ЭЛЕКТРОВОЗ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АСИНХРОННЫМИ ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к защите тягового оборудования электровоза переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями от бросков токов и напряжений.
Известен электровоз переменного тока с асинхронными двигателями (см. Патент на полезную модель электровоза переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями 127017 RU, зарегистрированный 20.04.13, заявка 2012149712/11 от 21.11.2012). Электровоз переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями состоит из двух секций. Каждая секция содержит раму, на которую установлены кузов и кабина управления. В состав каждой секции также входят две двухосные тележки, система охлаждения тяговых электродвигателей, состоящая из мотор-вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей каждой тележки, кабельный канал с проводами и кабелями, обеспечивающими электрическое соединение силовых съемных шкафов, выполненный под центральным проходом, токоприемник, главный выключатель и ограничитель перенапряжений в цепи токоприемника, расположенный на крыше секции. При этом в двухосные тележки электровоза интегрирован тяговый привод с асинхронными электродвигателями, в кузове размещены два тяговых преобразователя, два тяговых трансформатора, съемные шкафы силовой высоковольтной и низковольтной аппаратуры, трансформатор собственных нужд. Тяговые трансформаторы и тяговые преобразователи размещены по обе стороны от рабочего прохода, над которым выполнен низковольтный канал для соединения цепей управления съемных шкафов силовой и низковольтной аппаратуры с пультом управления. Тяговый трансформатор предназначен для понижения величины напряжения контактной сети до рабочего напряжения тягового преобразователя. Главный выключатель разделяет цепи токоприемника и тяговых трансформаторов. Каждый тяговый трансформатор состоит из двух электрических компонентов:
1. Однофазный трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения контактной сети 25 кВ частотой 50 Гц в напряжение 1,0 кВ.
2. Дроссель поглощающего контура, предназначенный для погашения помех тягового промежуточного контура.
Тяговый преобразователь служит для преобразования напряжения переменного тока, снимаемого с вторичной обмотки тягового трансформатора, в трехфазное переменное напряжение регулируемой амплитуды и частоты, при этом специальной защиты для тяговых двигателей не требуется. Каждый тяговый преобразователь включает два выпрямителя, индуктивно-емкостной фильтр тягового промежуточного контура, два инвертора, каждый для своего тягового электродвигателя и дополнительный инвертор для преобразователя собственных нужд (ПСН), к которому в свою очередь подключаются двигатели вспомогательных машин и тормозной прерыватель. Ограничитель перенапряжений в цепи токоприемника служит для защиты от грозовых и коммутационных напряжений.
Недостатком известного электровоза с данной системой защиты электрооборудования от бросков токов и напряжений является отдаленное от тяговых трансформаторов расположение ограничителя перенапряжений, что значительно снижает защитный эффект. Но наибольшую опасность для тягового трансформатора представляет ЭДС самоиндукции в первичной обмотке тяговых трансформаторов при выключении главного выключателя, которая может привести к пробою изоляции и выходу из строя дорогостоящей сложной электрической аппаратуры, таких как тяговые трансформаторы и тяговые преобразователи, а также тяговых электродвигателей.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является электровоз постоянного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями (см. Патент на полезную модель электровоза 165059 RU, зарегистрированный 12.09.16, заявка 2016103735/11 от 04.02.2016). Электровоз состоит из двух и более идентичных секций. Каждая секция содержит кузов, тележки с коллекторными тяговыми электродвигателями, силовые линии питания тяговых электродвигателей, блоки электрических аппаратов, обеспечивающие управление питанием тяговых электродвигателей, и систему защиты тяговых электродвигателей от бросков тока и напряжения, включающей сглаживающие реакторы и ограничители грозовых перенапряжений. При этом цепи питания тяговых электродвигателей дополнительно оснащены ограничителями коммутационных перенапряжений.
Недостатком известного электровоза является узкая специализация дополнительного ограничителя по защите от перенапряжений только тяговых электродвигателей и отдаленное расположение ограничителя перенапряжений на крыше секции от силового электрического оборудования, расположенного в кузове секции электровоза.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленной полезной модели, является повышение защищенности тягового оборудования электровоза переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями от бросков токов и напряжений, эксплуатационной надежности и безотказности электровоза.
Технический результат достигается тем, что в электровозе переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями, состоящем из одной секции, которая содержит тележки с интегрированным в них тяговым приводом с асинхронными электродвигателями, кузов, внутри которого размещены тяговые трансформаторы, тяговые преобразователи, электрическая аппаратура, силовые цепи и цепи управления, а на крыше кузова - токоприемники, главный выключатель, ограничитель грозовых и коммутационных перенапряжений в цепи токоприемника, после главного выключателя к цепи тягового преобразователя параллельно к первичной обмотке тяговых трансформаторов дополнительно подключен ограничитель коммутационных перенапряжений. При этом ограничитель коммутационных перенапряжений размещен в машинном отделении секции электровоза, в защитной оболочке. Функцию защитной оболочки выполняет один из шкафов машинного отделения секции электровоза.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - изображен общий вид односекционного электровоза переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями;
на фиг. 2 - изображен аксонометрический вид на расположение внутрикузовного и крышевого оборудования в односекционном электровозе переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями;
на фиг. 3 - представлен выносной вид А на фиг. 1 с расположением ограничителя коммутационных перенапряжений в шкафу высоковольтного оборудования;
на фиг. 4 - изображен фрагмент силовой схемы с подключением ограничителя коммутационных перенапряжений к цепи тяговых трансформаторов.
В связи с тем, что графические изображения фигур заявленной полезной модели плохо читаются при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно было расположить листы горизонтально, что позволило существенно укрупнить чертежи.
Заявленную полезную модель осуществляют следующим образом. Внутри кузова 1 секции 2 электровоза 3 размещают по обе стороны от рабочего прохода 4 тяговые преобразователи 5.1 и 5.2 (на. фиг. 4 - Al, А2), электрическую аппаратуру 6, силовые цепи 7 (на фигурах не показано), и цепи управления 8 (на фигурах не показано), тяговые трансформаторы 9.1 и 9.2 (на фиг. 4 - T1, Т2). Каждый тяговый трансформатор состоит из двух электрических компонентов - однофазного трансформатора, предназначенного для преобразования напряжения контактной сети 25 кВ частотой 50 Гц в напряжение 1 кВ и дросселя поглощающего контура, предназначенного для поглощения помех тягового промежуточного контура.
Первичная обмотка тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2 подключена к цепи токоприемника, вторичная обмотка каждого из тяговых трансформаторов подключена к одному из тяговых преобразователей 5.1 и 5.2, дроссель подключен к тяговому контуру промежуточного звена постоянного тока одного из тяговых преобразователей 5.1 и 5.2. Тяговые преобразователи 5.1 и 5.2 служат для преобразования напряжения 1 кВ переменного тока в трехфазное переменное напряжение регулируемой амплитуды и частоты. На крыше 10 кузова 1 секции 2 электровоза 3 размещены токоприемники 11.1 и 11.2 (на фиг. 4 - ХА1 и ХА2), главный выключатель 12 (на фиг. 4 - А11) и ограничитель перенапряжений 13 (на фиг. 4 - FV1). В силовые цепи 7 входят цепь 14 токоприемников 11.1, 11.2 и цепь 15 первичных обмоток тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2 (см. фиг. 4). Между этими цепями расположен главный выключатель 12. Ограничитель перенапряжения 13 введен в цепи токоприемников 11.1, 11.2 После главного выключателя 12 к цепям 15 тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2 параллельно к первичным обмоткам тяговых трансформаторов дополнительно подключен ограничитель коммутационных перенапряжений 16 (на фиг. 4 - FV2). Ограничитель коммутационных перенапряжений 16 идентичен ограничителю перенапряжений 13 и размещен в шкафу высоковольтного оборудования 17. Кузов 1 установлен на тележки 18.1 и 18.2 с интегрированными в них тяговым приводом с асинхронными двигателями 19.1 и 19.2.
Тяговые преобразователи 5.1 и 5.2 обеспечивают стабильное питание потребителей, в том числе интегрированный в тележки 18.1 и 18.2 тяговый привод с асинхронными двигателями 19.1 и 19.2. Поэтому тяговые асинхронные двигатели 19.1 и 19.2 в специальной индивидуальной защите от бросков токов и напряжений не нуждаются. Но в такой защите нуждаются первичные обмотки тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2. Из-за удаленного расположения ограничитель перенапряжений 13 не может защитить первичные обмотки высокого напряжения тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2 от коммутационных перенапряжений. Особенно опасны перенапряжения, возникающие при выключении главного выключателя 12, вызванные с возникновением ЭДС самоиндукции в первичных обмотках тяговых трансформаторов 9.1 и 9.2. Защиту от вышеуказанных коммутационных перенапряжений первичных обмоток высокого напряжения однофазных трансформаторов и другого электрического оборудования, расположенного за главным выключателем 12, обеспечивает ограничитель перенапряжения 16, размещенный в шкафу высоковольтного оборудования 17. Размещение ограничителя перенапряжений 16 в шкафу высоковольтного оборудования 17 понижает вероятность механического разрушения от случайных грубых воздействий обслуживающего персонала и повышает взрывозащищенность электрической аппаратуры 6. Сопротивление ограничителя перенапряжений 16 нелинейно. Защитное действие ограничителя обусловлено тем, что при появлении опасного для оборудования перенапряжения, вследствие высокой нелинейности варисторов через ограничитель протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого электрооборудования.