В публикациях журнала «Локомотив» № 8 и 11 за 2018 г. преподаватели Учебного центра Дирекции скоростного сообщения ОАО «Российские железные дороги» (г. Санкт-Петербург) В.Б. ПЕТРОВ, А.С. КАЛЬНИЦКИЙ и С.А. ЗАБОЛОЦКИЙ рассказали о конструктивных особенностях электропоездов серий ЭС1 и ЭС2Г «Ласточка», описали режимы работы тягового оборудования и силовых электрических схем двухсистемного электропоезда ЭС1 в тяге и при электродинамическом торможении. Предлагаем вниманию читателей статью, в которой идет речь о функционировании оборудования и электрических схем односистемных электропоездов ЭС2Г до № 045 в разных режимах эксплуатации.
Головные вагоны 01 и 05 электропоезда ЭС2Г оборудованы четырьмя асинхронными тяговыми двигателями (ТД) мощностью 330 кВт с самовентиляцией. Трехфазное переменное напряжение, изменяемое по величине и частоте в зависимости от скорости и необходимого тягового усилия, поступает на ТД от тягового преобразователя, установленного в подвагонном контейнере головных моторных вагонов 01 и 05.
После подъема токоприемников FB-X01 напряжение контактной сети постоянного тока напрямую подается к ограничителю перенапряжений (разряднику) FB-F03, рассчитанному на напряжение пробоя 11 кВ, а также к неподвижным контактам заземлителя постоянного тока (рис. 1). Кроме того, оно подводится к датчику напряжения контактной сети ДН. Цифровой сигнал о величине напряжения в контактной сети от датчика ДН поступает в центральный блок управления. При этом машинист на интерфейсе видит фактический уровень напряжения в контактной сети.
Если напряжение в контактной сети менее 2,2 кВ или более 4 кВ, то на основе показаний датчиков напряжения система управления дает команду на отключение обоих быстродействующих выключателей (БВ). Машинисту на интерфейс приходит информационное сообщение с рекомендациями как действовать в данной ситуации. Так система управления защищает силовое оборудование от пониженного и повышенного напряжения в контактной сети.
Перед подъемом токоприемника штатно включены оба разъединителя постоянного тока FB-Q06. Они остаются замкнутыми после подъема токоприемника. Данная схема с двумя включенными разъединителями FB-Q06 является стандартной для электропоездов серии ЭС2Г (рис. 2).
В случае неисправности тягового оборудования одного из головных вагонов, а также при коротком замыкании в силовой цепи машинист может заблокировать (выключить) разъединитель FB-QO6 с интерфейса машиниста. После включения обоих БВ FB-Q02 на вагонах 02 и 04 напряжение контактной сети через датчик тока ДТ поступает на вход сетевого фильтра-дросселя FB-L01. Благодаря своей индуктивности он служит для сглаживания колебаний тока из контактной сети.
Сетевой фильтр-дроссель находится в отдельном подвагонном контейнере и представляет собой сердечник с двумя обмотками. Обмотки сетевого фильтра охлаждаются трансформаторным маслом, циркулирующим внутри контейнера под воздействием электрического масляного насоса. При этом само масло, отводящее тепло обмоток сетевого фильтра-дросселя, охлаждается раствором хладагента в специальном теплообменнике (рис. 3).
Цифровой сигнал датчика тока ДТ о величине тока, потребляемого из контактной сети, поступает в центральную систему управления. При этом машинист видит это значение на своем интерфейсе в виде гистограммы.
От сетевого фильтра-дросселя напряжение 3 кВ поступает на вход тягового преобразователя FD-T01 (рис. 4). Он собран на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT), управляемых блоком управления приводом (БУП) в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия. Биполярные силовые транзисторы работают по принципу управляемых переключателей (ключей) с относительно высокой частотой коммутации. Тепло, выделяемое транзисторами IGBT, отводится с помощью хладагента, который подают насосы охлаждения, расположенные на крышах головных вагонов.
Тяговый преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения контактной сети в трехфазное переменное напряжение для питания асинхронных двигателей в тяговом режиме, передачи энергии при электродинамическом торможении в контактную сеть или на тормозные резисторы.
В тяговом преобразователе поездов ЭС2Г, в отличие от аналогичных устройств на составах ЭС1, имеется один независимый промежуточных контур. От него получают питание два автономных инвертора напряжения (АИН), обеспечивающие питание асинхронных ТД первой и второй тележек электропоезда. АИНы собраны так же на силовых транзисторах IGBT (А1… Аб), управляемых БУП в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия.
На входе в тяговый преобразователь установлен датчик входного тока В1. Его значение передается в БУП. На выходе тягового преобразователя расположен датчик тока В2, сигнал от которого также идет в БУП. При разнице токов на входе и выходе система регистрирует ток утечки, и преобразователь отключается.
Датчик напряжения В1б контролирует уровень напряжения на входе в тяговый преобразователь. Когда оно выходит за рабочие пределы, тяговый преобразователь отключается. Так реализована защита не только силовой цепи электропоезда, но и по отдельности тяговых преобразователей. Если напряжение на тяговом преобразователе FD-T01 в рабочих пределах, то включается контактор Q100 и высокое напряжение через резистор R10 поступает на промежуточный контур тягового преобразователя.
Резистор R10 служит для ограничения тока заряда конденсатора С1 промежуточного контура. После зарядки конденсатора С1 включается контактор Q10, и напряжение контактной сети поступает напрямую на промежуточный контур, выводя из цепи резистор R10.
Конденсатор С1 промежуточного контура предназначен для защиты от пульсаций напряжения и стабилизации напряжения промежуточного контура. Это очень важное условие для надежной работы силового электронного оборудования. В случае кратковременного мгновенного провала напряжения на промежуточном контуре за счет своей большой емкости конденсатор С1 разряжается, и потеря напряжения компенсируется.
Датчик напряжения В13 контролирует допустимый уровень напряжения на промежуточном контуре тягового преобразователя FD-T01. В промежуточном контуре также установлены резисторы R11 и R21, соединенные параллельно. Они служат для разрядки конденсатора С1 в случае отключения тягового преобразователя.
От промежуточного контура тягового преобразователя высокое напряжение подается на входы АИН, обозначенные на схеме К11 и К12. Оба инвертора соединены параллельно и питаются от промежуточного контура постоянным напряжением 3 кВ.
После того как машинист задает тяговое усилие, сигнал о его величине, а также направлении движения передается через цифровую линию связи в центральную систему управления. В свою очередь, сигнал системы управления о необходимом тяговом усилии поступает в БУП, который управляет силовыми транзисторами IGBT АИН К11 и К12 в зависимости от величины усилия и частоты вращения тяговых двигателей. АИН преобразует напряжение промежуточного контура в трехфазное переменное напряжение, изменяющееся по частоте и напряжению, для питания асинхронных ТД.
Через высоковольтный предохранитель F86 и контактор Q85 напряжение 3 кВ подается от промежуточного контура тягового преобразователя к преобразователю собственных нужд. На выходе инверторов К11 и К12 перед ТД установлены датчики тока В11, В12 (В21, В22), контролирующие целостность изоляции тяговых машин.
При электродинамическом (рекуперативном) торможении машинист задает необходимое тормозное усилие в процентах. Цифровой сигнал об этом поступает в систему управления электропоезда. Последняя рассчитывает необходимое тормозное усилие и выдает сигнал на БУП отормозном усилии.
Инверторы К11 и К12 снижают частоту приложенного напряжения, при которой частота вращения магнитного поля статора становится меньше частоты вращения ротора асинхронного ТД. При этом ТД переходят в режим генератора. Вырабатываемая ими энергия через обратные диоды инверторов К11 и К12 передается на промежуточный контур тягового преобразователя. Если напряжение промежуточного контура будет больше напряжения контактной сети, то энергия торможения будет возвращаться в контактную сеть. Так происходит рекуперативное торможение.
От промежуточного контура тормозной ток протекает через обмотки сетевого фильтра дросселя, датчик сетевого тока ДТ, быстродействующий выключатель FB-QO2 (БВ) и далее через токоприемник возвращается в контактную сеть. Если напряжение в контактной сети будет больше или равно напряжению промежуточного контура, то рекуперативное торможение становится неэффективным.
Если нагрузки в контактной сети будет недостаточно для реализации необходимого тормозного усилия, то блок управления приводом БУП открывает силовые транзисторы тормозных регуляторов А1 и АЗ. Ток промежуточного контура замыкается на тормозных резисторах, находящихся на крыше головного вагона. Происходит реостатное торможение электропоезда.
В тех случаях, когда заданного тормозного усилия от рекуперативного или реостатного торможения будет недостаточно, система управления дает сигнал на БУТ для реализации необходимого тормозного усилия электропневматическим тормозом. При этом возможно совместное применение электродинамического и электро-пневматического торможения.
