кроме того, требуется установка электронной системы управления дополнительным генератором, что приводит к усложнению электрической схемы. Наличие вспомогательного и дополнительного генераторов усложняет конструкцию тепловоза.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции приводов вспомогательных нагрузок, повышение производительности, качества и надежности их и тепловоза в целом.
Технический результат полезной модели достигается тем, что для электропривода вспомогательных нагрузок на тепловозе устанавливается единый источник электроэнергии - генератор переменного тока, от которого питаются все электроприводы вспомогательных нагрузок дизеля и локомотива, цепи управления, заряда аккумуляторной батареи и обмотки возбуждения генераторов, при этом:
- все электрические потребители вспомогательных нагрузок тепловоза питаются от единого вспомогательного генератора переменного трехфазного тока.
- повышается надежность работы тепловоза за счет исключения гидроредуктора, двухмашинного агрегата, всех шкивов и валов клиноременных приводов, а также карданного вала привода вентилятора.
- повышается производительность работы компрессора за счет поддержания постоянной частоты вращения при изменяющейся частоте вращения коленвала дизеля. Это повышает производительность работы тепловоза и снизит расход топлива;
- обеспечивается плавное регулирование частоты вращения вентилятора холодильника, что снижает расходы мощности дизеля на охлаждение теплоносителей;
- обеспечивается электропитание дополнительных потребителей (кондиционер, вентилятор кабины, холодильник), что в эксплуатируемых тепловозах не представляется возможным.
Предлагаемая структурная схема электропривода приведена на чертеже.
На тепловозе содержащий дизель 1 с тяговым генератором 2, тяговые электродвигатели 3 установлен единый генератор для привода вспомогательных нагрузок, питания цепей управления, заряда аккумуляторной батареи и обмоток возбуждения генераторов в виде вспомогательного генератора переменного трехфазного тока 4, к которому подсоединены: через статический преобразователь 5 электродвигатели компрессора 6 и дополнительного вентилятора 7 холодильника дизеля, цепи управления 8 и заряда аккумуляторной батареи 9 и дополнительно через регулятор тока 10 обмотка возбуждения вспомогательного генератора 4, через инвертор напряжения 11 и автоматический выключатель 12 электродвигатель 13 основного вентилятора холодильника дизеля, непосредственно через автоматические выключатели 14 асинхронные электродвигатели 15 вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей 3, обмоток возбуждения тягового генератора 2 через трехфазный неуправляемый выпрямитель 16 и свой регулятор тока 17, при этом регуляторы тока обмоток возбуждения тягового 2 и вспомогательного 4 генераторов соединены с микропроцессорным блоком 18 для управления токами возбуждения.
Маневровый тепловоз работает следующим образом.
Во время запуска дизеля 1 вспомогательный генератор переменного трехфазного тока 4 получает начальное возбуждение от аккумуляторной батареи 9, после чего он осуществляет питание всех электрических потребителей вспомогательных нагрузок переменного тока с поддержанием заданной амплитуды. Поддержание постоянной амплитуды напряжения осуществляет регулятор тока 10. В свою очередь управляет регулятором тока 10 микропроцессорный блок 18. Статический преобразователь напряжения 5 преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное, от которого запитаны все потребители постоянного тока бортовой сети: электродвигатель компрессора 6, электродвигатель вспомогательного вентилятора холодильника 7, заряд аккумуляторной батареи 9, микропроцессорный блок 18.
Электродвигатели вентиляторов охлаждения 15 тяговых электродвигателей 3 при помощи автоматических выключателей 14 подключены напрямую к вспомогательному генератору 4 и во время работы тепловоза постоянно включены. В эксплуатации при изменении частоты вращения коленвала дизеля 1 меняется частота выходного напряжения вспомогательного генератора 4, а значит частота вращения асинхронных электродвигателей 15. Благодаря этому осуществляется необходимое изменение частоты вращения вентиляторов и расход охлаждающего воздуха для тяговых электродвигателей 3.
Электродвигатель основного вентилятора холодильника 13 подключен к вспомогательному генератору 4 через автоматический выключатель 12 и инвертор напряжения 11, при помощи которого системой регулирования температуры теплоносителей устанавливается оптимальная частота вращения вентилятора.
Электродвигатель компрессора 6 подключен к статическому преобразователю 5, на выходе которого поддерживается постоянное напряжение, за счет которого остается неизменным частота вращения компрессора. Благодаря этому компрессор работает с номинальной производительностью вне зависимости от частоты вращения вала дизеля.