Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Шалимов-21.32

.pdf
Скачиваний:
81
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
778.66 Кб
Скачать

полупантограф фирмы Дорнье с резинокордным подъемно-опускающим механизмом (рис. 23, б), штанговый токоприемник ОмИИТа с резинокордным подъемно-опускающим элементом (рис. 23, в). Они имеют следующие основные узлы: 1 контактные элементы (подрессоренные и неподрессоренные); 2 несущие конструкции полозов; 3 каретки полозов; 4 система подвижных рам; 5 подъемный элемент; 6 демпфирующее устройство; 7 цилиндр с опускающей пружиной; 8 основание токоприемника с изоляторами; 9 управляющее устройство; 10 аэродинамическое устройство; 11 нижняя система рам; 12 авторегулятор высоты нижней системы рам; 13 пружина нижней системы рам.

Рекомендации для решения перспективных конструктивных решений по токоприемникам [17]:

система подвижных рам симметричный вариант полупантографа при совершенствовании токоприемника и асимметричный вариант при создании нового;

в качестве подъемно-опускающего механизма должны применяться приводы с возможностью регулирования статического нажатия с использованием резинокордного упругого элемента;

каретки необходимо выполнять с увеличенным свободным ходом;

полоз токоприемника для улучшения токосъема может быть выполнен рамным с индивидуальным подрессориванием контактных элементов;

для исключения резонансных явлений и стабилизации контактного нажатия скоростные токоприемники должны оборудоваться гидравлическими или воздушными амортизаторами;

повышение надежности токоприемника может быть достигнуто с помощью предохранительных устройств;

аэродинамические устройства требуется устанавливать на токоприемники, эксплуатирующиеся при скоростях свыше 100 км/ч.

7. НАПРАВЛЕННОСТЬ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ТЯГИ

Вопрос экономии электрической энергии на современном этапе, в том числе и в системе электрической тяги, приобретает все большую остроту. Возможность снижения ее затрат изыскивается как на подвижном составе, так и в системе тягового электроснабжения.

Уже более 25 лет ведутся интенсивные работы по использованию статических преобразователей для питания трехфазных тяговых электродвигателей (асинхронных и вентильных). Применение их дает большой технико-экономический эффект.

По данным государственных железных дорог Германии асинхронный трехфазный тяговый двигатель (при одинаковых габаритах) на 30 % мощнее

коллекторного двигателя однофазного переменного тока при f = 16 23 Гц и на 25 % имеет меньший вес.

В 1967 г. Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ) выпустил опытный образец электровоза переменного тока ВЛ80К с асинхронными тяговыми электродвигателями и статическими преобразователями частоты, принципиальная схема одной секции которого приведена на рис. 24.

Тяговый

трансформатор

 

 

 

 

 

 

 

 

В1

 

 

В2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И1

 

И2

И3

 

И4

~ АД1

~ АД2

~ АД3

~ АД4

Рис. 24. Принципиальная схема секции электровоза с асинхронным тяговым двигателем и статическим преобразователем частоты

Статический преобразователь обеспечивает форму кривой тока, потребляемого электровозом, близкую к синусоиде, а также позволяет иметь коэффициент мощности, близкий к единице. Все это определяет снижение потерь электрической энергии в контактной сети и улучшение ее показателей.

В Германии интенсивно ведутся работы по созданию универсального локомотива с трехфазными асинхронными тяговыми электродвигателями (электровозов и тепловозов),

принципиальные схемы которых приведены на

рис. 25.

 

 

 

В

И

 

 

 

~

=

 

Дизель

Инвертор

 

 

А Д

 

3 ~

=

3 ~

3 ~

 

 

 

 

а

=600 3000 В

Преобразователь

 

 

постоянного тока

И

 

в постоянный

 

=

=

 

 

 

А Д

=

3 ~

3 ~

 

 

б

~16 23 , 50, 60 Гц

15, 25 кВ

 

 

В

И

 

~

=

 

 

 

А Д

=

3 ~

3 ~

 

 

в

Рис. 25. Принципиальные схемы локомотивов с трехфазным асинхронным двигателем: а – тепловоза; б – электровоза с напряжением 600 – 3000 В; в – электровоза с напряжением 15,25 кВ

Разработка и выпуск запираемых тиристоров и IGBT-транзисторов, позволяющих существенно упростить схему управления статическими преобразователями, микропроцессорная техника открывают новые возможности использования подвижного состава с асинхронными трехфазными тяговыми электродвигателями. Все больше железных дорог в мире переходит на эту систему, обеспечивающую снижение затрат на текущее содержание и ремонт, а также экономию электрической энергии за счет лучшего КПД.

Ведутся работы и по созданию электроподвижного состава с вентильными двигателями. В 1970 г. Новочеркасским электровозостроительным заводом построен первый электровоз ВЛ80В мощностью 8000 кВт с вентильными тяговыми электродвигателями на базе электровоза переменного тока ВЛ80.

Результаты продолжающихся всесторонних исследований электровозов с асинхронными и вентильными двигателями помогают в разработке универсального локомотива, обладающего значительными техникоэкономическими преимуществами по сравнению с локомотивами, использующими коллекторные тяговые электродвигатели.

Разработка и выпуск запираемых тиристоров, современная микропроцессорная техника позволяют перейти к эксплуатационному освоению новой схемы электроснабжения с промежуточным звеном постоянного тока.

Для питания электроподвижного состава в системе электрической тяги с промежуточным звеном постоянного тока на тяговых подстанциях устанавливается преобразовательный выпрямитель-инвертор (рис. 26). Электрическая энергия переменного тока, получаемая от источника – электрической станции, выпрямителем преобразуется в постоянный ток, а постоянный ток в инверторе – в однофазный переменный ток требуемого напряжения частотой 50 Гц. Таким образом, выпрямитель-инвертор осуществляет преобразование трехфазного переменного тока в однофазный переменный. Такое, казалось бы, сложное преобразование обусловлено стремлением исключить несимметрию системы потребляемых токов единичной тяговой подстанции и ухудшение показателей качества электрической энергии в питающей энергосистеме. Других способов решения требуемой задачи для целей электрической тяги нет.

Известно, что одним из наиболее эффективных путей улучшения показателей качества электрической энергии, уменьшения потребления реактивной мощности и улучшения выходных характеристик выпрямителя является использование многопульсовых выпрямителей, обеспечивающих

форму кривой выпрямленного напряжения с двенадцатью, двадцатью четырьмя и т. д. пульсациями. Процесс замены шестипульсовых выпрямителей на двенадцатипульсовые на электрических железных дорогах России уже начался. Отметим, что на основании теоретических и экспериментальных работ, выполненных сотрудниками ОмГУПСа и специалистами Западно-Сибирской железной дороги, введен в постоянную эксплуатацию на тяговой подстанции станции Омск первый двадцатичетырехпульсовый выпрямитель.

Выпрямитель

 

 

 

(12или 24-

 

 

 

 

пульсовый)

 

U = 27,5 кВ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f = 50 Гц

 

 

 

 

Инвертор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 26. Система электрической тяги с промежуточным звеном постоянного тока

Таким образом, тяговая подстанция электрической железной дороги при установленном на ней преобразователе (выпрямитель-инвертор) будет представлять собой симметричный приемник электрической энергии с практически синусоидальной формой кривой потребляемого тока и малым значением потребляемой реактивной мощности. Это исключает наиболее выраженные недостатки, присущие тяговым подстанциям переменного тока с установленными на них обычными трансформаторами, а, следовательно, и необходимость установки сложных и дорогостоящих дополнительных

устройств, обеспечивающих симметрирование системы потребляемых токов, фильтрацию высших гармонических составляющих и снижение потребления реактивной мощности. При схеме двухстороннего питания тяговой сети исключаются уравнительные токи и потери электрической энергии.

На выходе инвертора будет иметь место однофазный переменный ток напряжением 27,5 кВ, частотой 50 Гц. Таким образом, в системе электрической тяги с промежуточным звеном постоянного тока используются:

1)схема тягового электроснабжения электрической железной дороги переменного тока с напряжением в контактной сети 25 кВ (или выше, если это потребуется);

2)серийно выпускаемые электровозы переменного тока, обладающие высокими тяговыми свойствами.

Значительный технико-экономический эффект будет получен и при замене рассматриваемой системой электрической тяги системы электрической тяги постоянного тока напряжением 3 кВ (уменьшение числа тяговых подстанций, увеличение напряжения в тяговой сети, снижение потерь электрической энергии в тяговой сети, устранение станций стыкования, улучшение показателей качества электрической энергии).

Следовательно, система электрической тяги с промежуточным звеном постоянного тока исключает наиболее выраженные недостатки как системы электрической тяги постоянного тока, так и системы электрической тяги переменного тока.

Рассматриваемая система электрической тяги с промежуточным звеном постоянного тока позволяет использовать и подвижной состав с трехфазными асинхронными тяговыми электродвигателями.

Создание специализированных высокоскоростных железнодорожных магистралей более остро ставит вопрос обеспечения надежного и экономичного токосъема при передаче электроэнергии в несколько мегаватт электрическому подвижному составу, перемещающемуся со скоростями более 100 м/с.

Контактная система токосъема в этих условиях не отвечает предъявленным требованиям, поэтому во многих странах [19, 20], в том числе и в России [21, 22], проводятся исследования по использованию способов токосъема без механического взаимодействия токосъемных устройств.

К альтернативным методам электроснабжения электроподвижного состава относят следующие:

емкостный;

индуктивный;

волновой;

жидкостный;

электродуговой и др.

Из всего многообразия способов токосъема при высокоскоростном движении электрического подвижного состава предпочтение отдается электродуговому, преимущества которого заключаются в следующем:

высокая скорость перемещения реализуется без нарушения токосъема; стабилизация и управление дугой достигаются с помощью управляемого магнитного

поля;

износ материала контактов при магнитном управлении дугой незначителен.

По оценкам английских специалистов срок службы медного контактного провода при токосъеме с помощью дуги и скорости экипажа выше 33,3 м/с составляет не менее 50 лет. Это превышает срок службы провода при скользящем контакте и существенных скоростях движения.

В Омском государственном университете путей сообщения проведены исследования по созданию модели электродугового токосъемного устройства [23]. Токоприемник имеет аэродинамическое крыло в качестве сглаживающего элемента при переходе с одного вида токосъема на другой и контактный способ поджига силовой дуги (рис. 27).

6 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

5

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

8

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 27. Токоприемник для электродугового токосъема

Рассмотрим эту схему. Приведение токоприемника в рабочее положение (см. рис. 27) осуществляется поднятием основания 2, расположенного на основной раме 1 до заданной высоты. В режиме контактного токосъема токосъемные пластины 9 прижимаются к

токопроводу пружиной 7, которая соединена с приводом, выполненным в виде аэродинамического элемента 8. При повышении скорости на аэродинамический элемент 8 воздействует набегающий поток. Под действием возрастающей аэродинамической силы контактное устройство постепенно отводится от токопровода. При достижении заданной скорости контактные пластины 9 отходят от токопровода, зажигается электрическая дуга, которая переходит на пластину 6, отрывающуюся последней, а с нее на электрод 5, расположенный между торцами магнитопровода 4 электромагнитной катушки 3. Это происходит за счет втягивания ее магнитным полем катушки 3. В режиме плазменного токосъема передача энергии от токопровода к токоприемнику осуществляется через каналы плазмы горящей электрической дуги.

Указанный токоприемник предназначен для специального высокоскоростного транспорта. Разработан образец и для электроподвижного состава магистральной железной дороги [24].

 

 

Библиографический список

1.

М а р к в а р д т

К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.

М.: Транспорт, 1982. 528 с.

 

2.

Система тягового электроснабжения 2 25 кВ/ Б. М. Б о р о д у л и н , М. И.

В е к с л е р , В. Е. М а р с к и й , И. В. П а в л о в . М.: Транспорт, 1989. 247 с.

3.

Б о р о д у л и н

Б. М., Г е р м а н Л. А., Н и к о л а е в Г. А. Конденсаторные

установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983. 183 с.

4.П а в л о в И. В. Отсасывающие трансформаторы в тяговых сетях переменного тока. М.: Транспорт, 1965. 203 с.

5.Ш а л и м о в М. Г. Мешающие влияния электрифицированных железных дорог на смежные устройства/ Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1996. 107 с.

6.

К о в а л е в а Т. В., Ш а л и м о в М. Г. Сглаживающие фильтры

тяговых

подстанций постоянного тока/ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 1999. 53 с.

 

7.

К о р д ю к о в

Е. И., Б е л я к о в

А. А., З а х в а т о в

В. Г.

Многофункциональные устройства оптимизации качества электроэнергии в системе тягового электроснабжения/ ВНТО железнодорожников и транспортных строителей. М.: Транспорт, 1989. 47 с.

8. Токосъем на скоростных линиях/ Н. Н. С а е н к о , И. А. Б е л я е в , Э. Э.

Се л е к т о р , А. П. Ю ш к е в и ч // Ж.-д. трансп. 1990. № 2. С. 33 35, 45.

9.Б е л я е в И. А. Взаимодействие токоприемника и контактной сети при высоких скоростях движения. М.: Транспорт, 1968. 159 с.

10.Uskodzenie końcówek ramion odciagowych sieci trakcyjnej Pustelnik Idzi// Trakcja i wagony. 1985. № 2. C. 56 57.

11.Б е л о в Л. Ф., З и н ч е н к о И. Н. Изменения в конструкции контактной сети// Электр. и тепловоз. тяга. 1986. № 12. С. 32.

12.

А. с. 1622191 СССР, МКИ В 60 М 1/20. Фиксатор контактной сети/ Г. П.

М а с л о в , В. П. М и х е е в // Открытия. Изобретения. 1988. № 27. С.

51.

13.

Г о р ш к о в Ю. И., Г у к о в А. И. Ветроустойчивость

контактной сети. М.:

Транспорт, 1969. 128 с.

14. Б е л я е в И. А. Машинисту о контактной сети и токосъеме. М.: Транспорт, 1986.

128 с.

15. С а в ч е н к о В. А., С ч а с т н ы й Е. Н. Совершенствование узлов и технического обслуживания контактной сети. М.: Транспорт, 1987. 144 с.

16.К о р о л е в В. А. Анализ устройств по улучшению работы воздушных стрелок контактной сети// Обеспечение надежности работы токоприемников и контактной сети: Межвуз. темат. сб. науч. тр./ Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1984. С. 54 58.

17.М и х е е в В. П., П а в л о в В. М. Развитие скоростных перевозок и мероприятия по обеспечению надежного и экономичного токосъема// Новые технологии железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. ст.: В 4 ч./ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2000. Ч. 1. С. 310 315.

18.М и х е е в В. П. Пути создания токосъемных устройств Российской магистрали со скоростями до 350 км/ч// Токосъем электрического транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. тр./

Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1993.

С. 6 13.

 

 

19. Р у м и х Э. Исследование бесконтактной передачи

энергии при

высоких

скоростях подвижного состава// Железные дороги мира. № 1. 1975.

С. 21 28.

 

20. Опытный токоприемник для поезда ICE/ С. Б а р т е л ь с ,

В .

Г р о с с

идр.// Железные дороги мира. № 7. 1990. С. 32 36.

21.С в е ш н и к о в В. В., Р а е в с к и й Н. В. Токоприемник электродуговой системы токосъема// Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране: Тезисы докладов VII всесоюзной науч.-техн. конф./ ВЭлНИИ. Новочеркасск, 1991. С. 168.

22. М и х е е в В. П., Р а е в с к и й Н. В. Перспективы внедрения на высокоскоростном транспорте электродугового токосъема// Тезисы докладов межвуз. науч.-техн. конф. «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы»/ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 1998. С. 32, 33.

23. А. с. 1103460 СССР, МКИ В60 5/00. Плазменный токоприемник/ Д. В. Б е л я е в, В. П. М и х е е в.

24. Пат. 2025314 Россия, МКИ В60L 5/00. Плазменный токоприемник электроподвижного состава/ В. В. С в е ш н и к о в, В. П. М и х е е в, Н. В. Р а е в с к и й, А. Ю. Б о ч а р о в.

ШАЛИМОВ Михаил Георгиевич, МАСЛОВ Геннадий Петрович, МАГАЙ Герман Самсонович

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

________________

Редактор Т. С. Паршикова

*

Лицензия ИД № 01094 от 28.02.2000. Подписано в печать 01.11.2002. Формат 60 84 116 . Бумага писчая. Плоская печать.

Усл. печ. л. 3. Уч.-изд. л. 2,9. Тираж 300 экз. Заказ .

**

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа Типография ОмГУПСа

***

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.