Двигатель компрессора
Трехфазный асинхронный двигатель (рис. 4.23) — составная часть компрессорного агрегата VV180-T и является одновременно приводом компрессора и его системы охлаждения. Двигатель приводит во вращение крыльчатку вентилятора 2, при этом воздух нагнетается в сторону компрессора, охлаждая при этом и сам компрессор, и его радиатор.
Рис. 4.23. Привод главного компрессора: 1 — корпус вентилятора охлаждения компрессора; 2 — крыльчатка вентилятора; 3 — соединительный корпус, зона всасывания охлаждающего воздуха; 4 — клеммовая коробка двигателя; 5 — подшипниковый щит двигателя; 6 — упругая подвеска двигателя к корпусу главной установки подачи сжатого воздуха; 7 — кожух вентилятора охлаждения самого двигателя.
Трехфазный двигатель типа KB/06B-160L имеет напольное (фланцевое) конструктивное исполнение. Лапы станины электродвигателя могут иметь как верхнее, так и нижнее расположение. Корпус изготовлен методом литья под давлением из легкого сплава, что обеспечивает большую механическую прочность и малый вес, а фланец, подшипниковый щит и лапы станины — методом кокильного литья из серого чугуна, поскольку они подвергаются увеличенной нагрузке.
Электродвигатель (рис. 4.24) имеет наружное охлаждение, работающее по принципу внешнего обдува с помощью установленной на его валу 8 крыльчатки вентилятора 13, которая находится под кожухом вентилятора 2, расположенного напротив свободного конца вала. Охлаждение двигателя не зависит от направления вращения вала. Малошумное вращение ротора с малыми потерями на трение обеспечивается двумя радиальными шарикоподшипниками 4, 11 с постоянной смазкой, которые установлены в закрытых корпусах подшипников на обоих подшипниковых щитах 1, 12. Оба подшипника защищены с наружных сторон уплотнительными кольцами от воздействия грязи и влаги. Подвод тока осуществляется через пыле- и влагозащищенную клеммовую коробку, которая находится на нижней стороне статора. Расположенная в клеммовой коробке клеммная колодка имеет шесть зажимных клемм. В соответствии с конкретным случаем применения зажимные клеммы могут быть соединены по схеме звезды или по схеме треугольника.
Рис. 4.24. Основные элементы двигателя компрессора: 1, 12 — подшипниковый щит; 2 — кожух вентилятора; 3 — компенсационная шайба шарикоподшипника; 4, 11 — шарикоподшипник; 5 — корпус статора; 6 — обмотка статора; 7 — шпоночное соединение вала ротора; 8 — вал ротора; 9 — ротор; 10 — крышка подшипника; 13 — вентилятор.
На рис. 4.25 представлена принципиальная электрическая схема управлением двигателя главного компрессора одного вагона SR Т. Двигатель компрессора =34-М13 подключен к трехфазной общепоездной шине EVB 440 V 60 Hz через АЗВ =34-F57 и электромагнитный контактор =34-Q12 «Главн. возд. компр. управление». Работой этого контактора управляет блок БУТ =28-К01 вагона SR T. Блок БУТ по шине MVB связан с блоком БУТ-мастер ведущего вагона и с ЦБУ. Операциями включения и выключения компрессора данного вагона SR Т управляют именно указанные электронные устройства на основании приходящей в них информации (подробнее см. в главе «Тормозное оборудование»). Состояние силового подвагонного АЗВ =34-F57 и низковольтного АЗВ =64-F12 отслеживается в ЦБУ через сигнальные ячейки станций Сибас-Клип. Персонал может из вагонного шкафа второго тамбура методом отключения АЗВ =64-F12 отключить компрессор на данном вагоне SR T при его неисправности.
Рис. 4.25. Электрическая схема управления двигателем главного компрессора
Двигатель вентилятора тяговых электродвигателей
На ЭВС «Сапсан» применена система принудительной воздушной вентиляции тяговых двигателей (рис. 4.26). Для этого на корпусе каждого ТЭД сверху имеется специальное круглое отверстие для подсоединения гибкого коллектора (или гибкого патрубка) системы охлаждения.
Рис. 4.26. Система вентиляции ТЭД (с двигателем): 1 — болтовое амортизационное соединение; 2 — монтажный короб; 3 — входной фильтр; 4 — воздухозаборник; 5 — главный вентилятор; 6 — вал асинхронного двигателя; 7 — асинхронный двигатель; 8 — кожух двигателя
Рядом с каждой моторной тележкой со стороны второй и третьей осей размещена установка принудительной вентиляции обоих ТЭД данной тележки. Установка представляет собой металлическую раму, закрепленную болтовыми амортизационными соединениями 1 к кузову вагона. На раме смонтирован короб 2 главного центробежного вентилятора 5. Короб 2 в верхней части герметично сопряжен с воздушным каналом вдоль днища пола кузова, канал ведет к двум ТЭД. К коробу 2 слева присоединен воздухозаборник 4 с входным фильтром 3, а справа — асинхронный двигатель 6, на вал которого через шпоночное соединение установлен центробежный вентилятор 5. Двигатель 7 является самовентилируемым, под его кожухом 8 находится вентилятор охлаждения двигателя.
На рис. 4.27 изображена схема воздушных потоков охлаждения ТЭД одной тележки. Воздух забирается из подвагонного пространства за фальшбортом и очищается от механических примесей и снега в фильтре (рис. 4.28, 4.29), далее нагнетается в канал и в одинаковом количестве подается в каждый из двух тяговых двигателей. Пройдя через них, подогретый воздух выбрасывается в сторону зубчатой муфты.
Рис. 4.27 Схема прохождения потоков охлаждающего воздуха
Рис. 4.28 Входной воздушный фильтр в подвагонном пространстве
Рис. 4.29. Входной воздушный фильтр и кожух вентилятора ТЭД
Работой каждого из двигателей вентиляторов охлаждения ТЭД управляет БУП соответствующего моторного вагона. Скорость вращения двигателя вентилятора задается на основании измеренного термосопротивлениями уровня температуры статора. Двигатель имеет две скорости, его технические характеристики приведены ниже.
Технические характеристики двигателя вентилятора 1LA6113-08A91-2
Габариты двигателя......................................... 400x400x250 мм Мощность................................................... 1,3/4,6 кВт Номинальный ток............................................ 0,45/1,8 А Номинальное напряжение..................................... 440 В Номинальная частота питающего напряжения .................. 60 Гц Число оборотов ротора ..................................... ~1700/3400 об/мин Подача воздуха вентилятором ............................... ~550/2000 м3/ч Вес двигателя.............................................. ~ 15 кг Количество двигателей на поезд ............................ 8
Устройства Compact PT-100 (рис. 4.30) находятся в шкафах со станциями Сибас-Клип и предназначены для обеспечения центральным блоком управления (ЦБУ) непрерывного мониторинга уровней температур контролируемых узлов. Устройство преобразует аналоговый сигнал от терморезисторов (термодатчиков) в цифровые сигналы, которые отслеживает ЦБУ.
Рис. 4.30. Устройство Compact PT-100: 1 — подвод питания 110 В; 2 — подход аналоговых сигналов с терморезисторов датчиков температур; 3 — интерфейс MVB
На рис. 4.31 показана принципиальная электрическая схема управления системы охлаждения ТЭД1 и ТЭД2 одной моторной тележки среднего вагона SR T 07. Охлаждение второй тележки, а также ТЭД других моторных вагонов выполнено идентично.
Базовым параметром является температура статора ТЭД. В любом из ТЭД имеются три термодатчика — терморезистора системы Compact PT-100: температура статора, температура переднего и заднего подшипников вала ротора. На основании этой информации по зашитым в ЦБУ алгоритмам программного обеспечения (ПО) ЦБУ управляет вентиляторами принудительного охлаждения ТЭД.
Если ЦБУ активирует управляющую транзисторную ячейку А322_03 SKS2 станции Сибас-Клип вагона SR T, то в подвагонном контейнере энергораспределителя включается контактор =34-Q82 «Вент.тяг.дв.1.низ.об.». Это приводит к тому, что двигатель вентилятора первой тележки М3 клеммами 1U, 1W, 1V подключается к шине 440 V 60 Hz. Обмотка статора при этом имеет четырехполюсную схему (низкая скорость). Когда температура статора любого из двух ТЭД первой тележки вагона превысит определенный уровень, ЦБУ дезактивирует управляющую транзисторную ячейку — А322_03 SKS2 и активирует другую ячейку А312_03 SKS1.
Это приведет к замыканию трехфазных контакторов: вначале =34-Q83, а затем =34-Q81 «Вент.тяг.дв.1.выс.об.». Асинхронный двигатель вентилятора будет подключен к шине 440 V 60 Hz клеммами 2U, 2W, 2V, а клеммы 1U, 1V, 1W будут закорочены накоротко. Обмотка статора при этом переключится на двухполюсную схему. Это приведет к увеличению потребляемой двигателем мощности в четыре раза и скорости вращения вентилятора в два раза. Состояние соответствующих АЗВ и рассмотренных контакторов ЦБУ контролирует через сигнальные ячейки Е станции Сибас-Клип. Если же и после переключения вентиляции на высокую скорость вследствие чрезмерной нагрузки на ТЭД температура статора превысит пороговое значение, то ЦБУ выдаст команду блоку БУП этого вагона на принудительное снижение интенсивности тяги или ЭДТ. Все указанные параметры и алгоритмы определяются зашитым в ЦБУ и БУП программным обеспечением.
Рис. 4.31. Принципиальная схема вентиляции ТЭД1 и ТЭД2 вагона SR T 07
Тормозной резистор и его система охлаждения
Тормозной резистор предназначен для рассеяния энергии, вырабатываемой тяговыми двигателями при электрическом торможении, если возврат энергии в контактную сеть (рекуперация) невозможен. В целях поддержания заданного значения температуры набора резистивных элементов охлаждение тормозного резистора дополнительно обеспечивается двумя вентиляторами (по одному для каждой секции тормозного резистора).
Тормозной резистор первой секции поезда размещается на крыше вагона BAT R 05, тормозной резистор второй секции поезда — на крыше вагона BAT T 06. Элементы резистора собраны в виде нескольких наборов резистивных элементов (рис. 4.32, 4.33), установленных внутри изолированного канала (изготовленного из панелей из натуральной слюды) и образующих хороший температурный барьер между резистивными элементами и опорной рамой, а также увеличивающих КПД вентиляторов путем подачи воздушного потока непосредственно через элементы резистора. Резисторы защищены от отказа вентиляторов при помощи тепловых реле (устройство защитной термосигнализации и термостат). Резистор состоит из двух отдельных секций, которые соединены последовательно для получения необходимого омического сопротивления.
Рис. 4.32. Принципиальная электрическая высоковольтная схема тормозного резистора на вагоне BAT R 05
Рис. 4.33. Тормозной резистор и панели его кожуха
Тормозной резистор состоит из следующих основных компонентов:
- наборы резистивных элементов;
- кожух резистора;
- два вентилятора;
- устройство тепловой защиты (система термосигнализации).
На рис. 4.34, 4.35 синей стрелкой показан забор вентилятором охлаждающего воздуха, а красной — выброс в атмосферу подогретого воздуха при реостатном торможении.
Рис. 4.34. Тормозной резистор (вид сверху)
Рис. 4.35. Расположение тормозного резистора на крыше вагона
Конструкция тормозного резистора позволяет:
- производить замену отдельных наборов резистивных элементов в случае их неисправности;
- ограничить нагрев наборов резистивных элементов выше 700 °C;
- минимизировать нагрев кожуха резистора за счет покрытия вентиляционного канала слюдяными панелями, которые создают тепловой барьер между кожухом и резистивными элементами.
Технические характеристики тормозного резистора
Номинальное омическое значение при температуре 20 °C.......... 2x3,06 Ом ±2 %
Минимальное омическое значение при температуре минус 45 °C.... 2x2,88 Ом
Максимальное омическое значение в горячем состоянии........... 2x4,2 Ом
Температурный коэффициент..................................... 0,00055/°C (AISI 310S)
Номинальная мощность.......................................... 2x850 кВт
Диапазон рабочего напряжения.................................. 2700—4000 В пост. тока
Максимальное рабочее напряжение............................... 4500 В пост.
Индуктивность................................................. < 50 мкГн
Максимальная температура резистора в горячем состоянии........ < 700 °C
Полный вес.................................................... ~ 1180 кг
Материал элемента резистора................................... нержавеющая сталь AISI 310 a-магнитная
Материал кожуха............................................... нержавеющая сталь AISI 304
Болты и гайки................................................. нержавеющая сталь
Охлаждение.................................................... принудительная вентиляция при помощи диагонального вентилятора
Охлаждающий вентилятор........................................ VNCOLCMFRU300L
Воздушный поток............................................... 3 м3/с
Давление при температуре воздуха на входе 20 °C .............. 3000 Па
Переключение скорости вращения двигателя вентилятора.......... переключение количества полюсов (два/четыре полюса)
Двигатель вентилятора......................................... MTVEMYV0R160M4
Мощность потребляемая двигателем вентилятора: два полюса...... 16—19 кВт
четыре полюса... 2—2,5 кВт
Рабочий ток: два полюса...... 31,5—35,5 A
четыре полюса... 4,5—5,1 A
Коэффициент мощности: два полюса...... 0,84—0,86
четыре полюса... 0,72—0,78
КПД: два полюса............................................... 79,8—81,2 %
четыре полюса................................................. 80,3—83 %
Класс изоляции................................................ F
Степень защиты двигателя...................................... IP55
Тепловая защита. Чтобы добиться быстрого обнаружения возможного перегрева вследствие недостаточной вентиляции, отказа вентилятора или чрезмерно высокого тока в реостате, предусмотрена патентованная система термосигнализации, которая будет напрямую контролировать температуру наиболее горячего набора резистивных элементов и немедленно сообщит, если будет достигнуто заданное пороговое значение температуры (сигнал представляет собой контакт ВКЛ./ВЫКЛ. низкого напряжения). Двигатель вентилятора — составная часть самого вентилятора и имеет резистор предварительного подогрева, задачей которого является предварительный прогрев вентилятора в зимних условиях для обеспечения его эксплуатационной готовности к пуску в любой момент. Двигатели вентиляторов вращаются в разные стороны для наилучшей динамической балансировки модуля тормозных сопротивлений. Мощность одной секции тормозного резистора при высокой скорости вентилятора (два полюса) составляет 850 кВт. Мощность тяговых двигателей одного моторного вагона — 2040 кВт, отсюда следует, что при отсутствии в контактной сети потребителя тормозной резистор способен рассеять только 45 % от мощности энергии при максимально эффективном ЭДТ. Когда тепловая защита регистрирует верхний предел рабочей температуры, информация подается в БУП соответствующего моторного вагона и в ЦБУ. Они контролируют действие БУТ-мастера, который вызывает принудительное снижение мощности ЭДТ данного моторного вагона, выдавая команду блоку БУП данного моторного вагона на соответствующее управление инвертором; одновременно БУТ-мастер математически пересчитывает падение общей тормозной силы и восстанавливает ее путем выполнения ступени снижения давления в ТМ.
На рис. 4.36 приведена принципиальная электрическая схема одной половины указанного элемента вагона BAT T 06, относящегося гашению тормозной энергии одного вагона SR Т 07, поскольку электрическая схема второй половины модуля тормозного резистора и системы охлаждения является абсолютно идентичной.
Когда на вагоне SR T 07 при ЭДТ отпирается импульсный регулятор вследствие снижения или отсутствия потребления рекуперируемой энергии в контактной сети, тормозной ток по проводам 100251, 100250 проходит и гасится в резистивной секции —R02 блока тормозного резистора =10-А09 вагона BAT T 06.
Система ЦБУ запрограммирована так, что сразу с момента начала протекания тормозного тока двигатель вентилятора М3 запускается на низкую скорость. При работающем АЗВ =34-F78 вагона ВАТ Т 06 ЦБУ программно запускает управляющую ячейку А512_03 станции Сибас-Клип SKS1 и включается контактор =34-Q45 «Низкие обороты». От сети EBV 440 V 60 Hz через подвагонный АЗВ =34-А45 контактор =34-Q45 подключает двигатель М3 вентилятора тормозного резистора —R02 на низкую скорость. Двигатель развивает низкую скорость, мощность около 2 кВт и подачу воздуха примерно 0,7—0,8 м3/с. Состояние АЗВ и контакторов отслеживается в ЦБУ сигнальными ячейками станций Сибас-Клип. Внутри модуля =10=А09 находятся два термостата и система термосигнализации. Рассмотрим работу одного термостата для резистора —R02. Термостат является датчиком температуры для блока БУП соответствующего вагона SR T 07, поэтому он запитывается от АЗВ =23-F01 вагона SR T 07. Термостат имеет два термоконтакта в цепях клемм X3-b5 и X3-b2 блока =10-А09. В зависимости от их состояния меняется уровень сигнала ячеек «TEMP_BR1(2)_OK_P» блока БУП вагона SR T 07. На основании этих сигналов блок БУП судит о состоянии температуры в обслуживаемой вентилятором М3 зоне.
Когда наступает первое пороговое значение температуры, термостат выдает сигнал в одну из вышеуказанных ячеек БУП, БУП активирует трехфазный контактор =34-Q46 «Высокие обороты», который, включившись, отключит контактор низких оборотов =34-Q45 и подключит второй контактор высоких оборотов =34-Q44. Все указанные шаги регистрируются в ЦБУ через сигнальные ячейки. Двигатель М3 теперь подключится к шине EBV только одной парой полюсов, т.е. клеммами 2U, 2W, 2V, а клеммы 1U, 1W, 1V будут закорочены. Это приведет к тому, что частота вращения ротора увеличится в два раза, и он начнет прогонять воздух объемом около 3 м3/с. В этом режиме резистор —R02 способен рассеять примерно 850 кВт.
При наступлении второго порогового значения температуры термостат выдает сигнал и во вторую ячейку БУП, что будет означать достижение предела рабочей температуры резистора —R02.
Блок БУП произведет принудительное снижение мощности ЭДТ вагона SR T 07 с выдачей соответствующего сигнала в менеджер торможения — БУТ-мастер ведущего головного вагона, который реализует поддержание заданного машинистом тормозного замедления методом снижения давления в ТМ.
Рис. 4.36. Электрическая схема модуля тормозного резистора, относящегося к одному вагону SR T
Вторая половина модуля =10-А09, относящаяся к вагону SRB-10, работает идентично.
Машинист поезда через ИЧМ не имеет возможности прямого отслеживания указанных процессов, так как меню ИЧМ «Тяга» не предоставляет информацию о протекании рекуперативного или реостатного торможения каждого из моторных вагонов. Обычно реостатное торможение выполняется в зоне нахождения уровня напряжения в контактной сети более 3,8 кВ и 26 кВ, причем реостатное торможение может быть частичным от рекуперативного торможения.
