Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловозы с электрической передачей переменно постоянного тока

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электрическая передача — постоянный ток

Электрическая передача постоянного тока даже с двигателем с жесткой характеристикой ( шунтовым) не является кинематическим соединением, так как не обеспечивает пропорционального поворота генератора и двигателя. Электрическая передача переменнного тока может служить кинематическим соединением только в случае синхронных генератора и двигателя. Вследствие возможности выпадения из синхронизма этот случай имеет очень ограниченное применение. [1]

Электрическая передача постоянного тока состоит из тягового генератора Г, приводимого во вращение валом дизеля Д, тяговых электродвигателей /, 2, расположенных на движущих колесных парах тепловоза, системы возбуждения генератора СВГ ( рис. 1.2, а), а также ряда вспомогательных машин и аппаратов, не указанных на рисунке. Электрическая передача позволяет автоматически приспосабливаться к условиям движения поезда. Сила тяги, создаваемая тяговыми электродвигателями, увеличивается при возрастании сопротивления движению и уменьшении скорости и, наоборот, уменьшается при падении сопротивления движению и увеличении скорости. [3]

В электрических передачах постоянного тока изменение угловой скорости и крутящего момента электродвигателя производится регулированием тока возбуждения. При этом применяют схемы с параллельным, последовательным и смешанным включением обмоток возбуждения электромашин. В электрических передачах переменного тока эта же задача решается введением преобразователей частоты питания электродвигателей. Регулируемые электропередачи сложны и обладают большой массой. Поэтому чаще применяют более простые и дешевые нерегулируемые электропередачи переменного тока, хотя по своим характеристикам они близки к механическим передачам. [4]

На тепловозах с электрической передачей постоянного тока применяют электрический пуск дизеля. Для этого на главных полюсах тяговых генераторов укладывают, кроме обмотки независимого возбуждения, пусковую обмотку, получающую питание от аккумуляторной батареи только во время пуска дизеля. При пуске тяговый генератор работает в режиме двигателя с последовательным возбуждением и приводит во вращение коленчатый вал дизеля. В передачах переменно-постоянного или переменного тока для пуска дизеля используют стартер-генераторы. [5]

На тепловозах с электрической передачей постоянного тока применяют электрический пуск дизеля. Для этого на главных полюсах тяговых генераторов укладывают, кроме обмотки независимого возбуждения, пусковую обмотку, получающую питание от аккумуляторной батареи только во время пуска дизеля. При пуске тяговый генератор работает в режиме двигателя с последовательным возбуждением и приводит во вращение коленчатый вал дизеля. В передачах переменно-постоянного или переменного тока для пуска дизеля используют стартер-генераторы. Ведутся работы по использованию синхронных генераторов для пуска дизеля. [6]

На тепловозах и газотурбовозах с электрической передачей постоянного тока возбудитель служит для питания обмотки возбуждения главного генератора. [8]

Для рассмотренных условий наиболее приемлемой оказывается электрическая передача постоянного тока . Из рассмотрения табл. 3 видно, что все газотурбовозы, имеющие одновальную ГТУ, выполнены с электрической передачей постоянного тока. Недостатком этой передачи является большой вес и высокая стоимость электрических машин постоянного тока. [9]

Ко вторым, которые называются непрозрачными, относятся электрические передачи постоянного тока , с системой Г — Д и комбинированные передачи с гидропреобразователями, дизель-электрические и дизель-пневматические. [10]

Таким образом, применение газотурбинной установки на локомотиве позволяет: повысить мощность секции до 6000 — 8000 л. с.; снизить стоимость строительства и ремонтные расходы; эффективно использовать в качестве топлива дешевые низкосортные продукты переработки сернистых и парафинистых нефтей восточных месторождений; резко сократить потребность в смазочных материалах; отказаться от дорогостоящей электрической передачи постоянного тока ; снизить вес локомотива и расход цветных металлов. [11]

Работа передачи автономного локомотива осуществляется автоматически. Управление работой электрической передачи постоянного тока состоит в автоматическом регулировании работы двигатель-генераторной установки и регулировании работы тяговых электродвигателей с целью наиболее полного использования мощности первичного двигателя при переменном режиме работы локомотива. Управление гидравлической и гидромеханической передачей состоит в обеспечении автоматического перехода с одной ступени передачи, соответствующей определенному режиму работы, на другую. [12]

Секционная мощность тепловозов, работающих на железных дорогах СССР за послевоенные годы, увеличилась с 736 до 2210 кВт, но для ряда направлений уже сейчас требуется большая мощность. Создание более мощных тепловозов с электрической передачей постоянного тока вызывает много затруднений, главное из которых — неудовлетворительная коммутация тяговых генераторов постоянного тока. Практически тяговые генераторы постоянного тока при частоте вращения 1000 об / мин и номинальной мощности 2000 кВт с устойчивой коммутацией нельзя разместить в отведенные габаритные размеры для них на тепловозе. Поэтому применяют передачу переменно-постоянного тока, в которой вместо генератора постоянного тока устанавливается синхронный генератор и выпрямительная установка. Тяговые синхронные генераторы сокращают затраты меди и высоколегированной электротехнической стали, практически снимают ограничение по частоте вращения. Синхронные генераторы более надежны в работе и требуют меньшего ухода в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата. [13]

Секционная мощность тепловозов за послевоенные годы увеличилась с 736 до 2210 кВт, но для ряда направлений железных дорог уже сейчас требуется большая мощность. Создание более мощных тепловозов с электрической передачей постоянного тока вызывает много затруднений, главным из которых является неудовлетворительная коммутация тяговых генераторов постоянного тока. [14]

Для рассмотренных условий наиболее приемлемой оказывается электрическая передача постоянного тока. Из рассмотрения табл. 3 видно, что все газотурбовозы, имеющие одновальную ГТУ, выполнены с электрической передачей постоянного тока . Недостатком этой передачи является большой вес и высокая стоимость электрических машин постоянного тока. [15]

Читайте так же:
Тепловая мощность тока через плотность тока

Электрическая передача

Электри́ческая переда́ча (ЭП) — широко применяемый на тяжёлых транспортных машинах способ всережимной передачи мощности двигателя внутреннего сгорания на движитель, предполагающий преобразование механической энергии вращения в электрическую и обратно, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между первичным двигателем и движителем. В общем случае всегда состоит из тягового генератора и одного или нескольких тяговых электродвигателей. Выполняет функцию трансмиссии и решает аналогичные трансмиссии задачи: формирование гиперболической тяговой характеристики, движение вперёд-назад, трогание с места, разъединение первичного двигателя и движителя для работы первичного двигателя на холостом ходу. [1] Область применения ЭП: городские автобусы, карьерные самосвалы, тяжёлые гусеничные трактора (танки), магистральные и маневровые тепловозы, морские теплоходы (дизель-электроходы, турбо-электроходы), морские суда-атомоходы (в том числе атомные подводные лодки).

Содержание

  • 1 Описание
    • 1.1 Электропередача постоянного тока
    • 1.2 Электропередача переменно-постоянного тока
    • 1.3 Электропередача переменного тока
  • 2 Преимущества и недостатки
  • 3 Применение
  • 4 Примечания
  • 5 Литература

Описание [ править | править код ]

Принцип работы
Механическая энергия вращения, вырабатываемая ДВС, который для любой ЭП является так называемым «первичным двигателем», передаётся на якорь тягового генератора, где превращается в электрическую энергию. Электрическая энергия в свою очередь передаётся по кабелям на тяговые электродвигатели, где превращается обратно в механическую энергию вращения для окончательной передачи на движитель транспортной машины. В процессе выработки и передачи электрическая энергия в ЭП может быть трансформирована по своей силе тока и напряжению без изменения мощности, что при необходимости позволяет сформировать гиперболическую тяговую характеристику самой транспортной машины при практически любой внешней скоростной характеристике первичного двигателя.

Управление
[2] В любой ЭП возможно применение 4-х видов регуляторов: регулятор мощности тягового генератора; регулятор возбуждения тягового генератора; регуляторы преобразователей тока; регуляторы возбуждения и направления вращения тяговых электродвигателей. Регулятор мощности тягового генератора определяет его частоту вращения и связанную с этой конкретной частотой его мощность в кВт. (фактически этим регулятором по умолчанию является сам первичный двигатель). Остальные три регулятора позволяют тем или иным образом менять силу тока и напряжения, а также обеспечивают коммутацию элементов ЭП для включения/выключения и изменения направления вращения тяговых электродвигателей. В случае необходимости получения гиперболической тяговой характеристики таковую в первую очередь обеспечивает регулятор возбуждения тягового генератора, а во вторую очередь — регуляторы возбуждения тяговых электродвигателей.

Классификатор по «прозрачности»
[3] ЭП могут быть классифицированы на «прозрачные» и «непрозрачные» по аналогии с гидравлическими передачами. Это неофициальная классификация, но она может встречаться в информационных материалах об ЭП. В так называемых «непрозрачных» ЭП тяговый генератор передаёт тяговым электродвигателям электрическую мощность при переменных значениях силы тока и напряжения. Подобные передачи в первую очередь нужны на наземных транспортных машинах с поршневыми ДВС, так как последние сами по себе не могут обеспечить транспортной машине гиперболическую тяговую характеристику. В так называемых «прозрачных» могут отсутствовать любые регуляторы, кроме регулятора мощности тягового генератора, а остаются только коммутационные аппараты для выключения и реверсирования. Подобные передачи могут применяться на судах (в том числе на подводных лодках), ввиду того, что гиперболическая тяговая характеристика судну не нужна.

Классификатор по току
[4] В роли двух основных элементов ЭП — тягового генератора и тягового электродвигателя — могут быть использованы вращающиеся электрические машины как постоянного тока, так и переменного тока. В зависимости от рода тока тягового генератора и тяговых электродвигателей ЭП делятся на ЭП постоянно-постоянного тока (или просто ЭП постоянного тока), ЭП переменно-постоянного тока, ЭП переменно-переменного тока (или прото ЭП переменного тока), а ЭП постоянно-переменного тока не существует. Сам конкретный тип применяемых электрических машин под род тока может быть практически любой: коллекторные, вентильные, синхронные, асинхронные, прочие.

Электропередача постоянного тока [ править | править код ]

Включает в себя тяговый генератор постоянного тока и тяговые электродвигатели постоянного тока. Тяговый генератор — коллекторный с независимым возбуждением. Тяговые электродвигатели — коллекторные с последовательным возбуждением. На любой установленной частоте вращения тягового генератора управление частотой вращения тяговых электродвигателей здесь осуществляется двумя независимыми способами: изменением магнитного поля тягового генератора, изменением магнитного поля тяговых электродвигателей. То или иное направление вращения тяговых электродвигателей обычно обеспечивается изменением направления тока в их обмотках возбуждения посредством группового переключателя (реверсора). [5]

ЭП постоянного тока является наиболее технологически доступной, и первые работоспособные ЭП транспортных машин были именно ЭП постоянного тока. Ранние конструкции непрозрачных тепловозных ЭП постоянного тока не имели систем автоматического регулирования, и за формирование гиперболической тяговой характеристики тепловоза отвечал машинист, управляя возбуждением генератора вручную отдельным контроллером на основании показаний вольтметра и амперметра (схема Вард-Леонарда). В середине 1940-х появились системы автоматического регулирования тягового генератора на основе отрицательной обратной связи по току тяговых электродвигателей (схема Лемпа). С середины 1950-х стало применяться регулирование возбуждения тяговых электродвигателей. В СССР/России наиболее совершенные системы автоматического регулирования применялись на последних серийных тепловозах с ЭП постоянного тока, выпускавшихся до начала 2000-х. В современной технике ЭП постоянного тока массово не применяются ввиду невыгодного соотношения массы коллекторного генератора к величине получаемой с него электрической мощности, относительно невысоких допустимых окружных скоростей якоря и необходимости в более частом техобслуживании щёточно-коллекторного узла. На сегодня (2020 год) транспортные машины (тепловозы в первую очередь) с ЭП постоянного тока серийно не производятся, но выпущенные ранее эксплуатируются.

Читайте так же:
Напишите формулу количества теплоты выделяемой в проводнике с током

Электропередача переменно-постоянного тока [ править | править код ]

Включает в себя тяговый генератор переменного тока, выпрямительную установку и тяговые электродвигатели постоянного тока. Тяговый генератор передачи обычно выполнен на основе многополюсной синхронной машины трёхфазного тока с независимым возбуждением, а тяговые электродвигатели обычно коллекторные с последовательным возбуждением. Также возможны и иные варианты тягового генератора (например, синхронный однофазный) и тяговых электродвигателей (например, вентильные), но наименьшую пульсацию выпрямленного напряжения (величины порядка 6-7%) обеспечивает именно трёхфазный синхронный генератор с двумя статорными обмотками, сдвинутыми относительно друг-друга на 30 эл. градусов. Выпрямительная установка обычно кремниевая полупроводниковая. Как и в случае ЭП постоянного тока при любой установленной частоте вращения тягового генератора управление частотой вращения тяговых электродвигателей здесь возможно двумя независимыми способами: изменением магнитного поля тягового генератора и изменением магнитного поля тяговых электродвигателей. Направление вращения тяговых электродвигателей обычно обеспечивается изменением направления тока в их обмотках возбуждения посредством группового переключателя (реверсора). [6]

ЭП переменно-постоянного тока может работать с точно такими же тяговыми электродвигателями и с похожими системами автоматического регулирования как ЭП постоянного тока, и основное её отличие именно в тяговом генераторе. Конструктивное усложнение ЭП ввиду обязательной необходимости выпрямительной установки обусловлено преимуществами, которые даёт применение синхронного генератора переменного тока по сравнению с коллекторным генератором постоянного тока: почти вдвое меньшей массой на единицу вырабатываемой электрической мощности и преимуществом в эксплуатационной надёжности. И то и другое объясняется особенностями конструкции вращающихся электрических синхронных машин, а именно, отсутствием в них щёточно-коллекторного узла, что с одной стороны позволяет создавать генераторы с более высокими окружными скоростями на поверхности ротора, а значит сделать тяговый генератор более компактным и лёгким при той же мощности, а с другой стороны повышает надёжность токосъёма. Также, более высокие допустимые частоты вращения синхронных генераторов переменного тока позволяют соединять их с высокооборотными первичными двигателями, типа газотурбинных, без редуктора, а значит с существенной экономией по массе дизель-генераторной установки. [7]

ЭП переменно-постоянного тока стали возможны только с появлением относительно нетяжёлых и надёжных кремниевых выпрямительных установок. Актуальны до сих пор (2020 год), и в непрозрачном варианте широко применяются на многих тяжёлых транспортных машинах, от карьерных самосвалов до крупных судов. Являются основным видом ЭП современных серийных магистральных и тяжёлых маневровых тепловозов российского производства.

Электропередача переменного тока [ править | править код ]

Включает в себя тяговый генератор переменного тока, тяговые электродвигатели переменного тока. С точки зрения типа применяемых вращающихся электрических машин ЭП переменного тока не имеет канонического вида, как ввиду отсутствия крупносерийного применения, подтверждённого практикой эксплуатации, так и ввиду различных эксплуатационных возможностей, которые даёт та или иная комбинация электрических машин, которые могут быть асинхронными, синхронными, вентильными. Простейшая ЭП переменного тока состоит из синхронного тягового генератора и асинхронных тяговых двигателей. Такая ЭП будет прозрачной, и крутящие моменты на валу тягового генератора и тягового электродвигателя будет пропорциональны. Формирование гиперболической тяговой характеристики при такой схеме затруднено, но она применима либо там, где в этом нет необходимости, либо в комбинации с турбовальным ГТД. Более сложные ЭП переменного тока могут включать в себя преобразователь, состоящий из выпрямителя и инвертора, и предполагать двойное преобразование рода тока: из переменного в постоянный и опять в переменный. Такая ЭП может быть «непрозрачной» и обеспечивать транспортной машине гиперболическую тяговую характеристику, что потенциально позволяет применять её на тепловозах с дизельными ДВС. Также возможны прочие схемы, в том числе с применением вентильных тяговых электродвигателей. [6] [8]

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

Электрическая передача обеспечивает удобное изменение частоты и направления вращения на выходе, плавное трогание с места, а также распределение мощности на несколько ведущих колёс/осей; генераторная установка может быть расположена в любом месте транспортного средства независимо от расположения тяговых электродвигателей и не ограничивает (в пределах гибкости кабелей, питающих электродвигатели) перемещение электродвигателей относительно генератора, что значительно повышает простоту и надёжность механической части.

В то же время все компоненты электрической передачи имеют большую массу, а для их изготовления расходуется большое количество цветных металлов, прежде всего сильно дорожающей в 2010-х годах меди.

Тепловозы с электрической передачей переменно постоянного тока

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ТЕПЛОВОЗА

Наиболее широкое распространение на отечественных тепловозах получила электрическая передача постоянного тока, в которой используются тяговые электрические машины только постоянного тока (рис. 129, а).

Читайте так же:
Ва47 29 ток теплового расцепителя

На тепловозах большой мощности в последние годы широко применяют электрическую передачу переменнопостоянного тока (рис. 129, б). В передаче такого типа используются синхронный тяговый генератор переменного тока и тяговые электродвигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока позволяют наиболее просто получить оптимальную тяговую характеристику тепловоза. Вырабатываемый синхронным тяговым генератором переменный ток выпрямляется, т. е. преобразуется в постоянный ток с помощью специальной выпрямительной установки.

Стремление упростить конструкцию тяговых электродвигателей, снизить их массу и стоимость, повысить надежность работы, свести к минимуму потребность в их обслуживании и ремонте привело к созданию для тепловозов передачи переменно-переменного тока

(рис. 129, в). В такой передаче применяются и тяговый генератор, и тяговые электродвигатели переменного тока.

Асинхронные электродвигатели переменного тока значительно проще по конструкции, легче, дешевле электродвигателей постоянного тока такой же мощности. В них отсутствуют коллектор и щеточный аппарат, которые ненадежны в эксплуатации, поэтому исключаются частые осмотры, снижаются затраты труда на обслуживание и ремонт.

Однако для регулирования скорости движения тепловоза с тяговыми электродвигателями переменного тока необходимо менять частоту тока, подводимого к двигателям. Наиболее совершенные преобразователи частоты переменного тока, основанные на использовании управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров), остаются еще весьма сложными по конструкции и дорогими. Преобразование частоты тока связано с потерями энергии, что несколько снижает общий к.п.д. передачи.

В нашей стране и за рубежом продолжаются интенсивные научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы по созданию электрической передачи переменно-переменного тока, пригодной для практического использования на локомотивах. Построены и испытываются опытные образцы тепловозов с такой передачей.

Электрическими передачами постоянного тока оборудованы отечественные маневровые тепловозы ТЭ1, ТЭМ1, ТЭМ2, магистральные грузовые тепловозы ТЭ3, М62, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В и пассажирские тепловозы ТЭП10, ТЭП60 (рис. 130, а). На каждой секции этих тепловозов установлено по одному тяговому генератору постоянного тока, приводимому в действие дизелем. Секция тепловоза в соответствии с числом движущих колесных пар оборудована шестью тяговыми электродвигателями. Каждый электродвигатель приводит во вращение через зубчатую передачу одну колесную пару локомотива. Мощность тягового генератора и тяговых электродвигателей
определяется мощностью- применяемых на тепловозах дизелей.

Так, номинальная мощность тягового генератора тепловоза ТЭ1 с дизелем мощностью 736 кВт (1000 л. с.) составляет 700 кВт, каждого тягового электродвигателя — 98 кВт. Номинальная мощность генератора тепловозов типов ТЭ10, ТЭП60, оборудованных дизелями мощностью 2210 кВт (3000 л. с.), соответственно увеличена до 2000 кВт, а тягового электродвигателя — до 305 кВт.

Электрическая передача перемен-но-постоянного тока получила применение на грузовых тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ121, пассажирских тепловозах ТЭП70 и ТЭП75, а также на экспортных тепловозах ТЭ109 (рис. 130, б). Каждая секция этих тепловозов оборудована синхронным тяговым генератором переменного тока и шестью тяговыми электродвигателями постоянного тока. Переменный ток, вырабатываемый синхронным генератором, преобразуется в постоянный (с незначительной пульсацией) с помощью выпрямительной установки, которая собрана из силовых полупроводниковых (кремниевых) вентилей.

Переход на тяговые генераторы переменного тока вызван ограниченными возможностями увеличения мощности тепловозных генераторов постоянного тока. Как показал опыт постройки и эксплуатации новых тепловозов, генераторы переменного тока обладают и целым рядом других достоинств — имеют меньшую массу, надежнее в эксплуатации, проще в обслуживании и ремонте. Даже с учетом необходимости применения достаточно дорогих по стоимости выпрямительных устано-вок использование генераторов переменного тока является, безусловно, оправданным на тепловозах с дизелями мощностью 2210— 2940 кВт (3000—4000 л. с.) и более. Генераторы переменного тока успешно конкурируют с генераторами постоянного тока при секционной мощности до 2210 кВт (3000 л. с.). И лишь на тепловозах мощностью менее 1470 кВт (2000 л. с.) генераторы постоянного тока находят по-прежнему преимущественное применение. Однако по мере совершенствования полупроводниковой техники, снижения стоимости изготовления выпрямителей тяговые генераторы переменного тока будут распространяться все шире.

На всех отечественных тепловозах применяется электрический пуск дизелей от аккумуляторной батареи. Поэтому тепловозы оборудуются мощными аккумуляторными батареями. При пуске дизеля тяговый генератор постоянного тока работает в режиме электродвигателя, питается электроэнергией от батареи и приводит во
вращение коленчатый вал. На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для пуска дизеля устанавливается стартерный электродвигатель.

Отдельные зарубежные тепловозы оборудованы так называемыми моно-моторными тележками с групповым приводом колесных пар (см. гл. 21). На тележке тепловоза устанавливается лишь один тяговый электродвигатель, который через редуктор приводит во вращение все колесные пары данной тележки. В этом случае уменьшается число тяговых электродвигателей, упрощается их обслуживание в эксплуатации, сокращается длина тележек, улучшаются тяговые качества локомотива. Однако размеры тягового электродвигателя значительно увеличиваются по сравнению с двигателями для индивидуального привода колесных пар. Два тяговых электродвигателя занимают значительное место в кузове локомотива, который и без того перегружен оборудованием.

Рис. 129. Структурные схемы электрической передачи:
а — на постоянном; б — на переменно-постоянном; a — на переменно-переменном токе; Д — дизель; Г — тяговый генератор постоянного тока; СГ —синхронный тяговый генератор переменного тока? ВУ — выпрямительная установка; ПЧ — преобразователь частоты переменного тока; 1—3 тяговые электродвигатели

Читайте так же:
Тепловые потери автоматических выключателей

Рис. 130. Структурные схемы электрической передачи тепловозов (обозначения см. на рис. 129):
а — 2ТЭШЛ, 2ТЭ10В, ТЭП10, ТЭП60; б — 2ТЭ116, ТЭ109, ТЭП70, ТЭП75

Новый тепловоз ТЭМ2Н-УГМК

Тепловоз ТЭМ2Н-УГМК — шестиосный односекционный локомотив мощностью (по дизелю) 1200 л.с. с электрической передачей переменно-постоянного тока. Предназначен для выполнения вывозной, маневровой и технологической работы на горнодобывающих, металлургических и других промышленных предприятиях, имеющих пути колеи 1520 мм. Тепловоз построен на новой раме, применяемой на тепловозах ТЭМ18ДМ, с применением новых бесчелюстных тележек.

Дизель-генераторная установка

На тепловозе ТЭМ2Н-УГМК применяется дизель-генераторная установка, состоящая из дизеля QST30-L2 и тягового агрегата ITAG-900/175, смонтированных на общей поддизельной раме.

Двигатель имеет современную и надежную конструкцию, позволяющую исключить необходимость выполнения ремонтных или регулировочных работ, связанных с полной либо частичной разборкой двигателя, до проведения его переборки. Также до первой переборки не требуется замены деталей и узлов двигателя, за исключением сменных фильтроэлементов систем смазки, охлаждения и топливной системы. Срок службы дизеля до переборки – не менее 30 тыс. часов.

Система охлаждения двигателя – жидкостная, двухконтурная, с термостатами в обоих контурах, что обеспечивает ускоренный прогрев двигателя и поддержание температуры охлаждающей жидкости в оптимальном диапазоне. В качестве рабочей жидкости в системе охлаждения применяется антифриз.

В систему подачи воздуха в дизель входят два фильтра (по одному для каждого ряда цилиндров) с сухими сменными фильтроэлементами, рассчитанными на работу в условиях высокой запыленности воздуха. Фильтры оборудованы сигнализаторами засоренности, информирующими локомотивную бригаду о необходимости замены фильтроэлементов.

Для подачи воздуха в цилиндры служат два (по одному для каждого ряда цилиндров) турбокомпрессора HE851 производства Cummins Turbo Technology.

В топливной системе тепловоза применен фильтр грубой очистки топлива Industrial Pro производства Cummins Filtration. Особенностью данного фильтра является наличие изготовленных из прозрачного пластика колпаков, закрывающих сменные фильтроэлементы, что позволяет визуально оценивать степень засоренности фильтроэлементов и производить их замену исходя из фактического состояния.

На двигателе установлены все узлы системы смазки, включая теплообменник. Также на дизеле установлен электрический насос предпусковой прокачки масла. Общий объем масла в системе смазки двигателя – 148 литров.

В систему выпуска отработавших газов включен глушитель, установленный на крыше дизельного помещения. Конструкция глушителя обеспечивает значительное снижение шума дизеля. Внешние поверхности глушителя закрыты матами из теплоизолирующего материала.

Во всех трубопроводах, связывающих дизель с внешними системами, предусмотрены гибкие компенсаторы.

Дизель QST30-L2 оснащен электронной системой управления, все основные элементы которой установлены непосредственно на двигателе. Система управления обеспечивает выполнение следующих функций:

  • изменение и поддержание заданной мощности и частоты вращения коленчатого вала по сигналам от системы управления тепловозом;
  • защита двигателя от недопустимых режимов работы;
  • диагностика систем двигателя и элементов системы управления двигателем;
  • сохранение в памяти информации о режимах работы двигателя и его систем;
  • обмен информацией с системой управления тепловозом по цифровой шине передачи данных стандарта SAE J1939, а также при помощи аналоговых и дискретных сигналов.

Запуск дизеля производится двумя электрическими стартерами напряжением 24 В. Для питания цепей управления двигателя и зарядки одной из групп аккумуляторной батареи на дизеле установлен зарядный генератор. Напряжение цепей системы управления двигателем – 24 В.

Маховик двигателя соединен с ротором тягового генератора при помощи высокоэластичной муфты, служащей для гашения крутильных колебаний, возникающих во вращающихся частях дизель-генераторной установки. Конструкция муфты позволяет при необходимости производить замену упругих элементов без демонтажа тягового агрегата или дизеля. Для улучшения условий работы и продления срока службы упругих элементов высокоэластичной муфты картер маховика двигателя при помощи специального адаптера соединен с корпусом тягового агрегата в единую жесткую систему.

Тяговый агрегат типа ITAG-900/175 спроектирован компанией Woodward Mega (Венгрия). Состоит из размещенных в одном корпусе тягового и вспомогательного генераторов, встроенной выпрямительной установки и вентилятора охлаждения агрегата с индивидуальным приводом. Тяговый и вспомогательный генераторы являются трехфазными синхронными бесщеточными электрическими машинами с независимым возбуждением.

Выпрямительная установка состоит из системы выпрямительных мостов, выводы которых подключены к внешней клеммной коробке. В конструкции выпрямительной установки предусмотрены шунты для измерения тока по каждой группе тяговых электродвигателей, а также встроенная защита от коммутационных перенапряжений.

В обмотки статора главного и вспомогательного генераторов, в выпрямительную установку, а также подшипниковые щиты встроены датчики температуры.

Вентилятор охлаждения тягового агрегата приводится во вращение асинхронным трехфазным электродвигателем, частота вращения вала которого плавно регулируется системой управления тепловозом в зависимости от напряжения и тока тягового генератора, температуры обмоток тягового генератора и элементов выпрямительной установки. Забор воздуха на охлаждения тягового агрегата производится снаружи тепловоза через фильтры.

Дизель-генераторная установка опирается на главную раму через 16 резинометаллических виброопор.

Вспомогательная ДГУ

Тепловоз ТЭМ2Н-УГМК оборудован вспомогательной дизель-генераторной установкой малой мощности 8HDKАG производства Cummins ONAN, генератор которой питает статический преобразователь собственных нужд и обеспечивает функционирование цепей управления и освещения тепловоза, зарядку аккумуляторной батареи, работу независимого жидкостного отопителя и бытовых устройств в кабине машиниста при остановленном основном двигателе. Это позволяет существенно сократить общий расход топлива тепловозом, снизить количество вредных выбросов, а также уменьшить расходы на обслуживание за счет значительной экономии моторесурса основного двигателя.

Читайте так же:
Генератор постоянного тока тепловоз

Компрессорный агрегат состоит из установленных на общем основании винтового компрессора АКВ6/1 У2 и асинхронного трехфазного электродвигателя.

Компрессорный агрегат установлен на главную раму тепловоза через виброопоры. Рядом с компрессором установлена осушительная установка воздуха обеспечивающая необходимые параметры по чистоте и влажности воздуха для тормозной системы.

Охлаждающее устройство

Охлаждающее устройство тепловоза выполнено в виде отдельного модуля, установленного в передней части главной рамы. В боковых проемах модуля охлаждающего устройства расположены коллекторы, на которых закреплены типовые тепловозные жидкостно-воздушные секции охлаждения жидкости горячего и холодного контуров дизеля. На верхней плоскости модуля охлаждающего устройства устанавливаются диффузор и облегченный вентилятор комбинированной конструкции с металлической ступицей и пластиковыми профилированными лопастями. Вентилятор приводится во вращение асинхронным трёхфазным электродвигателем, частота вращения вала которого плавно регулируется системой управления тепловоза в зависимости от температуры жидкости в контурах охлаждения двигателя.

В конструкцию системы охлаждения также включен независимый жидкостный отопитель ОЖД30 производства АО «ШААЗ». Отопитель предназначен для предпускового подогрева охлаждающей жидкости двигателя и поддержания необходимой температуры двигателя и кабины машиниста при стоянке тепловоза с остановленным дизелем в ожидании работы. Отопитель устанавливается в дизельном помещении.

Электрическая передача

На тепловозе ТЭМ2Н-УГМК реализована электрическая передача переменно-постоянного тока. Тяговые электродвигатели, соединенные попарно в три группы, получают питание от тягового генератора через выпрямительную установку.

Система автоматического регулирования обеспечивает формирование тяговой характеристики тепловоза путем изменения возбуждения генератора, также предусмотрено две ступени ослабления поля тяговых электродвигателей. Регулирование возбуждения тягового генератора производится статическим возбудителем. Изменение направления движения тепловоза осуществляется путем изменения направления тока в обмотках возбуждения.

Электродвигатели приводов вспомогательных агрегатов (вентиляторов охлаждения тягового агрегата и тяговых электродвигателей, компрессора, вентилятора охлаждающего устройства) получают питание от вспомогательного генератора через статический преобразователь собственных нужд. Кроме того, преобразователь собственных нужд обеспечивает питание электрических цепей тепловоза напряжением 24 В и 110 В постоянного тока, а также 3х380 В и 220 В переменного тока частотой 50 Гц. Конструкцией тепловоза предусмотрена возможность питания цепей от внешнего источника переменным током напряжением 3х380 В частотой 50 Гц.

Система управления

На тепловозе применяется микропроцессорная система управления, обеспечивающая выполнение следующих функций:

  • управление запуском и остановкой дизеля, статическим преобразователем, контакторами силовых цепей, охлаждающим устройством, компрессором т.д.;
  • регулирование частоты вращения коленчатого вала дизеля, мощности тягового генератора, частоты вращения валов электродвигателей приводов вспомогательных агрегатов;
  • защита дизеля (дополнительно к системе управления двигателя), тягового агрегата и тяговых электродвигателей,
  • защита от боксования,
  • обработка сигналов от тормозной системы, системы бдительности и пожарной сигнализации, контроль сопротивления электрических цепей;
  • измерение тока и напряжения в силовых и вспомогательных цепях, частоты вращения коленчатого вала дизеля, температуры горячего и холодного контуров системы охлаждения и т.д.;
  • считывание данных из системы управления двигателем (давление в системах дизеля, наличие и вид неисправностей, наработка в моточасах и т.д.);
  • вывод данных о состоянии агрегатов и систем тепловоза на многофункциональные дисплеи, расположенные на пультах управления в кабине машиниста;
  • фиксация в памяти данных о работе агрегатов и систем тепловоза.
  • Система управления тепловозом взаимодействует с дизелем и элементами управления вспомогательными агрегатами по цифровой шине передачи данных. K шине также подключены аналогово-цифровые преобразователи, расположенные непосредственно в местах расположения измерительных датчиков. Применение общей коммуникационной сети позволяет существенно сократить количество использующихся проводов и кабелей.

    Основные аппараты и устройства, входящие в силовые и вспомогательные электрические цепи, а также элементы системы управления тепловозом, размещаются в высоковольтной камере.

    На тепловозе устанавливается новая кабина машиниста, изготавливаемая ООО «Горизонт» (г. Екатеринбург). В кабине по диагонали расположены два одинаковых пульта управления. Они оснащены многофункциональными цветными дисплеями, позволяющими контролировать работу всех систем и агрегатов тепловоза. Контроллеры машиниста выполнены в виде перемещающейся в горизонтальной плоскости рукоятки и имеют только одну фиксированную позицию, соответствующую холостому ходу двигателя; перемещение рукоятки в рабочей зоне бесступенчатое. В кабине устанавливаются два регулируемых по высоте кресла, указатели электронного скоростемера КПД-3ПВ, приборы управления тормозами, привод ручного тормоза и т.д.

    Кабина машиниста оборудована высокопрочными лобовыми стеклами увеличенной площади с электрическим обогревом, стеклоочистителями и стеклоомывателями, обогреваемыми зеркалами обзора состава. Видимость с рабочего места машиниста значительно улучшена благодаря понижению уровня крыши капотов. Кабина оснащена кондиционером и двумя калориферами, подогретый воздух от которых по воздуховодам подается в нужные зоны кабины. Для улучшения условий труда локомотивной бригады в кабине также устанавливаются бытовой холодильник и микроволновая печь. По согласованию с заказчиком тепловоз может быть оборудован радиостанцией, дополнительными устройствами безопасности и контроля бодрствования машиниста.

    Преимущества нового тепловоза ТЭМ2Н-УГМК

    Результаты подконтрольной эксплуатации первых тепловозов серии ТЭМ2Н-УГМК в условиях горно-металлургических предприятий Урала и Сибири подтверждают правильность выбора заложенных в конструкцию основных решений:

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию