Под электрической схемой (ЭС) единицы подвижного состава принято понимать совокупность установленных на ней электрических машин, аппаратов и проводов (кабелей), их соединяющих. ЭС обеспечивает возможность дистанционного управления дизелем, передачей и иными агрегатами тепловоза, осуществляет их защиту от опасных режимов работы.
Кроме того, электрическая сила автоматически регулирует ряд параметров силовой установки. У тепловозов с электрической передачей мощности сама передача является частью электрической схемы.
По мере развития отечественного тепловозостроения совершенствовались и электрические схемы тепловозов, что связано с появлением не существовавших ранее машин и аппаратов (совершенствованием элементной базы), накоплением опыта проектирования ЭС, а также с изменяющимися требованиями к характеристикам тепловозов.
Рассмотрим основные тенденции развития электрических схем отечественных тепловозов, не упоминая пока о модернизации электрической передачи мощности, чему будет посвящен отдельный подраздел.
К основным изменениям, связанным с совершенствованием элементной базы, относятся:
замена ненадежных и неудобных в обслуживании приборов автоматики вибрационного типа полупроводниковыми устройствами. Здесь следует упомянуть замену регуляторов напряжения СРН и ТРИ полупроводниковыми БРН и АРН; установку диодов зарядки батареи, которая позволила отказаться от реле обратного тока и контакторов батареи;
замена реле времени пневматического типа полупроводниковыми реле времени;
введение в схему штепсельных разъемов между отдельными блоками, между цепями высоковольтных (аппаратных) камер и кабины, облегчающее монтаж и демонтаж схемы, а также позволяющее улучшить звукоизоляцию кабин управления;
отказ от использования сильноточных реле, замена их малоточными в цепях управления и контакторами — в остальных цепях (электродвигателей маслопрокачивающего и топливоподка-чивающего насосов и т.д.);
замена плавких вставок автоматическими выключателями (в основном в цепях управления, освещения и сигнализации, но также и в других цепях: электродвигателя тормозного компрессора и т.д.);
объединение реле управления в блоки однотипных реле (ТПРУ), цепи которых соединяются со схемой штепсельным разъемом;
замена невозвратных реле (РЗ, РОП, РМ) с защелкой на реле с удерживающей катушкой;
внедрение комбинированных релейно-полупроводниковых устройств управления (блоки пуска дизеля на ТЭМ7А и некоторых тепловозах 2ТЭ116);
замена релейных схем микропроцессорными (пока осуществлена в порядке эксперимента на отдельных тепловозах); в частности, в локомотивном депо Санкт-Петербург-Варшавский Октябрьской ж. д. несколько лет достаточно успешно эксплуатируется ТЭП70-316, оборудованный вместо релейной схемы микропроцессорным программным устройством «Пилот» (разработчик — ПО «Коломенский завод»).
В области схемных решений отметим:
повышение автоматичности работы схемы (прежде всего схемы запуска): введение автоматического контроля времени предпусковой прокачки масла, автоматического разбора пусковых цепей, автоматической прокачки дизеля маслом после его остановки;
увеличение количества устройств защиты персонала, дизеля и передачи: внедрение блокировок дверей высоковольтных камер, температурной защиты и т.д.; совершенствование схем ряда защит: противобоксовочной, от повреждения изоляции силовых цепей и т.д.;
оборудование односекционных тепловозов устройствами для работы их по системе двух единиц (как исключение, отметим, что последний вариант схемы тепловоза ТЭП70 не содержит этих устройств, что связано с отсутствием практической надобности в работе тепловозов этой серии по системе двух единиц);
оборудование маневровых тепловозов устройствами для обслуживания их одним машинистом (без помощника);
оснащение тепловозов схемами экстренной остановки дизеля и тепловоза.
В целом, наряду с несомненным прогрессом в области конструирования электрических схем нельзя не отметить отсутствие должной унификации как в области схемных решений (один и тот же алгоритм осуществляется различными схемами), так и в области номенклатуры электрических аппаратов (аналогичные аппараты имеют различную конструкцию). Отсутствует, к сожалению, и единая система обозначений аппаратов и элементов схем (аналогичные аппараты и элементы имеют различные обозначения). Это связано с тем, что тепловозы выпускались на нескольких локомотивостроительных заводах, не принадлежащих МПС; при этом должного стандарта по электрическим схемам министерством издано не было.
Структура электрической схемы тепловоза. Цепи ЭС тепловоза с электрической передачей подразделяются на высоковольтные и низковольтные.
Высоковольтные цепи включают в себя тяговый генератор (ТГ); тяговые электродвигатели (ТЭД); на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока также и выпрямительную установку (ВУ); соединяющие их кабели и контакты силовых электрических аппаратов (на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭМ7А также и цепи, связанные с получающими питание от ТГ электрическими машинами — электродвигателями охлаждения ТЭД и теплоносителей дизеля на 2ТЭ116, электродвигателем второго компрессора на ТЭМ7А). Напряжение в этих цепях может достигать 600 В, они гальванически не связаны с другими цепями тепловоза (на тепловозах с передачей постоянно-постоянного тока — за исключением момента про-ворота коленчатого вала дизеля, см. подп. 13.3); в отличие от всех остальных цепей в них не устанавливают плавких вставок и автоматических выключателей, так как защита их от опасных режимов работы осуществляется при помощи специальных реле (РЗ, РМ, см. подп. 13.4). На тепловозах с гидравлической передачей и дизель-поездах высоковольтные цепи отсутствуют.
Низковольтные цепи включают в себя электродвигатели привода агрегатов дизеля, обеспечивающих его запуск и работу (топли-воподкачивающих и маслопрокачивающих насосов); цепи управления дизелем и передачей; цепи освещения, сигнализации и контрольно-измерительные приборы (кроме амперметра и вольтметра ТГ). Все эти цепи получают питание при неработающем дизеле от аккумуляторной батареи (АБ), при работающем — от вспомогательного генератора (ВГ), на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока — от стартер-генератора (СТГ, см. подп. 13.3).
Схемы электроснабжения низковольтных цепей всех современных тепловозов практически аналогичны (рис. 13.1, а). Минусы АБ и ВГ соединены между собой; при остановленном дизеле напряжение ВГ равно нулю и цепи получают питание от АБ; диод заряда батареи (ДЗБ) при этом препятствует замыканию батареи через якорную цепь ВГ. После запуска дизеля получает питание реле (контактор) регулятора напряжения (РН) — полупроводникового блока, питающего обмотку независимого возбуждения ВГ (СТГ) и регулирующего силу тока в ней таким образом, чтобы
Рис. 13.1. Упрощенные схемы питания низковольтных цепей: а — дизель-поезда, тепловоза с гидравлической передачей, тепловоза с электрической передачей постоянно-постоянного тока (м62); 6 — тепловоза с электрической передачей переменно-постоянного тока (2тэ116); аб — аккумуляторная батарея; пр — плавкий предохранитель; сзб — сопротивление заряда батареи; дзб — диод заряда батареи; ру11 — реле управления; рн — регулятор напряжения; вг — вспомогательный генератор; амк — автоматический выключатель компрессора; крн, кдк, кудк — контакторы; к — электродвигатель компрессора; стг — стартер-генератор; н1 -н2, с1 -с2 — обмотки возбуждения
напряжение В Г (СТГ) поддерживалось независимо от частоты вращения якоря и нагрузки на постоянном уровне, несколько превышающем напряжение АБ (если напряжение АБ равно 64 В, то 75 В, если 96 В, то ПО В, если 90 В, то 115 В (ЧМЭЗ), если 50 В, то 60 В (Д, Д1)).
После включения регулятора напряжения потенциал плюса ВГ (СТГ) становится выше потенциала плюса АБ, диод заряда батареи открывается, и низковольтные цепи начинают получать питание от ВГ (СТГ). Одновременно начинается заряд аккумуляторной батареи через сопротивление заряда батареи СЗБ, которое ограничивает силу зарядного тока (чрезмерный зарядный ток приводит к выкипанию электролита элементов АБ).
Данная схема обладает очевидным недостатком: при получении низковольтными цепями питания от АБ в цепь этого питания входит СЗБ, что обуславливает бесполезный дополнительный разряд батареи. Этот недостаток устранен в схеме тепловоза 2ТЭ116: СЗБ на этих тепловозах шунтировано диодом; через сопротивление проходит только ток заряда батареи, а разряд происходит через диод (см. рис. 13.1, б). На дизель-поездах ДР1 (всех индексов) шунтирование СЗБ при запуске осуществляет специально для этого предназначенный контактор КЗБ.
Отметим две характерные особенности питания низковольтных цепей тепловозов с передачей переменно-постоянного тока.
1. Такие тепловозы оборудуются тормозными компрессорами с электрическим приводом. Пуск электродвигателя компрессора (К) на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭП70 реостатный: сначала замыкается контактор КДК (на ТЭП70 — КТК1), собирая цепь К через балластное сопротивление; через 1,8.2,0 с замыкается контактор КУДК (на ТЭП70 — КТК2), контакт которого шунтирует балластное сопротивление. Замыканием и размыканием контакторов управляет несложная схема, включающая в себя реле давления сжатого воздуха в главных резервуарах, реле времени индукционного типа и промежуточное реле управления. Несколько сложнее схема безреостатного запуска компрессора на тепловозах ТЭМ7А: перед пуском и после остановки компрессора кратковременно отключается регулятор напряжения, после чего напряжение, подводимое к К, падает почти до нуля (кроме того, часть тепловозов ТЭМ7А оборудована дополнительным компрессором, электродвигатель которого получает питание от высоковольтных цепей).
В любом случае электродвигатель компрессора соединяется непосредственно с плюсом СТГ: таким образом исключается возможность получения питания электродвигателем от АБ — этому препятствует ДЗБ (см. рис. 13.1,5), так как замыкание батареи через якорную цепь столь мощной машины, как К, привело бы к недопустимо глубокому ее разряду и повреждению изоляции соединительных кабелей.
Таким образом, цепь электродвигателя компрессора — единственная низковольтная цепь, которая может получать питание от СТГ и не может получать его от АБ. Заметим, что на дизель-поездах, оборудованных компрессором с механическим приводом (перевод такого компрессора в режим холостого хода осуществляется подачей воздуха к разгрузочным устройствам), имеется, в отличие от тепловозов с передачей постоянно-постоянного тока и с гидропередачей, электрическая схема управления компрессором: сжатый воздух к разгрузочным устройствам пропускает электропневматический вентиль. Такая конструкция обеспечивает возможность электрической синхронизации компрессоров головных вагонов, так как пневматическая синхронизация на дизельпоездах трудноосуществима ввиду удаленности компрессоров друг от друга и необходимости в большом количестве межвагонных пневматических соединений.
2. Поскольку СТГ осуществляет проворот коленчатого вала при запуске дизеля, мощность его значительно больше мощности ВГ; на статоре СТГ укладывается пусковая обмотка последовательного возбуждения, которая обеспечивает возбуждение СТГ при про-вороте коленчатого вала (подробнее см. в подп. 13.2). Сила тока в пусковой обмотке равна силе якорного тока и в процессе прово-рота быстро изменяется, в результате чего в обмотке независимого возбуждения наводится значительная трансформаторная ЭДС. Во избежание воздействия ее на РН обмотка независимого возбуждения подключается к РН только по окончании пуска. Для этих целей на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока устанавливают не реле, а контактор регулятора напряжения (КРН).
Кроме того, на тепловозах и дизель-поездах имеются и иные цепи, гальванически не связанные с вышеописанными и друг с другом: цепи возбуждения тягового генератора и его возбудителя (часть этих цепей гальванически связана с низковольтными), цепь привода вентилятора холодильника дизеля (тепловозы ТГМЗ и т. п.), цепи отопления салонов (дизель-поезда ДР1) и т.д.
⇐ | Аппараты регулирования | | Устройство и ремонт тепловозов | | Силовая схема тепловоза с электрической передачей мощности | ⇒