В журналах «Локомотив» № 8, 11 и 12 за 2018 г. были опубликованы статьи преподавателей Учебного центра Дирекции скоростного сообщения ОАО «Российские железные дороги» (г. Санкт-Петербург) В.Б. ПЕТРОВА, А.С. КАЛЬ-НИЦКОГО и С.А. ЗАБОЛОЦКОГО о конструктивных особенностях двухсистемных электропоездов ЭС1 и односистемных составов ЭС2Г «Ласточка» по № 044, режимах работы их тягового оборудования и силовых электрических схемах в режимах тяги и электродинамического торможения. Предлагаем вниманию читателей новую статью наших авторов, в которой речь идет о функционировании силовых схем электропоездов ЭС2Г с № 045 в комплектации «Стандарт» (рис. 1) и ЭС2ГП «Премиум» (рис. 2) в разных режимах эксплуатации.
При активации кабины управления ключом штатно включается разъединитель постоянного тока 5.03.Q26 ближайшего к активной кабине вагона с токоприемником. При нажатии на пульте управления импульсной кнопки «Подъем токоприемника» в штатном режиме поднимаются оба токоприемника. Высокое напряжение 3 кВ контактной сети поступает на датчик напряжения ПНКВ-2 (преобразователь напряжения в код). Величина напряжения в контактной сети преобразуется датчиком ПНКВ-2 в цифровой сигнал, который идет в микропроцессорную систему управления и диагностики (МПСУ и Д).
Если в контактной сети есть напряжение (датчик ПНКВ-2), в МПСУ и Д поступил сигнал от датчика контроля вставки токоприемника, то на интерфейсе «человек — машина» (ИЧМ) будет непрерывно гореть зеленая пиктограмма — символ поднятого токоприемника. В левом верхнем поле ИЧМ появляется цифровое значение величины напряжения. Его уровень возникает также на левом ИЧМ (в меню основного экрана) в виде гистограммы (рис. 3).
При подъеме токоприемника, когда напряжения в контактной сети нет, но в микропроцессорную систему поступил сигнал от датчика контроля полоза, токоприемник на ИЧМ будет отображаться зеленой мигающей пиктограммой, хотя фактически аппарат поднят. После подъема токоприемников и нажатия на пульте управления импульсной кнопки «Включить БВ» включаются быстродействующие выключатели (БВ) 1.01.Q21 вагонов 02, 04 с токоприемником. Высокое напряжение 3 кВ через токоприемник, БВ 1.01.Q21, датчик тока ПНКВ-4 подается на сетевой фильтр-дроссель 1.02.А23. Благодаря своей индуктивности он уменьшает колебания тока контактной сети. От сетевого фильтра-дросселя высокое напряжение подводится через междувагонное высоковольтное соединение к тяговым преобразователям 1.02.А01 (рис. 4), установленным в головных вагонах 01 и 05.
Напряжение контактной сети подается также к климатической установке вагона 03 по цепи: БВ 1.01.Q21 -> датчик тока ПНКВ-1 -> штатно включенный разъединитель постоянного тока (шины обогрева) 5.03.Q26. Одновременно напряжение подводится к климатическим установкам вагонов 01 и 02 по следующей цепи: включенный БВ -> датчик тока ПНКВ-4 -> высоковольтная шина отопления. На хвостовых вагонах высокое напряжение подводится к климатическим установкам так же через БВ, датчик тока ПНКВ-4. При штатной работе силовой схемы и включенном одном разъединителе 5.03.Q26 со стороны активной кабины управления токоприемники электрически не соединены друг с другом.
Тяговый преобразователь (по аналогии с электропоездами ЭС2Г по № 044) имеет один промежуточный контур и два инвертора — K11 и К12. Последние преобразуют напряжение промежуточного контура в трехфазное переменное напряжение, регулируемое по частоте (0… 250 Гц) и напряжению (0… 2522 В) для питания четырех асинхронных тяговых двигателей.
Каждый инвертор снабжает электроэнергией свою группу двигателей. Силовыми биполярными транзисторами с изолированным затвором инвертора IGBT (англ. Insulated-Gate Bipolar Transistor) управляет блок управления приводом (БУП). Тяговые двигатели в одной тележке имеют разное направление вращения, так как расположены в ней с разных сторон.
Высокое напряжение поступает на тяговый преобразователь через собственный датчик тока В1, контролирующий ток на его входе. Токи на входе и выходе тягового преобразователя должны быть одинаковыми. Датчики тока В1 и В15 выполняют функцию дифференциальной защиты. Если они зарегистрируют разные токи, то система воспримет это как короткое замыкание в тяговом преобразователе и отключит его.
После запуска тягового преобразователя по сигналам МПСУ и Д и блока управления приводом (БУП) включается контактор в тяговом преобразователе Q100. При включении контактора Q100 напряжение контактной сети через сетевой фильтр-дроссель, контактор Q100 и резистор R10, который ограничивает начальный ток заряда конденсатора промежуточного контура С1, поступает на промежуточный контур тягового преобразователя.
После заряда конденсатора С1 на промежуточном контуре образуется постоянное стабилизированное напряжение контактной сети. По завершению заряда БУП включает контактор Q10, и высокое напряжение поступает напрямую на промежуточный контур, минуя резистор R10.
В случае кратковременного обесточивания промежуточного контура (например, вследствие нестабильного токосъема) конденсатор С1 за счет разряда компенсирует мгновенные провалы напряжения в нем. Датчик В16 контролирует уровень напряжения на входе в тяговый преобразователь (должно быть в пределах 2200… 4000 В). Если напряжение не соответствует им, то тяговый преобразователь блокируется.
Напряжение промежуточного контура контролирует датчик В13. Резисторы R11 и R21, установленные в промежуточном контуре, служат для разряда конденсатора С1 в случае отключения тягового преобразователя. Автономные инверторы собраны на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором А1 — Аб, управляемыми БУП в зависимости от заданного тягового или тормозного усилия.
В случае установки рукоятки контроллера тяги и торможения (КТТ) в тяговое положение цифровой сигнал от контроллера по поездной линии связи идет в МПСУ и Д. Сигнал микропроцессорной системы управления о необходимом тяговом усилии передается по цифровой шине в БУП вагонов 01 и 05.
Данные блоки управляют работой силовых транзисторов и обеспечивают трехфазное напряжение с регулированием частоты и напряжения на входных зажимах тяговых двигателей в зависимости от заданной нагрузки и скорости вращения. В дальнейшем по командам, поступающим от БУП, инверторы тяговых преобразователей начинают работать в режиме, который обеспечивает необходимую частоту и напряжение для создания заданного момента тяговых двигателей.
При постановке рукоятки КТТ в положение «Торможение» цифровой сигнал поступает в систему МПСУ и Д. Система рассчитывает необходимое тормозное усилие в зависимости от его величины, заданной контроллером. Соответствующая информация передается по поездной линии связи на БУП.
Инвертор снижает частоту приложенного напряжения, при которой частота вращения магнитного поля статора становится меньше
частоты вращения ротора асинхронного двигателя. При этом тяговые электромашины переходят в режим генератора. Энергия от тяговых двигателей поступает через обратные диоды инвертора на промежуточный контур тягового преобразователя.
Если напряжение на промежуточном контуре будет больше напряжения в контактной сети, то начинается рекуперация — возврат энергии в контактную сеть по следующей цепи: контактор Q10 тягового преобразователя -> датчик тока В1 -> сетевой фильтр-дроссель 1.02.А23 -> датчик тока ПНКВ-4 -> быстродействующий выключатель 1.01 .Q21 -> токоприемник -> контактный провод.
Когда напряжение в контактной сети больше напряжения промежуточного контура тягового преобразователя или рекуперативное торможение неэффективно, локомотив переводится в режим реостатного торможения. По сигналу БУП (без разбора силовой схемы) открываются транзисторы тормозного регулятора KI (А1 и АЗ). В результате тормозные резисторы 1.01.R11, 1.01.R12 подключаются к напряжению промежуточного контура и происходит реостатное торможение по следующей цепи: «плюс» промежуточного контура тягового преобразователя -» открытые транзисторы IGBT тормозного регулятора -> тормозные резисторы 1.01.R11, 1.01.R12, расположенные на крыше головного вагона, -> «минус» тягового преобразователя.
Если заданного тормозного усилия от рекуперативного или реостатного торможения будет недостаточно, то система управления дает сигнал по поездной линии связи на блоки управления тормозами для реализации необходимого тормозного усилия электропневматическим тормозом. При этом можно совместно применять электродинамическое и электропневматическое торможение.
СИЛОВАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ЭС2ГП «ПРЕМИУМ» В РЕЖИМЕ БУКСИРОВКИ ОТ ЛОКОМОТИВА
В режимах тяги и электродинамического торможения силовая схема электропоезда ЭС2ГП работает так же, как и на электропоездах ЭС2Г серии «Стандарт». Особенность силовой схемы электропоездов ЭС2ГП серии «Премиум» в том, что они оборудованы двумя высоковольтными штепсельными соединениями и двумя высоковольтными розетками. Через них можно подавать высокое напряжение от локомотива на состав для питания бортовой сети поезда от ПСН и заряда аккумуляторных батарей (рис. 5).
Силовой схемой и программным обеспечением электропоезда предусмотрены два режима питания силовой схемы от вспомогательного локомотива: «Эксплуатация» и «Пересылка». Их может дополнять режим питания от локомотива «Двухпроводная схема», в котором минусовая высоковольтная цепь возвращается на локомотив через минусовые штепсель или розетку параллельно с заземляющим устройством электропоезда.
После опускания токоприемников и подключения высоковольтных разъемов система управления диагностирует наличие напряжения от локомотива и соблюдение полярности. Если подключение корректно и напряжение находится в пределах 2400… 3600 В, то машинист может установить необходимый вариант работы через меню «Режим поезда» ИЧМ. Выбор способа работы возможен только в активированной кабине машиниста при опущенных токоприемниках и выключенном БВ.
Режим «Эксплуатация» предусматривает питание электрооборудования электропоезда «Ласточка» от локомотива только при следовании с пассажирами. После подключения высоковольтного соединения или обоих соединений система МПСУ и Д головного вагона с активной кабиной диагностирует наличие напряжения на входе от локомотива по сигналам от датчиков напряжения ПНКВ-1 и ПНКВ-2. Если необходимые условия работы выполнены, то через 3 с МПСУ и Д подает сигнал на включение контакторов 1.02.Q01 и 1.02.Q02, подающих высокое напряжение от локомотива.
Высокое напряжение поступает на тяговый преобразователь и ПСН вагонов с активной кабиной управления, а также через шину отопления и включенные разъединители постоянного тока 5.03.Q26 — на тяговый преобразователь хвостового вагона.
В штатном режиме работают два ПСН и все климатические установки поезда, основные компрессоры, возможно разблокирование всех дверей. Однако инверторы тягового привода программно заблокированы. Тяга в режиме «Эксплуатация» невозможна: после активации режима «Питание от локомотива» кнопки «Токоприемник», «БВ», «Включение СПТ», а также контроллер КТТ заблокированы системой управления.
Если напряжение на входе выйдет за рабочие пределы (2400… 3600 В) в течение 3 с, то режим «Эксплуатация» деактивируется, и контакторы 1.02.Q01 и 1.02.Q02 отключатся. На ИЧМ выводится диагностическое сообщение о том, что напряжение находится вне рабочего диапазона.
В случае неправильного подключения высоковольтного соединения в силовой схеме предусмотрена защита в виде обратных диодов 1.02.VD01 — 1.02.VD04, которые не пропускают высокое напряжение с ошибочной полярностью. При этом датчики напряжения ПНКВ-1 и ПНКВ-2 не будут диагностировать высокое напряжение, идущее от локомотива. При правильном подключении в верхнем левом поле меню «Силовая схема» отображается числовое значение напряжения от локомотива.
После включения контакторов 1.02.Q01 и 1.02.Q02 напряжение от локомотива идет по следующей цепи: высоковольтное соединение электропоезда ЭС2ГП -> включенный контактор 1.02.Q01 -> датчик тока ПНКВ-4 головного вагона (измеряет протекающий по цепи ток) -» шина обогрева 3 кВ -> сетевой фильтр-дроссель 1.02.А23 вагона с токоприемником -> тяговый преобразователь головного вагона с активной кабиной управления 1.02.А01.
При включении тягового преобразователя головного вагона после заряда конденсатора промежуточного контура включается контактор Q85. Через предохранитель F86 высокое напряжение поступает на вход ПСН. От шины отопления 3 кВ по цепи: датчики тока ПНКВ-4 и ПНКВ-1 ближнего вагона с токоприемником -> включенные разъединители шины отопления 5.03.Q26 -> датчик тока ПНКВ-4 дальнего вагона с токоприемником -> сетевой фильтр-дроссель хвостового вагона с токоприемником, высокое напряжение поступает на второй тяговый преобразователь и ПСН. При запуске обоих ПСН работают в штатном режиме основные компрессоры и климатические установки поезда.
Режим «Пересылка» используется для перемещения электропоезда без пассажиров. В этом режиме питания от локомотива инверторы тягового привода программно заблокированы, и тяга невозможна. Разъединители шины отопления 5.03.Q26 при этом оба отключены. Климатическая установка работает программно только в головном вагоне. В других вагонах установки заблокированы системой управления. Также невозможно включение основного и дежурного освещения во всех вагонах, кроме головного с активной кабиной управления, разблокировка дверей вагонов электропоезда.
После выполнения необходимых проверок и при условии соблюдения требований к уровню напряжения спустя 3 с включаются контакторы 1.02.Q01, 1.02.Q02, и по цепи: контактор 1.02.Q01 -> датчик тока ПНКВ-1 -> шина обогрева 3 кВ -> сетевой фильтр-дроссель 1.02. А23 высокое напряжение поступает на тяговый преобразователь 1.02.А01 головного вагона.
От промежуточного контура тягового преобразователя через предохранитель F86, контактор Q85 напряжение 3 кВ поступает на вход ПСН соседнего вагона с токоприемником. Таким образом, в отличие от режима «Эксплуатация» здесь работают только тяговый преобразователь и ПСН головного вагона с активной кабиной.
Режим питания «Двухпроводная схема» предназначен для подачи высокого напряжения от локомотивов, имеющих два высоковольтных соединения, второй из которых — «минусовый». При выборе этого режима при напряжении на входе 2400… 3600 В включаются контакторы 1.02.Q01 и 1.02.Q02.
В случае неправильного подключения высоковольтного соединения в силовой схеме предусмотрена защита в виде обратных диодов 1.02.VD01 — 1.02.VD04, которые не пропускают высокое напряжение с ошибочной полярностью. В данном случае ток протекает обратно не через заземляющее устройство электропоезда, а по пути наименьшего сопротивления — через контактор 1.02.Q02 и высоковольтное соединение — на локомотив.
Машинист может контролировать напряжение от локомотива и потребляемый ток через меню «Система измерений»: датчики ПНКВ-1 и ПНКВ-2 головного вагона измеряют напряжение, а датчик ПНКВ-4 — потребляемый ток.
