Конструкция и технические характеристики электрооборудования | 2ТЭ25А (2ТЭ25К)

Электрооборудование и электрические схемы (см. Приложение № 2) магистрального тепловоза 2ТЭ25А разработаны в соответствии с принятым типажом тепловозов при использовании электрической передачи переменного тока.

На тепловозе 2ТЭ25А применен комплект электрооборудования, характерными отличиями которого от электрооборудования серийных тепловозов с электрической передачей переменно-постоянного тока являются:

  • - применение вместо двух электрических машин (тягового и вспомогательного генераторов) однокорпусного тягового агрегата;
  • - использование асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в качестве тяговых дигателей;
  • - использование комплексной микропроцессорной системы управления с функцией поосного регулирования силы тяги (МПСУ-ТП), в которой реализованы функции регулирования работы тягового и вспомогательного оборудования, управления тепловозом в зависимости от условий движения поезда, работы по системе многих единиц, бортовой диагностики узлов и агрегатов локомотива;
  • - применение унифицированных тяговых статических преобразователей частоты на IGBT-транзисторах. Тяговые преобразователи имеют встроенную микропроцессорную систему управления, связанную с комплексной микропроцессорной системой управления (МПСУ-ТП) тепловоза;
  • - использование во вспомогательных электроприводах асинхронных двигателей, частота и напряжение на которых регулируется от вспомогательных статических преобразователей частоты на IGBT-транзисторах;
  • - применение на тепловозе электрического тормоза;
  • - применение электронного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля;
  • - применение системы обогрева при длительном отстое тепловоза;
  • - применение на тепловозе унифицированного комплекса тормозного пневматического и электропневматического оборудования со встроенными микропроцессорными средствами управления.

Управляемый выпрямитель для возбуждения тягового агрегата

Управляемый выпрямитель для возбуждения тягового агрегата магистрального тепловоза предназначен для преобразования трехфазного напряжения синхронного вспомогательного генератора в регулируемое по величине напряжение постоянного тока, используемое для питания обмоток возбуждения тягового и вспомогательного генераторов агрегата.

Конструктивно выпрямитель представляет собой шкаф закрытого исполнения с габаритами 590x270x306 мм и массой 50 кг, выполненный с возможностью подключения принудительной вентиляции.

В шкафу силовой части выпрямителя расположены:

  • - три силовых тиристорных модуля;
  • - диодный модуль;
  • - RC-цепи для защиты от перенапряжений;
  • - включатели тиристоров;
  • - трансформаторы синхронизации и разделительный трансформатор.

Выпрямитель соединяется с МПСУ-ТП с помощью разъемов.

Выпрямитель преобразует напряжение по трехфазной мостовой схеме и работает на две независимые нагрузки, каждая из которых питается от своего полумоста и соединена с нулевой точкой трехфазной обмотки вспомогательного генератора тепловоза. Шкаф выпрямителя допускает одностороннее обслуживание. Конструкцией шкафа выпрямителя предусмотрен подвод и отвод силовых кабелей через клицы с возможностью подключения и отключения их со стороны обслуживания. Внешние слаботочные электрические выводы выпрямителя должны быть выполнены с помощью разъемов.

Технические характеристики выпрямителя

Номинальный выходной ток (катодной и анодной групп выпрямителя), А220

Максимальный ток нагрузки при номинальном входном напряжении, А250

Номинальное линейное входное напряжение источника питания при /= 100 Гц, В400

Диапазон изменения входного напряжения, В....................120-400

Диапазон изменения частоты входного напряжения, Гц.....30-100

Коэффициент полезного действия, %, не менее98,0

Режим работы.........................................................продолжительный

Асинхронный тяговый электродвигатель АД 917УХЛ1

Электродвигатель (рис. 3.3) представляет собой трехфазную асинхронную электрическую машину с короткозамкнутым ротором, с принудительной вентиляцией.

Подвеска электродвигателя - опорно-осевая. Подача охлаждающего воздуха осуществляется через люк в верхней части корпуса статора со стороны противоположной конусному концу вала, выход - через окна (отверстия) в подшипниковом щите со стороны конусного конца вала.

Электродвигатель оборудован датчиком импульсов (частоты вращения) и датчиком температуры, а также двумя коробками выво-

Тяговый асинхронный электродвигатель АД 917УХЛ1
Рис. 3.3. Тяговый асинхронный электродвигатель АД 917УХЛ1: 1, 15 - крышки; 2 - вал; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - крышка подшипника; 5, 13 - роликовый подшипник; 6 - кольцо; 7, 11 - подшипниковый щит; 8 - корпус статора; 9 - статор; 10 - ротор; 12 - датчик импульсов; 14 - упорная шайба; 16 - кольцо; 17 - трубка для подачи смазки

дов: одну - для подсоединения токовводов статора, вторую - для подсоединения проводов от датчиков (через штепсельный соединитель).

Ротор электродвигателя состоит из сердечника с обмоткой и вала. Листы сердечника ротора выполнены из электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В листах сердечника расположены в два ряда аксиальные вентиляционные каналы. Обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки», представляющей собой систему медных стержней, уложенных в пазы ротора и присоединенных к короткозамыкающим листам. Сердечник с короткозамкнутой обмоткой напрессован на вал. Изготовленный ротор динамически сбалансирован.

Статор имеет круглый корпус сварной конструкции с продольными внутренними и наружными ребрами жесткости, двумя горловинами для запрессовки подшипниковых щитов, приваленными узлами для монтажа электродвигателя на раму тележки, а также сердечник статора. Внутренние продольные ребра жесткости образуют воздушные каналы охлаждения статора.

В верхней части корпуса статора расположены две коробки: силовая коробка выводов (со стороны выводов статорной обмотки) и коробка датчиков (у другого торца), а также вентиляционный люк.

В отверстиях стенки коробки выводов в местах ввода силовых проводов установлены резиновые втулки, закрепленные накладкой. Сверху обе коробки закрыты изолированными крышками с уплотнениями.

Шихтовка сердечника статора производится на внутренние ребра жесткости. Листы сердечника выполнены из электротехнической стали толщиной 0,5 мм и имеют форму кольца. Пакет статора спрессован между нажимными шайбами. По внутреннему диаметру листов выштампованы пазы прямоугольной формы для размещения обмотки. Обмотка статора четырехслойная, волновая, выполненная по схеме трехфазной звезды.

Подшипниковые щиты предназначены для обеспечения опоры и центрирования ротора относительно статора и его свободного вращения с помощью вмонтированных в них подшипников качения.

В процессе эксплуатации предусмотрено добавление смазки в подшипниковые узлы, а замена ее производится при первой плановой разборке электродвигателя. Подшипниковые щиты снабжены камерами сброса отработанной смазки; запрессованы в расточки горловин статора и закреплены болтами.

Асинхронный тяговый электродвигатель (АТД) с короткозамкнутым ротором предназначен для работы в составе колесно-моторных блоков грузовых магистральных тепловозов. Он получает питание от автономного инвертора напряжения (АИН) на IGBT-транзис-торах, входящего в состав тягового статического преобразователя частоты (СПЧ), который в свою очередь запитан от синхронного тягового генератора.

В соответствии с алгоритмом регулирования тягового СПЧ электродвигатель обеспечивает три зоны электромеханической характеристики (рис. 3.4):

Рис. 3.4. Качественная характеристика регулирования тягового двигателя на тепловозе

- зона 1 - пусковой режим, частота вращения изменяется ОТ Л0 ДО Л| (до точки выхода на полную мощность дизель-генератора). При этом электродвигатель создает постоянный пусковой момент и постоянное отношение критического момента к пусковому моменту. Напряжение и частота изменяются по закону постоянства магнитного потока;

- зона 2 - частота вращения изменяется в диапазоне «]- п2 (от

точки выхода на полную мощность до точки выхода на полное напряжение). В этом случае электродвигатель должен поддерживать

постоянное отношение критического момента к текущему моменту;

- зона 3 - частота вращения электродвигателя п2-п2 (зона ослабления потока тягового электродвигателя). При этом полное напряжение поддерживается постоянным, равным 1410 В. Регулирование момента электродвигателя осуществляется за счет изменения частоты питающего напряжения. Отношение критического момента к значению текущего момента в точке п2 должно быть больше 1.

В зонах 2 и 3 постоянно реализуется номинальная мощность электродвигателя.

Асинхронный электродвигатель для привода вентиляторов охлаждающего устройства теплоносителей дизеля

На тепловозе 2ТЭ25Адля привода вентиляторов охлаждающего устройства дизеля применяется асинхронный трехфазный электродвигатель АЖ280А10У2.

Технические характеристики асинхронного электродвигателя АЖ280А10У2

Мощность номинальная, кВт65

Номинальное линейное напряжение, В..................................400±10

Частота питания номинальная, Гц100

частота вращения (синхронная), об/мин1200

КПД, %, не менее92

Коэффициент мощности, не менее0,85

Диапазон изменения частоты питающего напряжения, Гц... 3-100

Закон регулирования линейного напряжения в зависимости

от частоты......................................................................U= const

Кратность максимального вращающего момента, Л/макс/Л/ном... 2,0

Кратность начального пускового тока, /пуск//ном............................7

Схема соединения фаз двигателя..............................................звезда

Масса, кг, не более.........................................................................600

Питание электродвигателя осуществляется от вспомогательного преобразователя на IGBT-транзисторах, обеспечивающего плавное изменение частоты вращения электродвигателя в зависимости от температуры воды, охлаждающей дизель.

Электродвигатель в части воздействия механических факторов внешней среды должен соответствовать группе условий эксплуатации. При этом верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха +80 °С.

Соединение приводимого вентиляторного колеса с валом электродвигателя - жесткое.

Вспомогательный преобразователь частоты ПЧ-ТПІ-125-380-100-2-УЗ на IGBT-транзисторах для электропривода вентиляторов охлаждения теплоносителей

Преобразователь частоты (ПЧ) предназначен для управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью до 65 кВт в вентиляционных агрегатах подвижного состава.

В состав ПЧ входят силовая часть; блок драйверов; блок контроллера; блок питания; несущий конструктив с разъемами.

ПЧ обеспечивает регулирование частоты вращения двигателя, получая задание на частоту вращения от МПСУ-ТП по последовательному каналу связи в автоматическом режиме для поддержания заданного уровня технологической переменной (температуры теплоносителей). При этом обеспечиваются:

  • - плавный запуск и регулирование частоты вращения двигателя в диапазоне от 3 до 100 Гц;
  • - любые виды зависимостей {///'(линейная, квадратичная, произвольная по шести заданным точкам);
  • - защиты от перегрузки по току, от коротких замыканий внешним автоматическим выключателем, при выходе из строя какого-либо силового транзистора, от сквозных токов, от замыканий на землю, от

максимально допустимого напряжения на силовых транзисторах, от минимального напряжения, от перегрева корпуса радиатора. На тепловозе применены четыре преобразователя частоты: два используются для привода асинхронных двигателей мотор-вентиля-торов холодильника дизеля, один для привода асинхронных двигателей мотор-вентиляторов охлаждения тяговых двигателей и один для привода асинхронного двигателя мотор-вентилятора охлаждения тягового агрегата.

Технические характеристики преобразователя частоты ПЧ-ТТП-125-380- 100-2-УЗ

Входное питающее напряжение ..............трехфазное с амплитудой

в функции частоты вращения вала генератора Действующее значение линейного напряжения источника питания, В..............................................................80-100

Максимальное действующее значение линейного напряжения источника питания, В...............................................410

Диапазон изменения частоты входного напряжения питания, Гц..............................................................................30-100

Число фаз преобразователя, вход/выход.......................................3/3

Тип нагрузки ................................................асинхронный двигатель

с вентиляторной нагрузкой

Закон регулирования выходного линейного напряжения в зависимости от частоты..................t/д//2 = const (п0 умолчанию)

t(n//= const (оперативное перепрограммирование)

Схема соединения фаз двигателей............................................звезда

Мощность нагрузки преобразователя (при частоте 100 Гц), кВт, не более65

Максимальный ток нагрузки (действующее значение первой гармоники выходного фазного тока), А, не более 115

Диапазон изменения частоты выходного напряжения питания, Гц3-100

Нестабильность поддержания заданной частоты вращения, %, не более2,5

Коэффициент мощности нагрузки, не менее0,74

Режим работы.........................................................продолжительный

Коэффициент полезного действия преобразователя, %, не менее0,97

Структурная схема вспомогательного преобразователя приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Структурная схема вспомогательного преобразователя для тепловозов:

У В - полууправляемый выпрямитель; АИН - автономный инвертор напряжения; МСУ - микропроцессорная система управления; TV1, TV2 - датчики напряжения; TAI-ТА4 - датчики тока; С - конденсатор

Электродвигатель вентилятора обдува

тормозных резисторов

Для обдува тормозных резисторов на тепловозе применен электродвигатель 4ПНЖ-2005,УХЛ2.

Электродвигатель4ПНЖ-2005,УХЛ2 представляет собой машину постоянного тока последовательного возбуждения. Электродвигатель выполнен в защищенном исполнении с самовентиляцией.

Номинальная мощность двигателя - 55 кВт, номинальное напряжение - 340 В, частота вращения - 3000 об/мин, КПД - 0,87.

Тяговый статический преобразователь

частоты М-ТЗТП-Т-1-У2

Тяговый статический преобразователь частоты (СПЧ) предназначен для питания асинхронных тяговых двигателей грузовых тепловозов при их работе как в режиме тяги, так и в режиме электрического торможения Преобразователь (рис. 3.6) выполняется на основе выпрямителя (В) и автономных инверторов напряжения и состоит:

  • - из двух неуправляемых трехфазных выпрямителей (НВ 1, НВ2), включенных последовательно;
  • - конденсатора фильтра (С 1.1);
  • - трех автономных инверторов напряжения (МФ), (по одному на каждый электродвигатель), выполненных на основе IGBT-тран-зисторов;
  • - трех регуляторов тока электрического реостатного тормоза (МТ), выполненных каждый на основе IGBT-транзисторов;
  • - трех вакуумных контакторов (К1-КЗ);
  • - комплекта измерительных датчиков тока, напряжения, цепей защиты и управления;
  • - системы автоматического управления тяговым преобразователем (САУТП).

Выпрямитель тягового СПЧ выполнен по схеме, предусматривающей последовательное соединение в группу двух трехфазных мостов, питание каждого из которых осуществляется от одной из двух трехфазных статорных обмоток тягового генератора.

Каждый МФ состоит из шести силовых модулей и входного фильтрового конденсатора. В состав регулятора тока электрического реостатного тормоза входит IGBT-модуль и обратный диод.

Рис. 3.6. Электрическая принципиальная схема силовой части преобразователя М-ТЗТП-Т-1-У2

Преобразователь укомплектован набором датчиков тока и напряжения, обеспечивающих контроль, регулирование и диагностирование его элементов.

Преобразователь обеспечивает работу тепловоза в следующих режимах:

  • - плавный пуск и поосное регулирование частоты вращения тяговых электродвигателей в тяговом режиме путем изменения величины и частоты напряжения;
  • - торможение от максимальной до заданной скорости и ее поддержание с использованием реостатного торможения;
  • - реостатные испытания дизель-генераторной установки (ДГУ) и проверку ее мощности при нагружении на тормозные резисторы локомотива.

В составе преобразователя предусмотрены защиты:

  • - от опрокидывания;
  • - от превышения максимального тока тягового двигателя;
  • - от внешних и внутренних коротких замыканий;
  • - от коротких замыканий силовых цепей на корпус;
  • - от повышенного входного напряжения АИН;
  • - от понижения сопротивления изоляции высоковольтной цепи;
  • - от перегрузки силовых транзисторов и тяговых двигателей по току;
  • - от превышения температуры корпусов полупроводниковых приборов.

Система автоматического управления тяговым преобразователем (САУТП) обрабатывает поступающую на ее вход информацию о задающих сигналах от МПСУ верхнего уровня и сигналах обратных связей от датчиков и формирует импульсы управления силовыми IGBT-транзисторами в соответствии с принятыми алгоритмами управления, а также осуществляет автоматический переход от одного алгоритма к другому.

САУТП обеспечивает минимальный уровень гармонических составляющих момента с частотой до 100 Гц (не более 6 % от номинального значения) и исключает возникновение вибраций и резонансных явлений механической части привода.

САУТП обеспечивает зашиту от юза и боксования колесных пар независимо от состояния контакта «колесо-рельс» при любом количестве боксующих колесных пар.

Электродвигатель блока компрессора

Для привода компрессора применяется электродвигатель ДПТ-37.

Технические характеристики электродвигателя ДПТ-37

Возбуждение.......................................................................смешанное

Мощность номинальная, кВт37

Напряжение, В...........................................................................110±10

Ток якоря, А400

Номинальная частота вращения, об/мин1450

Ток возбуждения, А, не более10

КПД, %, не менее84,0

В части воздействия механических факторов внешней среды электродвигатель должен соответствовать группе условий эксплуатации М25.

Электродвигатели вентиляторов охлаждения тяговых двигателей и тягового агрегата

Для привода вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей на тепловозе 2ТЭ25А применяются два асинхронных электродвигателя 4АЖ225М602.

Питание электродвигателей осуществляется от одного вспомогательного преобразователя на IGBT-транзисторах, обеспечивающего плавное изменение частоты вращения электродвигателей.

Питание аналогичного электродвигателя вентилятора охлаждения тягового агрегата осуществляется также от вспомогательного преобразователя на IGBT-транзисторах.

Технические характеристики электродвигателя 4АЖ225М602

Мощность номинальная, кВт45

Напряжение номинальное, В400

Ток (при номинальной мощности), А НО

Частота вращения (синхронная), об/мин2000

КПД, %, не менее86,0

Глава 4. СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЗА

Синхронный тяговый агрегат АСТГ2-2800/400-1000У2 | Устройство, эксплуатация и ремонт тепловозов серии 2ТЭ25А (2ТЭ25К) | Топливная система