Тяговые возможности электровоза ВЛ10 можно улучшить - статьи | ООО "ЛокомотивСтройСервис" г. Самара

Скорости движения и тяговые нагрузки серийных электровозов постоянного тока изменяют за счет перегруппировки тяговых двигателей и ослабления их возбуждения шунтированием обмоток главных полюсов.

Несовершенство такой системы регулирования видно из рис. 1, где показаны тяговые характеристики наиболее распространенного грузового локомотива ВЛ10. Основная суть эксплуатационного ограничения его тяговых возможностей состоит в значительном разрыве между характеристиками на позиции СП при ослаблении возбуждения ОП4 и на позиции П с полным полем. К сожалению, этот провал является востребованным для работы электровоза в эксплуатации как с точки зрения скорости, так и силы тяги.

При отсутствии в отмеченной зоне экономичных тяговых характеристик и необходимости движения с присущими данной зоне параметрами следовало бы ввести в цепь тяговых двигателей резисторы. Но это связано с дополнительными потерями электроэнергии. Кроме того, тяговые характеристики становятся более «мягкими», что повышает склонность электровоза к разносному боксованию.

Чтобы избежать подобного, машинист переходит на СП-соединение тяговых двигателей (вместо П), снижая скорость движения. При массе поезда, близкой к критической для данного перегона, скорости снижаются значительно. Ясно, что для конкретного участка это приводит к ощутимым потерям провозной и пропускной способностей, с чем приходится мириться.

Однако в последние десятилетия появились технические средства, позволяющие устранить такой недостаток — полупроводниковые преобразователи, с помощью которых плавно регулируют напряжение на тяговых двигателях. Возникает вопрос: насколько это усложняет и удорожает электровоз?

К сожалению, импульсные регуляторы постоянного напряжения требуют оснащения их дорогими полупроводниковыми приборами. Поэтому для модернизации серийных локомотивов они едва ли подойдут. Кроме того, для исключения мешающего влияния импульсных процессов в преобразователе на цепи СЦБ и линии связи требуются объемные фильтровые устройства.

Между тем, имеется простое схемное решение, улучшающее тяговые возможности восьмиосных электровозов постоянного тока. Оно не вполне отвечает плавному регулированию скоростей электровоза во всей области тяги, но в значительной степени устраняет отмеченный главный недостаток локомотивов ВЛ10 при ее реализации.

Суть решения состоит в том, что добавляется еще одна позиция переключения тяговых двигателей, когда, кроме позиций С (напряжение на двигателях 375 В), СП (750 В) и П (1500 В), добавляется позиция СП2 с напряжением на тяговых двигателях 1000 В. (Позицию СП в этом случае следует назвать СП1.)

Такую систему регулирования скорости можно осуществить, если на серийных восьмиосных электровозах будут три группы последовательно соединенных тяговых двигателей. Причем в двух из них будет по три машины, а в одной — два двигателя, подключенные к импульсному регулятору напряжения. Схема соединения тяговых двигателей, а также принципиальная схема собственно регулятора представлены на рис. 2,а.

Работа импульсных регуляторов напряжения хорошо исследована. Управляемый полупроводниковый прибор Т периодически открывается и закрывается, подавая импульсы напряжения контактной сети на нагрузку, которой в данном случае служат два тяговых двигателя.

Ток протекает через тяговые двигатели непрерывно, так как в закрытом состоянии прибора Т энергия к ним поступает за счет накопленной магнитной энергии в дросселе LC. Ток замыкается через диод Д.

Для того чтобы уровень помех от импульсного преобразователя на устройства СЦБ и линии связи находился в допустимых пределах, необходим фильтр, состоящий из индуктивности 1_ф и конденсатора Сф.

Напряжение на двух тяговых двигателях, в принципе, может изменяться от нуля до напряжения контактной сети. Однако для поставленной цели нет нужды регулировать его в широких пределах, требуется лишь поддерживать напряжение на уровне 2/з от номинальной величины.

Таким образом поддерживается одинаковое напряжение на всех тяговых двигателях в пределах 1000 В. Система регулирования импульсного прерывателя обязана работать с одним и тем же коэффициентом скважности импульсов, т.е. отношение продолжительности импульса сетевого тока х к периоду подачи импульсов Т должно сохраняться неизменным, что упрощает ее (рис. 2,6). Нет препятствий и для режима рекуперации на позиции СП2, что будет способствовать как эффективности торможения локомотива, так и увеличению возврата электроэнергии в контактную сеть.

На рис. 3 представлены тяговые характеристики электровоза ВЛ10, дополненного схемой соединения тяговых двигателей СП2. Отчетливо видно улучшение регулировочных свойств локомотива, его тяговых возможностей и экономичности. Однако возможна дополнительная экономия электроэнергии за счет безреостатного пуска в промежутке скоростей от нуля до скорости выхода на характеристику позиции С. В этом случае к импульсному прерывателю присоединяются все тяговые двигатели, соединенные последовательно.

Создание импульсных прерывателей значительно упрощается за счет применения современных полупроводниковых запираемых приборов высоких параметров. Так, уже проработаны приборы серий GTO, IGCT и IGBT на напряжение 6,5 кВ. Это обеспечивает достаточный запас по напряжению без необходимости их последовательного соединения.

Однако такие приборы пока только начинают осваивать. Сейчас промышленность выпускает запираемые устройства на напряжение 3,5... 4,5 кВ, отработаны схемы их использования при входном напряжении 3 кВ.

В них напряжение контактной сети снижается вдвое за счет емкостного делителя, являющегося одновременно и элементом входного фильтра. Это обеспечивает последовательное соединение двух импульсных прерывателей. Возможно также последовательное соединение двух приборов IGBT, обычно в данном режиме не работающих, за счет дополнений в силовой схеме. И, наконец, приборы серии IGCT могут беспрепятственно соединяться последовательно.

В настоящее время имеется несколько вариантов исполнения импульсных регуляторов напряжения. Однако их стоимость из расчета полной мощности электровоза значительна, и востребованность дорогами сомнительна из-за резкого удорожания электровоза в процессе модернизации. Тем более, что снижается надежность за счет усложнения силовой цепи.

Предлагаемый нами вариант импульсного прерывателя примерно в четыре раза дешевле. Соответственно, в этой же пропорции он будет иметь меньшие массогабаритные показатели. Надо полагать, что проблем с его размещением в кузове электровоза ВЛ10 не возникнет.

Важное преимущество нового решения также в том, что все кузовное оборудование электровоза ВЛ10 сохраняется. Поэтому при отказе преобразователя его просто отключают, и электровоз продолжает работать по серийной схеме до захода в депо.

В случае использования преобразователя на полную мощность, предполагающего сокращение количества коммутирующей аппаратуры, пусковых резисторов, любое повреждение в схеме преобразователя делает невозможной дальнейшую работу электровоза или одной из его секций.

Проектно-конструкторская проработка рассмотренного варианта модернизации электровоза ВЛ10 при заводском ремонте не должна вызвать принципиальных затруднений. Возможна также модернизация в наиболее крупных депо при условии поставки комплектов преобразователей.

Повышение эксплуатационных показателей электровозов при ремонте КРП за счет улучшения их тяговых возможностей и экономии электроэнергии на тягу — стратегическая задача модернизации серийных машин (особенно если это достигается при уменьшенных расходах). Поэтому надеемся, что статья заинтересует как эксплуатационников, так и лиц, ответственных за модернизацию локомотивов, внедрение новой техники и технологий.

Д-р техн. наук А.С. КУРБАСОВ, канд. техн. наук Б.А. КУРБАСОВ

Всю подробную информацию Вы можете узнать, позвонив на наши телефоны в городе Самара, или оформить предварительный заказ, заполнив форму обратной связи Оформить заказ