СИЛОВАЯ ЦЕПЬ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
POWER CIRCUIT OF MUNICIPAL ELECTRIFIED ROLLING STOCK

При эксплуатации подвижного состава городского электрического транспорта (трамвай, троллейбус) возникает объективная необходимость кратковременного движения с питанием от автономного источника энергии. Такие ситуации происходят при пересечении городских улиц с интенсивным движением, передвижении по территории трамвайно-троллейбусного парка, обрыве контактных проводов, падении напряжения в контактной сети или его полном отключении. Автономными энергетическими установками могут быть двигатели внутреннего сгорания (ДВС), инерционные маховики (ИМ), аккумуляторные батареи (АБ). Использование ДВС или ИМ значительно усложняет механическую часть тяговой передачи и требует применения сложной дополнительной системы регулирования мощности. При удовлетворительных весогабаритных показателях АБ органически вписывается в силовую электрическую схему трамвая или троллейбуса, быстро подключается с помощью одного-двух контакторов, а для регулирования тягового тока используется та же аппаратура, что и в режиме питания от контактной сети.
В качестве прототипа можно использовать авт.св. №522078 от 27.06.72, в котором с целью расширения диапазона регулирования мощности тяговый электродвигатель питается от комбинированной энергетической установки, состоящей из генератора с приводом от турбинного двигателя и АБ. Во время движения АБ соединяется с генератором встречно или согласно, а также используется как нагрузка при электрическом торможений. Предусмотрен непосредственный заряд АБ от генератора на стоянке или движении на выбеге (по инерции). Электрическая схема выполнена из условия, что напряжение АБ превышает напряжение генератора. Поэтому использование данного технического решения для существующего подвижного состава городского электрического транспорта становится практически невыполнимым, т.к. именно весогабаритные параметры потребующейся АБ не позволят компактно разместить ее. Для существенного уменьшения указанного недостатка и выполнения ранее упомянутых требований принято, что напряжение АБ как дополнительного источника энергии должно быть меньше напряжения в контактной сети (в прототипе «генератора»).
Предлагаемая схема включает в себя: автоматический выключатель 1; силовые контакторы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10; реверсивные контакторы 11, 12, 13, 14; тиристорный регулятор напряжения (ТР) 15; заградительные диоды 16 и 17, шунтирующий диод 18; зарядный резистор 19, обмотку якоря 20 и обмотку возбуждения 21 тягового электродвигателя. Предлагаемая электрическая схема силовой цепи позволяет реализовать несколько режимов работы в тяге, электрическом торможении и зарядке АБ.
1. Режим тяги с пониженной мощностью
При трогании с места и разгоне или движении в условиях требуемого ограничения скорости АБ включается встречно напряжению контактной сети. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 3, 5, 8, 11, 13 замкнуты. ТР плавно регулирует напряжение на двигателе от 0 до величины (Uкс-Uaб). После увеличения коэффициента заполнения до максимального значения, контактор 6 включается и шунтирует ТР, что позволит работать схеме в длительном режиме с одновременной подзарядкой АБ. При реверсировании движения включаются контакторы 12, 13, выключаются 12 и 14.
2. Режим нормальной тяги
Электрическая схема работает без АБ, напряжение на тяговый двигатель подается от контактной сети. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 3, 4, 8, 11, 13 замкнуты. После разгона для длительной езды на автоматической характеристике двигателя ТР шунтируется контактором 6. В этом режиме вместо контакторов 3, 4 можно включить контакторы 2, 5.
3. Режим тяги форсированной мощности
При движении на больших скоростях или снижении величины напряжения в контактной сети АБ включается согласно с напряжением контактной сети. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 2, 4, 8, 11, 13 замкнуты. ТР плавно поднимает напряжение до (Uкc+Uaб). После разгона регулятор шунтируется контактором 6.
4. Режим автономной тяги
При опущенных токоприемниках или отсутствии напряжения в контактной сети тяговый двигатель питается от АБ. Автоматический выключатель 1 выключен, контакторы 2, 4, 8, 10, 11, 13 замкнуты. После повышения напряжения на двигателе от 0 до Uaб, ТР шунтируется контактором 6.
5. Режим рекуперативного торможения с высоких скоростей. Во всех режимах рекуперативного торможения используется способ закорачивания тягового двигателя тиристорным регулятором. В закрытом состоянии ТР накопленная в тяговом двигателе электромагнитная энергия поступает в контактную сеть. При торможении реверсируется обмотка возбуждения. С целью расширения диапазона регулирования и повышения устойчивости работы схемы АБ включается согласно с напряжением контактной сети. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 4, 6, 7, 8, 12, 14 замкнуты. В открытом состоянии ТР тормозной ток протекает по цепи: обмотка якоря <+> (левая щетка), контакторы 8, 6, ТР, контакторы 7, 14, 12, обмотка якоря <--> (правая щетка). В закрытом состоянии ТР тормозной ток протекает по цепи: обмотка якоря <+>, контакторы 8, 6, 4, АБ, заградительный диод 16, выключатель 1, контактная сеть, контактор 14, обмотка возбуждения 21, контактор 12, обмотка якоря <-->.
5. Режим рекуперативного торможения на средних скоростях
В этом режиме АБ не участвует. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 5, 6, 7, 8, 12, 14 замкнуты. В открытом состоянии ТР тормозной ток протекает через контактор 7, а в закрытом замыкается по цепи: обмотка якоря <+>, контакторы 6, 4, АБ, контактор 14, обмотка возбуждения 21, контактор 12, обмотка якоря <-->.
6. Заряд АБ на выбеге или стоянке
Во время стоянки или движении на выбеге можно производить зарядку АБ с помощью ТР непосредственно от контактной сети. Последовательно с АБ в в качестве балластной нагрузки включаются резистор 19 и обмотка возбуждения 21. Автоматический выключатель 1 включен, контакторы 2, 4, 9, 11, 13 замкнуты. В открытом состоянии ТР зарядный ток протекает по цепи: <+> контактной сети, автоматический выключатель 1, контактор 2, АБ, контактор 4, ТР, диод 17, контактор 9, резистор 19, контактор 11, обмотка возбуждения 21, контактор 13, <-> контактной сети. В закрытом положении ТР ток через АБ не проходит, а накопленная энергия в обмотке возбуждения разряжается через диод 18, контакторы 9, 11, 13 и резистор 19.