 |
VII. Системы тепловоза. Назначение и область применения электрооборудования. Технические характеристики электрооборудования
|
|
|
|
VII. Системы тепловоза
(Электрооборудование и электрическая схема)
Назначение и область применения электрооборудования
На тепловозе применяется комплект электрооборудования, характерными отличиями которого являются:
– использование тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением;
– использование блока центрального управления (БЦУ);
– применение функции поосного регулирования силы тяги;
– применение на тепловозе электрического тормоза.
Технические характеристики электрооборудования
8. 2. 1 Тяговый агрегат
Тяговый агрегат А723МБ У2 включает в себя тяговый и вспомогательный синхронные генераторы, скомпонованные в одном корпусе. Корпус агрегата имеет фланцевое крепление к корпусу дизельного двигателя и лапы для установки на раму секции тепловоза через виброизоляторы.
Вентиляция агрегата – принудительная нагнетательная. Забор охлаждающего воздуха производится извне секции тепловоза с боков кузова, через мультициклонные фильтры. Степень очистки воздуха от пыли при удельной поверхности пыли 2800 см2/г – не менее 75 %, от капельной влаги – не менее 70 %. Попадание масла в агрегат недопустимо. Подвод охлаждающего воздуха – сверху со стороны контактных колец, выброс – снизу со стороны двигателя.
Тяговый агрегат предназначен для преобразования механической мощности на коленчатом валу дизеля в электрическую энергию.
Тяговый генератор агрегата А723МБ У2 предназначен для питания через выпрямительный модуль тяговых электродвигателей постоянного тока секции тепловоза и запуска дизельного двигателя.
Вспомогательный генератор тягового агрегата А723МБ У2 предназначен для питания цепей системы возбуждения тягового и вспомогательного генераторов и питания через выпрямитель цепей собственных нужд постоянного тока секции тепловоза.
|
|
|
Тяговый и вспомогательный генераторы, входящие в агрегат, выполнены в одном корпусе с одном подшипниковым узлом, с фланцем вала ротора со стороны, противоположной контактным кольцам для подсоединения к коленчатому валу дизеля. Соединение вала ротора агрегата с коленчатым валом двигателя должно осуществляться через дисковую муфту пластинчатого типа.
Тяговый и вспомогательный генераторы агрегата представляют собой синхронные двенадцатиполюсные электрические машины с явновыраженными полюсами ротора.
Статор тягового генератора имеет обмотку, выполненную в виде двух сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов трехфазных звезд с выводом нулевых точек. При этом любой из двух нулевых выводов обмотки статора тягового генератора может быть использован для обеспечения инверторного запуска двигателя.
Статор вспомогательного генератора имеет обмотку для питания цепей собственных нужд постоянного тока секции тепловоза и обмотку для питания цепей системы возбуждения тягового и вспомогательного генераторов. Обмотка питания цепей собственных нужд постоянного тока секции тепловоза выполнена в виде двух сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов трехфазных звезд с выводом нулевых точек.
8. 2. 2 Система запуска дизельного двигателя.
Система запуска дизельного двигателя представляет собой систему, которая обеспечивает раскручивание вала агрегата тягового инверторным преобразователем. При этом агрегат тяговый переводится в двигательный режим путем создания вращающегося магнитного поля на одной трехфазной звезде статорной обмотки тягового генератора и соответственно возбуждением ротора тягового генератора.
|
|
|
Основными элементами системы пуска дизеля являются: тиристорные панели А47-А50 (СТР1-СТР4) 17FM544 (4 шт. ); конденсатор пусковой ССС 41A296302AKP1; резисторы пусковые R30. 1, R30. 2 17EM49U2; дроссель LS 41А296303АА; электронный блок запуска дизеля A43(ECM) 17FL477B1; пусковые контакторы КМ20-КМ24 17СМ53 и 17СМ55; панель управления дизельным двигателем А44 (ECU).
Тиристорные панели установлены над агрегатом тяговым (А1) в шкафу пуска дизеля правом (ШПД правый).
Три панели (А47-А49) предназначены для преобразования постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное 3-х фазное напряжение, необходимое для питания тягового генератора при его работе в двигательном режиме при запуске дизеля, одна панель (А50) для коммутации запуска.
Установленные тиристорные панели
Конденсатор установлен над агрегатом тяговым (А1) в ШПД правом.
Конденсатор предназначен для своевременного закрытия тиристоров на тиристорных панелях во время запуска дизеля. Конденсатор представляет собой металлический герметичный корпус прямоугольной формы с двумя силовыми контактами, выведенными на верхнюю сторону корпуса. Внутри корпуса размещен металлизированный полипропилен, помещенный, в свою очередь, в оболочку большого размера. Конденсатор имеет встроенное предохранительное реле давления с уставкой 82 кПа. Выводы реле давления так же установлены на верхней стороне корпуса;
Конденсатор пусковой (ССС)
| ВНИМАНИЕ! | Есть вероятность поражения электрическим током. Перед началом работ с конденсатором или цепями, связанными с ним необходимо убедиться в отсутствии напряжения на клеммах конденсатора (конденсатор ССС имеет емкость 1, 7 мкФ с номинальным напряжением до 900 В, для разряда конденсатора предусмотрен резистор R29 (5 кОм), который установлен непосредственно над конденсатором, ориентировочное время полного разрядка конденсатора – 5 сек). |
Резисторы пусковые R30. 1, R30. 2 17EM49U2 установлены над агрегатом тяговым (А1) в шкафу пуска дизеля левом (ШПД левый).
Резисторы предназначены для снижения тока, проходящего через обмотки статора тягового генератора при запуске дизеля. Резистор состоит из основания, к которому посредством болтов с гайками, плоскими и пружинными шайбами прикреплены резистивные элементы. Общее сопротивление резистора 0, 084 Ом.
|
|
|
| ВНИМАНИЕ! | Есть вероятность повреждения электрическим током. Дроссель находится под напряжением 110 В. Эксплуатация тепловоза со снятым листом закрытия дросселя LS запрещается. Перед снятием листа закрытия LS необходимо отключить рубильник аккумуляторной батареи QS1. Запрещается становиться или устанавливать на крышку закрытия LS любые предметы. |
Дроссель установлен в дизельном помещении на раме тепловоза возле правой двери прохода в аппаратное помещение и закрыт защитной крышкой.
Дроссель предназначен для уменьшения скорости нарастания тока в момент подключения тягового генератора к пусковым инверторам во время запуска дизельного двигателя. Дроссель состоит из двух обмоток, установленных в закрытую магнитную систему. Сердечники прямоугольные, собраны в пакет;
Электронный блок запуска дизеля A43(ECM) 17FL477B1 предназначен для управления пусковыми инверторами, реле и контакторами, приема сигналов управления и сигналов датчиков, передачи информации дисплею управления дизелем. Базовой частью блока является сварное основание прямоугольной формы, внутри которого смонтирована объединяющая печатная плата с многоконтактными разъемами. К основанию приварен корпус прямоугольной формы, внутри которого установлены сменные электронные карты (слоты).
Электронный блок запуска
Пусковые контакторы КМ20-КМ24 17СМ53 и 17СМ55 предназначены для подключения и отключения элементов системы пуска. Контакторы собраны на магнитной рамке магнитопровода, установленной на изоляционной панели. Пусковая цепь коммутируется главными контактами. При подаче напряжения на катушку к ее сердечнику притягивается якорь, на который закреплен силовой подвижный контакт. Неподвижный контакт закреплен на нижней части скобы магнитопровода.
Пусковой контактор
Панель А44 установлена в аппаратной камере в нижней части отсека размещения оборудования дизеля (шкаф управления дизелем).
|
|
|
А44 представляет собой панель с электронной платой. Панель управления двигателем отвечает за управление дизельным двигателем в различных рабочих состояниях. Кроме того, панель управления двигателем обеспечивает защиту дизельного двигателя от серьезных повреждений посредством применения защиты от разноса и снижения потребляемой мощности.
Основные функции А44:
1. Контроль частоты вращения дизеля;
2. Ограничение ускорения и торможения;
3. Ограничение максимальной подачи топлива;
4. Управление подачей топлива в цилиндры дизеля в зависимости от режима работы (запуск, работа, останов, холостой ход, неподвижный, потеря скорости и превышение скорости) для поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала;
5. Защита дизеля (превышение частоты вращения, перегрузка, дым, низкое давление масла и воды);
6. Управление углом опережения впрыска топлива;
7. Диагностика.
Блок управления двигателем следит и идентифицирует определенные рабочие параметры дизеля. В случае выхода контролируемых параметров за установленные пределы (давление масла и воды), блок управления посылает сигналы на снижение оборотов двигателя и/или снижение мощности, отбираемой от дизеля.
Базовой частью блока является сварное основание. К основанию крепится печатная плата с электронными элементами блока. Плата закреплена элементами внутрь. На внешнюю сторону платы напаяны разъемы для подключения электрических цепей тепловоза. Силовые ключи блока установлены на радиаторах охлаждения, которые, в свою очередь, крепятся к основанию платы. Так же к основанию с одного из торцов крепятся порты диагностики и связи. Данные порты предназначены для межблочных связей внутри системы управления дизелем и связи СУД с МПСУ и подключения переносного компьютера для диагностики блока.
8. 2. 3 Тяговый электродвигатель
Тяговый электродвигатель представляет собой электрическую машину постоянного тока с последовательным возбуждением и принудительной вентиляцией от центробежного вентилятора (один на три тяговых двигателя). Охлаждающий воздух подается со стороны коллектора и продувается вдоль машины.
Двигатель четырехполюсный. Конструкция полюсов исключает возможность свободного перемещения катушки относительно полюсного сердечника, механического износа, взаимного перемещения витков катушки. В конструкции якоря предусмотрена переходная втулка, позволяющая производить замену вала без замены обмотки.
Двигатель предназначен для привода колесных пар тепловоза.
8. 2. 4 Выпрямитель управляемый двухканальный
Выпрямитель предназначен для преобразования переменного трехфазного напряжения в два регулируемых по величине напряжения постоянного тока для питания обмоток возбуждения тягового и вспомогательного генераторов тепловоза.
|
|
|
Выпрямитель состоит из:
- трехфазного тиристорного выпрямителя;
- драйверов управления тиристорами;
- защитных выходных диодов;
- измерительных трансформаторов, предназначенных для синхронизации трехфазного напряжения с системой управления тиристорами.
Выпрямитель обеспечивает прием и исполнение сигналов управления от системы управления тепловоза с номинальным значением амплитуды импульсов управления 15 В.
Выпрямитель имеет дискретные сигналы, сигнализирующие о перегреве силового радиатора и состоянии двери. Силовые контакты датчиков дискретных сигналов рассчитаны на ток до 1 А и напряжение бортовой сети тепловоза.
Выпрямитель содержит три трансформатора, предназначенных для синхронизации системы управления тиристорами со входным трехфазным напряжением.
8. 2. 5 Асинхронный электродвигатель привода вентиляторов охлаждения теплоносителей дизельного двигателя.
На тепловозе применен асинхронный трехфазный электродвигатель типа рДМ180LВ6 для привода вентиляторов охлаждения теплоносителей дизеля.
Питание электродвигателя осуществляется от тягового агрегата (вспомогательного генератора), при этом частота вращения пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя (позиции контроллера).
Соединение приводимого вентиляторного колеса с валом электродвигателя - жесткое.
8. 2. 6 Электродвигатель вентилятора обдува тормозных резисторов.
Для обдува тормозных резисторов на тепловозе применен электродвигатель 4ПНЖ200S.
Электродвигатель 4ПНЖ200S представляет собой машину постоянного тока последовательного возбуждения. Электродвигатель выполнен в защищенном исполнении с самовентиляцией.
8. 2. 7 Преобразователь тяговый.
Для питания тяговых электродвигателей на тепловозе использован управляемый тиристорный преобразователь (преобразователь тяговый). Управляемый тиристорный преобразователь работает в режиме выпрямителя, преобразуя переменное трехфазное напряжение, вырабатываемое тяговым агрегатом в шесть независимо регулируемых постоянных напряжений, подаваемых на статорные и роторные обмотки тяговых электродвигателей. В генераторном (тормозном) режиме работы тяговых электродвигателей преобразователь по команде от системы управления тепловоза одним из каналов обеспечивает питание шести обмоток возбуждения электродвигателей, соединённых последовательно.
Преобразователь состоит из следующих основных узлов:
– шести автономных управляемых трехфазных выпрямителей с развязывающими диодами;
– плат формирователей импульсов;
– плата соединений;
– плат питания;
– входных предохранителей;
Каждая из двух звезд тягового генератора подключена к трем выпрямителям. Каждый управляемый выпрямитель питает свой тяговый электродвигатель.
Тиристоры преобразователя охлаждаются воздухом, нагнетаемым в шкаф приводом вентилятора. Вентилятор приводится во вращение приводным электродвигателем.
Для осмотра, обслуживания и ремонта выпрямительной установки имеются съемные крышки. При снятии крышек срабатывают концевые выключатели, расположенные на шкафе преобразователя, при этом, формируются сигналы, поступающие в систему управления тепловоза. Система управления тепловоза при поступлении сигнала о срабатывании концевых выключателей снимает возбуждение с тягового генератора, для исключения поражения электрическим током.
8. 2. 8 Электродвигатели вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей.
Для привода вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей на тепловозе применяются два асинхронных электродвигателя рДМ225L6.
Питание электродвигателей осуществляется от вспомогательного генератора, при этом частота вращения пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя (позиции контроллера).
Соединение приводимого вентиляторного колеса с валом электродвигателя – жесткое.
8. 2. 9 Вентилятор охлаждения тягового агрегата.
Для привода вентилятора охлаждения тягового агрегата на тепловозе применяется асинхронный электродвигатель рДМ180LВ6.
Соединение приводимого вентиляторного колеса с валом электродвигателя – жесткое.
8. 2. 10 Многофункциональная микропроцессорная система управления тепловозом (МПСУ)
Микропроцессорная система управления, регулирования и диагностики (далее по тексту МПСУ) предназначена для управления и регулирования режимами работы основного и вспомогательного оборудования тепловоза, а также для выполнения функций бортового диагностического устройства.
В общем случае в составе МПСУ можно выделить следующие составные части:
– блок центрального управления (БЦУ);
– дисплейный модуль;
– преобразователи напряжения и тока;
– датчик давления;
– термопреобразователи сопротивления.
В БЦУ поступает информация от датчиков напряжения и тока, давления, частоты вращения тяговых электродвигателей от БЦУ других секций, от системы управления дизеля контроллера машиниста и модуля дисплейного, о состоянии реле, контакторов, блокировок.
Поступающая в БЦУ информация обрабатывается микропроцессорными средствами и вырабатываются управляющие команды всей коммутационной аппаратуре (контакторам, реле, электропневматическим вентилям), полупроводниковым преобразователям (управляемому выпрямителю возбуждения и тяговому выпрямителю, системе управления дизеля), даются соответствующие команды и сигналы в модуль дисплейный и БЦУ других секций.
Обработка информации и выработка соответствующих команд и сигналов в БЦУ производится согласно разработанным алгоритмам управления, регулирования и диагностики, записанным в виде прикладных программ.
Питание БЦУ производится от бортовой сети 110 В постоянного тока через фильтр, обеспечивающий стабильность напряжения питания даже во время запуска дизеля при глубокой просадке напряжения бортовой сети.
Система МПСУ выполняет следующие основные функции:
– обмен данными с системой управления дизелем;
– сборка схемы тепловоза в режимах тяги, электродинамического торможения и реостатном режиме;
– автоматическая остановка дизеля при появлении давления в картере;
– блокировка пуска дизеля при невыполнении условий, разрешающих запуск;
– снижение мощности дизеля при отключении части тяговых электродвигателей;
– формирование внешних и нагрузочных характеристик тягового генератора, в зависимости от частоты вращения вала дизеля;
– защита силовой выпрямительной установки от внешних и внутренних коротких замыканий;
– контроль изоляции низковольтных цепей;
– сброс нагрузки при нарушении изоляции силовых цепей;
– управление контакторами ослабления возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока;
– ограничение напряжения и тока тягового генератора в соответствии с техническими условиями на тяговый генератор и тяговые электродвигатели;
– формирование характеристик электрического тормоза с учетом ограничений по току якоря, току выпрямителя и по коммутации тяговых электродвигателей;
– регулирование температуры теплоносителей дизеля в автоматическом и ручном режимах;
– управление замещением электрического тормоза пневматическим;
– обеспечение защиты от боксования и юза;
– диагностика основного и вспомогательного оборудования тепловоза;
– отображение на дисплейном модуле сообщений о неисправностях оборудования и отклонении параметров от нормы;
– отображение на дисплейном модуле параметров основного и вспомогательного оборудования.
8. 2. 10. 1 Блок центрального управления (БЦУ)
БЦУ совместно с программным обеспечением (ПО) тепловоза предназначен для реализации алгоритмов управления и регулирования тягового и вспомогательного оборудования тепловоза, а также для выполнения отдельных функций бортового диагностического устройства.
БЦУ обеспечивает:
– периодический опрос состояния датчиков дискретных сигналов тепловоза;
– периодический опрос состояния датчиков аналоговых сигналов тепловоза;
– управление исполнительными элементами средств автоматики тепловоза;
– управление тиристорами в трёхфазных выпрямителях, собранных по мостовой или нулевой схеме, и однофазных выпрямителях;
– приём последовательности прямоугольных импульсов (частотные сигналы) от датчиков тепловоза;
– двусторонний обмен данными с внешними устройствами по последовательным интерфейсам;
– обработку получаемой от систем тепловоза информации;
– питание внешних аналоговых датчиков и измерительных преобразователей, подключаемых к БЦУ. Конструкцией БЦУ (внешний вид показан на рисунке 88) предусмотрено одностороннее подключение внешних кабелей и их механическая фиксация. Подключение кабелей осуществляется с передней стороны БЦУ с помощью разъёмных соединителей.
БЦУ реализован по модульному принципу и состоит из оболочки (шкафа), модулей блоков питания, крейта с организацией слотов для установки функциональных модулей и набора модулей.
БЦУ оснащён системой термостатирования, включающей нагревательные элементы и циркуляционную вентиляцию. Система термостатирования должна включать нагревательные элементы при подаче питания на БЦУ, если температура внутри БЦУ не превышает плюс 10 °С. Циркуляционная вентиляция должна включаться при достижении температуры минус 35 °С и далее работать постоянно.
Система термостатирования БЦУ обеспечивает внутри корпуса температурный режим эксплуатации комплектующих электрорадиоэлементов в соответствии с требованиями технических документов на их применение.
8. 2. 10. 2 Контроллер машиниста
Контроллер машиниста предназначен для управления тепловозом в режиме тяги и электрического торможения.
Контроллер машиниста имеет три положения с фиксацией: «0», «↑ », «↓ ». Из позиций «+» и «-» осуществляется механический возврат в позиции «↑ », «↓ ». Обозначения положений рукоятки контроллера изображены на его корпусе.
Положение «0» соответствует 0 позиции контроллера.
Положение «↑ » соответствует тяговому режиму работы тепловоза.
Положение «↓ » соответствует режиму электрического торможения тепловоза.
Положение «+» соответствует увеличению позиций в режиме тяги или режиме электрического торможения.
Положение «˗ » соответствует уменьшению позиций в режиме тяги или режиме электрического торможения.
Контроллер рассчитан на работу с напряжением 110 В постоянного тока.
Номинальный ток – 1 А.
8. 2. 10. 3 Дисплейный модуль
В качестве дисплейного модуля на тепловозе используется транспортный панельный компьютер (ТПК).
ТПК выполнен в виде единого блока. На лицевой панели расположены: дисплей, клавиатура и индикаторы питания и неисправности.
Дисплей ТПК обладает высоким разрешением и контрастностью и производит отображение текущей информации об измеряемых параметрах и аварийных сообщениях. Высокая контрастность изображения и цветовая насыщенность сохраняются при больших углах обзора и в широком диапазоне освещенности. Отсутствует необходимость в использовании дополнительного поляризационного фильтра.
Информация отображается в текстовой и графической форме с разрешением 800× 600 точек. При помощи клавиатуры производится управление отображением выводимой информации.
Дисплейный модуль является основным средством, с помощью которого осуществляется диалог между машинистом и Системой. Передача информации осуществляется в двух направлениях:
– Система ® Машинист (отображение всей основной информации, собранной Системой, в удобной для восприятия и использования форме);
– Машинист ® Система (воздействие на основные исполнительные устройства и установки параметров тепловоза непосредственно с экрана).
Расположение клавиш дисплейного модуля представлено на рисунке 89.
Таблица. Назначение световых индикаторов на лицевой панели ТПК
| Световой индикатор питания (зеленый) | Включен – питание подано, выключен – питание отсутствует, мигает – питание подано, идет подготовка к работе |
| Световой индикатор неисправности (красный) | Выключен – исправен, включен – обнаружена неисправность |
8. 2. 10. 4 Вентиляторы отсоса пыли
Вентилятор отсоса пыли забирает поток загрязненного воздуха из блока фильтрации мультициклонного через воздуховод и выбрасывает наружу через пылевой воздуховод крыши.
Для привода вентиляторов отсоса пыли из блоков мультициклонов электродвигатели постоянного тока рДМ112МА4, мощностью 2, 2 кВт — для среднего и заднего блоков вентиляции, и рДМ112МА4, мощностью 6 кВт — для переднего блока вентиляции.
|
|
|
