2.7.2.5 Тяговые двигатели

Тяговые двигатели типа ДАТЭ-170-4 У2 или ТА280М4 У2 - асинхронные, трехфазные, четырехполюсные с короткозамкнутым ротором предназначены для преобразования в тяговом режиме потребляемой из контактной сети электрической энергии в механическую энергию вращения ротора для обеспечения вращения колесных пар вагона и обратного преобразования в режимах реостатного и рекуперативного торможения вагона механической энергии в электрическую.

Электродвигатели относятся к классу вентилируемых и имеют вентилятор из литого алюминия, устанавливаемый на валу ротора на стороне противоположной выходному валу.

Мощность указанных типов двигателей 170 кВт, номинальное напряжение питания двигателя (по первой гармонике) – 530 В, номинальная частота – 43 Гц, синхронная частота вращения 1290 мин^-1, максимальная частота вращения – 3600 мин^-1, масса двигателей– 805 кг и 780 кг, соответственно.

Двигатели устанавливаются на тележках вагона и через эластичную муфту

«EZK-MEM250-1»соединены с редукторами колесных пар.

Полные сведения о двигателе ДАТЭ-170-4 У2 содержатся в руководстве по эксплуатации ИБЖК.526672.008-03 РЭ, а двигателя ТА280М4 У2 – в руководстве по эксплуатации ДТ.520205.038 РЭ.

2.7.2.6 Датчик частоты вращения ротора двигателя

Датчик частоты вращения (ДЧВ) ротора двигателя МЕ10АF-701 устанавливается на каждом тяговом двигателе. Сигналы ДЧВ о частоте вращения двигателей используются в блоке управления тяговым приводом (БУТП) для управления

силовым инвертором и защиты привода от буксования и юза.

ДЧВ состоит из измерительной головки в стальной оболочке, проводника и соединителя. Стальная оболочка с фланцем крепления позволяет устанавливать датчик в специальный корпус на тяговом двигателе.

Технические характеристики, конструкция и работа датчика указаны в руководстве 7600.40.00.001 РЭ на КАТП-2.

2.7.2.7 Работа асинхронного тягового привода

Комплект электрооборудования КАТП-2, установленного на вагонах

81-760 и 81-761, представляет собой асинхронный тяговый электропривод с автономным инвертором напряжения на IGBT-модулях.

Основным источником электроснабжения является контактная сеть метрополитена - внешний источник электропитания, обеспечивающий питание силовых и вспомогательных высоковольтных цепей вагонов с контактного рельса номинальным напряжением постоянного тока 750 В.

Подача напряжения от контактной сети на вагоны осуществляется от третьего контактного рельса через токоприемники типа ТРА-02.

Состав оборудования тягового привода представлен в таблице 10.

Привод КАТП-2 получает питание от контактной сети постоянного тока при нижнем токосъеме с контактного рельса через токоприемник и обеспечивает:

- пуск и регулирование скорости с четырьмя различными темпами разгона по командам блока компьютера вагонного управления (БКВУ), а также пуск и регулирование скорости в тяговом режиме с двумя различными темпами разгона по командам резервного управления;

- следящее рекуперативно-реостатное торможение по командам БКВУ с тремя различными темпами замедления в диапазоне скоростей от максимальной до минимально возможной ( но не более 7 км/ч) без ограничения скорости начала торможения;

- изменение направления движения по командам БКВУ или реверсора резервного управления;

- устойчивую работу при повторно-кратковременных режимах с максимальной нагрузкой и продолжительностью стоянки на станции 25 с при скорости сообщения 48 км/ч на перегоне 1700 м с интенсивностью движения не менее 40 циклов пусков в час;

- автоматическое регулирование тягового и электродинамического тормозного усилий в зависимости от сигналов устройства контроля загрузки вагонов;

- управление движением по системе многих единиц и сохранение работоспособности при проезде неперекрываемых токоразделов в режимах тяги и рекуперативно-реостатного торможения при изменениях напряжения от 550 до 975 В;

- контроль параметров электрического торможения и формирование при его отказе, снижении эффективности или истощении в зоне малых скоростей сигналов

«Отказ электротормоза», «Электротормоз неэффективен», используемых для формирования команд на замещение электрического торможения пневматическим;

- прием сигналов управления от БКВУ и передачу диагностических сигналов о состоянии и параметрах электрооборудования в БКВУ.

Основные технические характеристики КАТП-2 приведены выше и в руководстве по эксплуатации 7600.40.00.001 РЭ.

Силовая цепь тяговой системы условно состоит из следующих составных частей (цепей), выполняющих определенные функции:

- дросселя сетевого фильтра и цепей защиты;

- трехфазного тягового инвертора с тяговыми электродвигателями;

- преобразователя реостатного тормоза (тормозного резистора).

Токосъем 750 В постоянного тока с контактного рельса (см. электрическую принципиальную схему головного вагона 7600.00.00.001 Э3, лист 12 «Цепи высоковольтные») для питания асинхронного тягового привода осуществляется токоприемниками ХА1-ХА4 (ТРА-02), и далее напряжение тяговой сети поступает в КТИ через муфты соединительные ХТ1-ХТ4, блок БСТД (А41), главный предохранитель FU1 и разъединитель QS1 (БРУ-01).

Если разъединитель QS1 замкнут, то питание подводится к быстродействующему выключателю (ВБ) UR6-31 TDP, который обеспечивает защиту от перенапряжения и токов короткого замыкания силовых цепей комплекта электрооборудования. При возникновении неисправности ВБ осуществляет быстрое отключение силовой цепи.

В режиме тяги компоненты силовой цепи преобразуют напряжение сети постоянного тока в трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой и частотой для питания тяговых асинхронных двигателей.

Компоненты силовой цепи также обеспечивают режим динамического реостатного торможения.

Дополнительные трехфазные цепи питания 220 В предназначены для питания асинхронных двигателей вентиляторов охлаждения тормозного резистора А56 и модуля силового инвертора (МСИ).

Входное напряжение от тяговой сети подводится к блоку питания вентиляторов (БПВ). Блок питания в своем составе имеет понижающий чоппер и два

независимых инвертора. Каждый инвертор преобразует выходное напряжение

постоянного тока чоппера в 3-фазное напряжение 220 В, частотой 25/50 Гц.

Мощность каждого инвертора 2,2 кВт.

БПВ имеет естественное охлаждение и установлен внутри КТИ.

Дроссель сетевого фильтра (L_f) номиналом 8 мГн закреплен на раме вагона отдельно от контейнера тягового инвертора. Имеет железный сердечник и естественное охлаждение.

Конденсатор фильтра (С), состоящий из двух параллельно соединенных элементов, служит низкоиндуктивным источником напряжения для силового инвертора и реостатного тормозного чоппера.

Дроссель L_f и конденсатор С вместе составляют LC – фильтр низких частот, обеспечивающий защиту системы от выбросов напряжения и уменьшает помехи, передающиеся в контактную сеть.

Цепи заряда и разряда конденсатора сетевого фильтра выполняют следующие функции. При подаче питания (54-82) В на КТИ-2 блок управления БУТП включает ВБ и зарядный контактор ЗК. Линейный контактор ЛК в этот момент разомкнут и изолирует модуль силового инвертора (МСИ) от тяговой сети.

После включения разъединителя QS и подачи высокого напряжения на КТИ-2 происходит заряд конденсатора сетевого фильтра С через зарядный резистор Rзар, ограничивающий ток заряда конденсатора.

Напряжение на конденсаторе фильтра контролируется датчиком напряжения ДН_ВХ. Когда напряжение на фильтре достигнет определенной уставки, блок БУТП включает ЛК и подключает МСИ непосредственно к тяговой сети. Зарядный контактор ЗК размыкается.

Для обеспечения необходимых алгоритмов работы ВБ, ЛК, ЗК имеют вспомогательные блок-контакты, которые используются для передачи в БУТП информации о состоянии их главных контактов.

Разрядный резистор R обеспечивает безопасный разряд конденсатора сетевого фильтра С перед проведением технического обслуживания. Время разряда конденсатор не менее 2 мин.

Для защиты тягового оборудования от перенапряжений в контактной сети параллельно конденсатору фильтра включен нелинейный полупроводниковый ограничивающий варистор (без обозначения).

Линейный контактор ЛК однополюсный, электромагнитный используется для отключения тяговой системы от контактной сети в случае возникновения

неисправности или в штатном режиме при электрическом реостатном торможении без рекуперации энергии в контактную сеть. В нормальных условиях, когда требуется размыкание контактора, сначала снимаются управляющие сигналы с транзисторов МСИ, чтобы контактору не разрывать контакты под током нагрузки.

Входной и обратный линейные токи тягового привода контролируются датчиками тока ДТ_ВХ и ДТ_ВЫХ, соответственно. Сигнал о величине входного тока используется в БУТП для электронной защиты превышения потребляемого тока. Сигнал о величине обратного тока используется в БУТП для электронной

дифференциальной защиты, которая контролирует входной и обратные токи на наличие дисбаланса для обнаружения замыкания на землю внутри тягового оборудования.

Промежуточный дроссель фильтра инвертора L служит для подавления колебаний тока, которые могут возникать между конденсатором сетевого фильтра С и конденсатором С, установленном в модуле силового инвертора.

Модуль силового инвертора (МСИ) состоит из заземленного алюминиевого радиатора охлаждения на котором закреплены восемь модулей IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) и конденсатор фильтра инвертора С, подключенный параллельно IGBT-модулям. Конденсатор обеспечивает подавление одиночных бросков напряжения при коммутации IGBT.

Для защиты тягового оборудования от перенапряжения параллельно конденсатору фильтра инвертора включен дополнительный ограничительный варистор (сопротивление).

Радиатор МСИ расположен в вентиляционном канале и обдувается вентилятором инвертора.

Модуль оборудован датчиком температуры, который передает сигнал перегрева в БУТП. Датчик настроен на уставку температуры срабатывания плюс 85 ⁰С (контакты размыкаются и МСИ отключается). БУТП включает МСИ в работу при снижении его температуры до 70 ⁰С.

Транзисторы модулей IGBT (6 шт.)образуют 3-фазный силовой инвертор, который служит для питания тяговых двигателей ТМ1-ТМ4.

Модули IGBT коммутируются с частотой 2400 Гц и управляются БУТП с использованием широко-импульсной модуляции для преобразования входного постоянного напряжения в выходное 3-фазное напряжение, переменное по частоте и амплитуде.

В группе модулей БУТП обеспечивает задержку на отпирание следующего транзистора для того, чтобы предотвратить короткое замыкание при одновременном отпирании двух транзисторов одной фазы. Во время задержки ток проходит через обратные диоды, включенные параллельно транзисторам.

В группе из двух модулей IGBT один транзистр работает в качестве реостатного тормозного чоппера, управляемого БУТП, а другой заперт и модуль используется только в качестве обратного диода тормозного резистора.

В режиме реостатного торможения транзистор начинает работать с частотой 1200 Гц и переменной скважностью, тем самым рассеивая тормозную

энергию в тормозном резисторе. Реостатное торможение необходимо, когда тяговая сеть не может принять ток рекуперации. При этом напряжение на конденсаторе сетевого фильтра составляет 925 В.

Реостатный чоппер также используется в режиме тяги в качестве закорачивающей цепи при превышении напряжением тяговой сети значения 1000 В.

Тормозной резистор крепится на раме отдельно от блока тягового инвертора. Он состоит из нескольких ленточных резистивных элементов, собранных

на изоляторах внутри стального корпуса. Резистор охлаждается вентилятором,

установленным на одной из его сторон.

Выходные фазные токи силового инвертора измеряются датчиками тока ДТ_А и ДТ_В , а выходные линейные напряжения датчиками напряжения ДН_ВО и ДН_АВ. БУТП использует сигналы этих датчиков для управления модулем

силового инвертора и защиты тягового оборудования от перегрузки.

2.7.3 Вспомогательное оборудование