Несмотря на лучшие технические характеристики ТАД по сравнению с электродвигателями постоянного тока, основным показателем, определяющим эффективность внедрения асинхронного тягового привода на подвижном составе, является снижение расходов на содержание локомотива в условиях эксплуатации.
Статистические данные, опубликованные фирмой ВВС, о расходах на эксплуатацию в Рурском угольном бассейне в одних и тех же условиях электровозов Е-1200 и ЕА-1000 показали, что электровозы ЕА-1000 имели 0,9 отказа в месяц, а Е-1200 – только 0,4 /10/.
Отсутствие коллекторного узла и изоляции у обмотки ротора позволяют отказаться от периодических осмотров ТАД при выполнении ТО в депо. Обслуживание ТАД сводится только к запрессовке смазки в подшипники, что позволяет снизить объем эксплуатационных работ по обслуживанию локомотивов в депо.
Учитывая положительные качества асинхронного тягового привода, с 60-х годов прошлого века во всех промышленно развитых странах начались интенсивные исследования и разработки тягового подвижного состава с ТАД. Первые в мире макетные образцы электроподвижного состава с ТАД были изготовлены в 1970 г.: в СССР - электропоезд ЭР9А; в ФРГ – опытный тепловоз DE-250 мощностью 1840 кВт. В последующие годы в СССР были выпущены два опытных магистральных локомотива: электровоз ВЛ80а мощностью 9600 кВт с питанием от контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ (1971г.) и тепловоз ТЭ120 мощностью 2950 кВт (1773г.) .
В мире в период с 1965 по 1997 гг. только парк автономных локомотивов пополнился 2400 тепловозами с асинхронным тяговым приводом, что составляет примерно 3 % от общего парка тепловозов с электропередачей /9/. Тепловозы предназначены для поездной и маневровой работы на железных дорогах Европы, Азии, Америки. В качестве разработчика и изготовителя электрической части выступали фирмы ВВС (впоследствии АВВ, “ADtranz”), “Siemens”; “General Electric”.
С начала 90-х годов начинается массовое внедрение ТАД на тепловозах. Первой железной дорогой, сделавшей крупный заказ на 350 локомотивов с ТAД стала американская компания “Burlington Northern”. В настоящее время различными администрациями американских железных дорог заказаны свыше 1500 тепловозов мощностью до 6000 л.с. На новом подвижном составе практически везде используются GTO-тиристоры и преобразователи напряжения на их основе /9/.
Заказы тепловозов компании Alstom для ж.д. Израиля, Великобритании, Сирии, Шри-Ланки, Ирана, в период с 1996г. по 2000г., распределялись следующим образом: 84 секции мощностью 2400 кВт – с электрической передачей переменно-постоянного тока; 185 секций мощностью 920…3210 кВт – с электрической передачей переменно-переменного тока /23/.
Таким образом, в настоящее время на железных дорогах всего мира получают распространение локомотивы с асинхронным тяговым приводом, предназначенные как для выполнения маневровой работы, так и для вождения тяжеловесных поездов.
На сегодняшний день тяговый привод современных локомотивов характеризуется применением следующих составляющих /2,3/:
- трехфазных ТАД с высокой индуктивностью рассеяния и разными системами охлаждения;
- трехфазных импульсных инверторов, выполненных на запираемых GTO-тиристорах (преимущественно для локомотивов большой мощности) и биполярных IGBT-транзисторах с изолированным затвором (преимущественно для локомотивов малой и средней мощности);
систем управления, обеспечивающих лучшее использование ТАД в энергетической цепи локомотива и сил сцепления, т.е. управляющих значением механического момента двигателя за счет оптимизации скольжения ротора ТАД в соответствии с значением свободной мощности локомотива и величиной силы сцепления колеса с рельсом.
Увеличение скоростей движения железнодорожного транспорта вызывает необходимость создания тягового электропривода большой мощности /24,25,26/. Создать коллекторные тяговые двигатели на мощность более 1500 кВт и номинальное напряжение более 1500 В в габаритах подвижного состава практически невозможно из-за сложности обеспечит приемлемую коммутацию на коллекторе. Кроме того, при увеличении напряжения необходимо применять изоляцию большей толщины, что неизбежно приводит к увеличению размеров машины. Поэтому возникает необходимость перехода на бесколлекторный тяговый привод локомотивов /25, 26/.
Развитие силовой с информационной полупроводниковой элементной базы, появление высоковольтных защитных аппаратов создали предпосылки для создания подвижного состава третьего, четвертого и пятого поколений с синхронными или асинхронными тяговыми электродвигателями и преобразователями на силовых GTO-тиристорах или IGBT – транзисторах /29,30, 31/.
В настоящее время наиболее широко используются схемы тягового привода со звеном постоянного напряжения (тока); для этого используются управляемые тиристорные выпрямители и подключенное к их выходу промежуточное звено постоянного напряжения (тока). Примером тому могут служить электропоезда «Сокол» и ЭД6 /32,33,34/. Разработка преобразователей такого типа стала возможной с освоением производства запираемых тиристоров с рабочим напряжение 4500 В и токами до 3000 А и силовых транзисторов с рабочим напряжением 3300 В и токами до 1200 А /35, 36, 37/.
Выключаемые тиристоры и силовые транзисторы могут работать при более высокой частоте коммутаций, чем обычные полупроводники /38,39,40,41/. Это позволяет уменьшить содержание высших гармонических тока и напряжения на входе в ТАД и уменьшить, соответственно, добавочные потери двигателя, вызванные этими гармоническими. Улучшение гармонического состава тока увеличивает момент на валу машины, что особенно важно для тяговых двигателей. Преобразователи на выключаемых тиристорах не имеют специальных контуров искуственной коммутации, что значительно снижает весо-габаритные показатели энергетического оборудования локомотива и повышает надежность самого преобразователя.
1.2.
Частотно-токовое управление передачами переменного тока по критерию (1.2) было предложено для оптимизации:
- процесса пуска ТАД с целью ограничения пускового тока;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.