ПЧФ-177 обеспечивает преобразование однофазного напряжения частотой 50 Гц в трехфазное напряжение частотой 16⅔ Гц для питания мотор-вентиляторов и маслонасоса в режимах пониженной в три раза производительности.
Номинальное входное напряжение однофазного переменного тока частоты 50Гц, В 225
Пределы изменения входного напряжения, В 165-260
Напряжение питания цепей управления
— постоянный ток, В 35-62,5
— пульсирующий ток, В 47,5-52,5
Номинальный входной ток
Выходное напряжение (выводы X1, Х3), В, установившееся при температуре окружающего воздуха
— от 0 до плюс 60°С 75±5
— от минус 50 до 0°С 90±5
— при режимах пуска маши 120
Диапазон изменения выходного напряжения, В от 67,5 до 82,5
Номинальный выходной ток, выводы X1, Х3, А 185
Частота выходного тока, Гц 16⅔
Преобразователь частоты и числа фаз ПЧФ-177 представляет собой металлическую конструкцию, состоящую из двух каркасов и основания, соединенных между собой шпильками.
Силовая часть ПЧФ-177 установлена на верхнем каркасе 1.
Верхний каркас представляет собой сварную конструкцию, выполненную из уголков.
На лицевой стороне верхнего каркаса размещены съемные блоки тиристоров 4, 5. В каждом блоке находятся 2 силовых тиристора 21 с охладителями 22 и элементы для защиты тиристоров от помех.
Система управления преобразователем частоты и числа фаз ПЧФ-177 расположена в нижнем металлическом шкафу 2 с легкосъемными блоками.
Кассетные блоки представляют собой функционально законченные устройства. На передних панелях блоков размещены выводы контрольных точек, на двух блоках расположены также светодиоды.
Напряжение питания цепей управления и соединение ПЧФ-177 с электровозными цепями осуществляется через зажимы контактные 20. Напряжение питания силовых цепей подводится посредством шин 7, 10.
Преобразователь частоты и числа фаз ПЧФ-177 представляет собой непосредственный делитель частоты на три, выполненный на двух тиристорных ключах переменного тока V1-V2 блоков А1 и А2.
Защита мотор-вентиляторов при работе их от ПЧФ-177 осуществляется тепловым токовым реле КК.
Для защиты тиристоров от электромагнитных помех между управляющими электродами и катодами тиристоров включены RC-цепочки R1-C1 и R2-C2.
В состав ПЧФ-177 входят три трансформатора Т1. Т3.
Защита Т1. Т3 от коротких замыканий осуществляется плавким предохранителем F1.
В случае срабатывания КК, мотор-вентиляторы автоматически переводятся на частоту 50 Гц.
А8— Блок фильтра БФ-817.
Блок питания БП-791 обеспечивает стабилизированное электропитание функциональных блоков.
БП-791 состоит из трех отдельных стабилизаторов напряжения, двух формирователей синхроимпульсов и стабилизатора тока.
Стабилизатор тока имеет выходной параметр 10мА, он служит для электропитания терморезистора (катушка реле KV5) и выполнен из меди.
При изменении температуры окружающего воздуха пропорционально меняется падение напряжения на ней.
Это напряжение подается в МСУД, который в зависимости от этого напряжения и величины тока тяговых двигателей выдает обратно на преобразователь ПЧФ-177 сигнал об изменении частоты вращения вентиляторов.
Блок управления преобразователем частоты БУПЧ-111 предназначен для:
— управления силовой частью преобразователя по алгоритму делителя частоты на 3;
— стабилизации двух выходных линейных напряжений при установившихся режимах;
— повышения выходного напряжения при переходных (пусковых) процессах;
— отключения силового преобразователя в режимах выбега роторов вентиляторов (снижение частоты вращения с 1500 до 500 об/мин).
Блок управления контакторами БУК-904 предназначен для формирования:
— сигналов управления режимами автоматического включения и отключения контакторов КМ7. КМ9 и КМ11, КМ12, КМ15;
— сигнала разрешения на включение преобразователя частоты;
— сигнала электрической блокировки системы защиты на момент переключения контакторов.
Выбор частоты вращения мотор-вентиляторов и мотор-насоса осуществляет МСУД в зависимости от тока якоря и возбуждения тяговых двигателей, а также температуры окружающего воздуха.
Панель защиты Е1(А9) обеспечивает контроль за выходным напряжением ПЧФ-177 и сигнализацию в систему управления электровозом в случае низкого уровня хотя бы одного из них ниже 55В или отсутствия при работе вентиляторов на частоте 16⅔Гц.
Сигнал о срабатывании реле KV6 поступает в систему управления электровозом, которая выдает сигнал ускоренного перехода вентиляторов на частоту 50Гц.
Для исключения срабатывания этого реле в моменты смены частоты работы вентиляторов, последовательно с его нормально-замкнутыми контакторами включены нормально-разомкнутые контакты реле блокировки KV4.
В случае перегорания предохранителя F1 включается реле KV7, разрывает нормально замкнутые контакты, отключается питание 50В на ПЧФ, и вентиляторы переходят на частоту 50Гц.
Мощность электровоза в часовом режиме 4700 кВт, позволяет вести поезд массой 1440 т по подъёму 9 тысячных со скоростью 80 км/ч. Особенностью электровоза является опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей. Формула экипажной части 20-20-20, одинаковая с электровозами ВЛ85 и ВЛ65. Фактически ЭП1 — это электровоз ВЛ65, модернизированный для пассажирского движения. На электровозе могут быть установлены следующие системы безопасности движения: КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485 и ТСКБМ. Работа по системе многих единиц, в отличие от ВЛ65, не предусматривается.
Выпуск электровозов
Электровоз серийно выпускается Новочеркасским электровозостроительным заводом. Всего выпущено более 500 электровозов ЭП1, ЭП1М, ЭП1П (на ноябрь 2008 года).
Электровозы ЭП1 позиционируются производителем в качестве замены отечественным электровозам ВЛ60ПК и ранее импортированным из Чехословакии ЧС4 и ЧС4Т. Основные отличия машины от ВЛ65:
Электровоз ЭП1 — первый серийный электровоз Новочеркасского завода с МСУД. Микропроцессорная система обеспечивает контроль основного оборудования и некоторых реле, управляет выпрямительно-инверторными преобразователями, питающими тяговые двигатели. Позволяет управлять электровозом в четырех режимах:
Для обеспечения работы двигателей вспомогательных машин на низкой или высокой скорости вращения, питание на двигатель каждой машины подается не через один контактор, как обычно, а через два — один подключает двигатель к обмотке собственных нужд и конденсаторам (режим высокой скорости; U=380В,50Гц), второй к ПЧФ (режим низкой скорости вращения;U=40-90В,16,7Гц) Двигатели мотор-компрессоров работают всегда на режиме высокой скорости. Электровозы до ЭП1-029 включительно имели двигатели компрессоров НВА-55, такие же, как у мотор-вентиляторов, с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, с ЭП1-030 они были заменены на НВА-2 с синхронной частотой 750 об/мин.
Модернизации
С 2007 года изготавливается модернизированный электровоз ЭП1М, а также его вариант ЭП1П,у которго за счет изменения передаточного числа тяговых редукторов увеличена сила тяги. Он предназначен специально для эксплуатации на тяжелом профиле российского Приморья и имеет отдельную, начавшуюся с 001, нумерацию. От ЭП1 модернизированные электровозы отличаются главным образом установкой ассиметричных облегченных токоприемников, пластиковой блок-кабиной с измененным рабочим местом машиниста. Кабина и пульт управления этими электровозами позволяют водить пассажирские поезда «в одно лицо», т.е одним машинистом без помощника.
История
В депо Саратов-2 электровозами ЭП1 и ЭП1М полностью заменили старые машины ЧС4 и ЧС4Т, в депо Россошь и Кавказская — много единиц ЧС4Т. На Октябрьской, Красноярской, Восточно-Сибирской и других дорогах за счет появления новых электровозов высвободились из пассажирской работы старые ВЛ60 и ВЛ80. ЭП1П поступают только на восточные дороги, например, в депо Иркутск. ЭП1П-009 и ЭП1П-010 в августе и сентябре 2008 года работали в депо Красноярск, но были переданы в Иркутск.
В марте 2003 года на Октябрьской дороге на электровозе ЭП1-046 произошёл излом оси колёсной пары в средней части (по многочисленным раковинам).
Электровоз ЭП1: устройство локомотива переменного тока
Опубликовано 28.12.2020 · Обновлено 04.11.2021
В 1998-м году Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) был построен первый российский пассажирский электровоз переменного тока 25 кВ — ЭП1, название так и расшифровывается: Электровоз Пассажирский модель 1. Фактически это был рестайлинг предшествующего электровоза ВЛ65.
После развала СССР в 1990-х годах железные дороги России испытывали явный дефицит современных электровозов для эксплуатации в пассажирском движении. Дело в том, что СССР не затачивал производство своих собственных пассажирских локомотивов переменного тока, закупая их у Чехословакии. Известная серия электровозов «ЧС», как для работы на постоянном токе, так и на переменном ЧС4 и ЧС4т, была задействована в загруженном западном и центральном направлениях, а железные дороги Сибири и Дальнего востока обходились морально и физически устаревшими локомотивами ВЛ60ПК.
С развалом СССР стало понятно, что закупать электровозы ЧС дорого, и пришло понимание необходимости разработки собственной модели. Тем более что Новочеркасский электровозостроительный завод — крупнейший производитель электровозов в СССР и теперь России, был готов выполнить такой заказ. В модельном ряду НЭВЗ находился электровоз ВЛ85 — грузовая машина переменного тока, двухсекционная и с шестью осями на секцию. Конструкторы приняли решение использовать эту модель как базовую, и началась работа по созданию нового локомотива. К секции ВЛ85 была добавлена вторая кабина, таким образом получился односекционный шестиосный электровоз, который получил название ВЛ65, где ВЛ — Владимир Ленин, дань так сказать строителю всех заводов СССР, далее «6» — шесть осей, «5» — отсылка к модели ВЛ85. В 1992-м году первый электровоз новой модификации ВЛ65 вышел из ворот НЭВЗа.
Конечно ВЛ65 имел ряд недостатков, особенно для работы в пассажирском движении, но самый главный недостаток, который стремились изменить конструкторы в первую очередь — это опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей. Тяжелые электродвигатели создавали значительную динамическую нагрузку на путь, колесную пару и редуктор, так как являлись неподрессоренной массой.
Все недочеты ВЛ65 исправлялись в процессе производства, над улучшением конструкции локомотива велась постоянная работа. Но в итоге, как конечное обновление, в 1998-м году появился первый пассажирский электровоз ЭП1, принявший эстафету от ВЛ65, производство которого было прекращено. После завершения испытаний нового ЭП1 был начат их серийный выпуск, продолжавшийся по 2007-й год. Всего был построен 381 электровоз ЭП1.
Машинное отделение ЭП1
Конструкция электровоза ЭП1
Особенности конструкции
От своего предшественника, электровоза ВЛ65, наша российская модель имела ряд отличий, хотя внешне они выглядели идентично. На ЭП1 устанавливались другие тяговые двигатели, новой разработки модели НБ-520В, а также было применено опорно-рамное подвешивание ТЭД. Однако есть данные, что электровоз ЭП1-001 по неизвестным причинам имел опорно-осевое подвешивание ТЭД, по аналогии с электровозом ВЛ65. Помимо этого в редукторе ТЭД применялось уменьшенное передаточное число, таким образом конструкционная скорость составила 140 км/ч, но одновременно была снижена сила тяги. Если идти по отличиям с ВЛ65, то ЭП1 потерял возможность работы по системе многих единиц, соответственно внешне это проявляется в отсутствии розеток межэлектровозного подключения.
Кабина управления ЭП1
Также ЭП1 комплектовался статическим частотным преобразователем, благодаря которому вспомогательные машины (мотор-вентиляторы и компрессор) могли работать на пониженной частоте вращения, было предусмотрено тройное замедление работы электромоторов. Когда тяговым электродвигателям или тяговому трансформатору не требовалось мощное охлаждение, например при начале движения поезда со станции, вспомогательные машины подключались не через обмотку трансформатора, а через частотный преобразователь. Это сделало электровозы малошумными, особенно по сравнению с действующими в то время ВЛ65 и ВЛ60ПК.
Главным новшеством электровоза ЭП1 являлись два компьютера: основной и резервный, которые были главной действующей единицей МСУД — так называемой Микропроцессорной системы управления движением.
ТО электровозов ЭП1
Кузов
Главными элементами кузова электровоза ЭП1 являются: рама, боковые стенки, крыша, кабины, каркасы, форкамеры, песочницы. Все элементы сделаны из листового металла, сварных прокатных и гнутых профилей. Основная динамическая нагрузка приходится на раму кузова, а сам кузов имеет полунесущий тип: каркасы и стены воспринимают меньшие нагрузки, чем рама.
В данном электровозе, как мы уже сказали, рама является основой кузова, воспринимая все динамические нагрузки. Что из себя представляет данный элемент: продольные балки сварены между собой металлическим листом, а по концам с каждой стороны скреплены буферными брусьями, в средней части скрепляющими являются три коробчатые поперечные балки над тележками и трансформаторные балки в середине, между тележками.
Все ключевые элементы рамы соединены при помощи сварки сплошными швами. В местах присоединения автосцепного устройства по обоим сторонам рамы на буферных брусьях крепятся ударно-поглощающие устройства.
Кабина электровоза ЭП1, в части металлической конструкции, сварена из стальных листов и аналогична кабине электровозов ВЛ65 и ВЛ85. Ниже лобовых стекол передняя часть кабины плоская, на уровне стекол имеет наклон назад. Проемы для лобовых стекол имеют повышенную прочность.
Прожектор электровоза расположен в верху кабины по середине (над лобовыми стеклами), корпус прожектора квадратный, чуть выпирающий из кузова, имеет круглый вырез под стекло светильника. Буферные фонари ниже лобовых стекол снабжены защитными решетками. Всего лишь на пяти электровозах в буферных фонарях были установлены светодиодные лампы.
Тележки
На электровозе ЭП1 установлено три бесчелюстные двухосные тележки с колесной формулой 2о-2о-2о. Подвешивание рамы тележки рессорное двухступенчатое, рама опирается на приливы букс с помощью 12-ти пружин, а также с помощью поперечной подвески, в качестве второй ступени. Присоединение кузова к тележкам осуществляется через люлечную подвеску, в случае двух крайних тележек, средняя же присоединяется через комплекты упругих качающихся стержней. Это сделано для обеспечения большого количества степеней свободы, для увеличение максимального радиуса кривых.
Буксовые узлы помимо пружин имеют специальный гидродемпфер для гашения колебаний. Передача тягового усилия от колес электровоза к автоматическому сцепному устройству происходит через наклонные тяги, которые рассчитаны на передачу усилия в обе стороны, как на сжатие, так и на расширение.
Подвешивание тяговых электродвигателей осуществляется опорно-рамным способом, а тяговые редукторы опираются на ось колесной пары. Редуктор имеет косозубую зубчатую передачу, с передаточным числом, меньшим, чем на ВЛ65. таким образом увеличилась конструкционная скорость, но уменьшился крутящий момент.
Также на каждой тележке установлено тормозное оборудование. Электровоз оснащен рычажной системой тормозов, где нажатие тормозных колодок на бандаж колеса осуществляется с двух сторон.
Электрооборудование ЭП1
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-300×188.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-1000×625.jpg» gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-1000×625.jpg» alt=»электровоз ЭП1 вид сверху крышевое оборудование ЭП1 | электровоз ЭП1 вид сверху крышевое оборудование ЭП1 | Движение24″class=»wp-image-24702″ width=»667″ height=»416″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-300×188.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-1000×625.jpg 1000w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-768×480.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-1536×960.jpg 1536w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-520×325.jpg 520w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-720×450.jpg 720w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1-320×200.jpg 320w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/12/dvizhenie24_ru_3_ep1.jpg 1800w» data-sizes=»(max-width: 667px) 100vw, 667px» /title=»электровоз ЭП1 вид сверху крышевое оборудование ЭП1 | Движение24″ /> Электровоз ЭП1, вид на крышевое оборудование
Токоведущее оборудование
Токоведущее оборудование обеспечивает подключение тягового трансформатора электровоза к контактной сети, и включает в себя: два токоприемника, воздушные разъединители, воздушный выключатель, токоведущие шины, дроссель радиопомех.
Токоприемник (пантограф)
Токоприемники расположены на крыше локомотива, возле кабин машиниста, и в их качестве применяются классические пантографы (см. фото) Л1У1-01. По электрической схеме после токоприемника следует дроссель подавления радиопомех. Высоковольтные разъединители оборудованы поворотным ножом, предназначенным для разъединения электрической цепи от неисправного токоприемника. Для противодействия образованию электрической дуги разъединении цепи производится только при выключенном главном выключателе (ГВ), который на схеме следует сразу за высоковольтным разъединителем. ГВ расположен также на крыше, в центре локомотива. и предназначен для оперативного отключения питания тягового трансформатора от контактной сети. В качестве ГВ применяется один тип воздушных выключателей, состоящих из дугогасительной камеры и поворотного разъединителя, который в выключенном положении соединяет первичную обмотку тягового трансформатора с корпусом электровоза (корпус заземлен через цепь кузов-колесо-рельс).
Тяговый трансформатор
Сердцем электровоза ЭП1 можно считать тяговый трансформатор модели ОНДЦЭ-5700/25-У2. Данный трансформатор понижает входное напряжение в 25 000 Вольт, до напряжения, необходимого тяговым электродвигателям (1000 Вольт), а также до напряжения работы вспомогательных машин, отопления и энергоснабжения поезда. Так как ЭП1 поддерживает режим рекуперативного торможения, в задачи трансформатора входит преобразование напряжения от тяговых электродвигателей (через преобразователь) в напряжение контактной сети. Трансформатор укомплектован обмотками: первичной (сетевой), мощностью 6583 кВ*А, двух групп (тяговых), которые состоят из трех секций, собственных нужд, возбуждения ТЭД, отопления. Все обмотки погружены в масло, которое в принудительном порядке циркулирует с помощью насоса через радиатор охлаждения, который обдувается мотор-вентилятором.
Выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП) предназначены для преобразования переменного тока от тяговых обмоток трансформатора в постоянный, а также для плавного регулирования напряжения на тяговых электродвигателях. А поскольку предусмотрено рекуперативное торможение, ВИП преобразуют постоянный ток от ТЭД в переменный ток, возвращаемый через тяговый трансформатор в контактную сеть. В режиме рекуперативного торможения ВИП также регулируют величину противо-ЭДС.
Электровоз ЭП1 включает два выпрямительно-инверторных преобразователя, и каждый подключается к своей группе тяговых обмоток трансформатора. От одного преобразователя получают питание три электродвигателя, соединенных параллельно.
Тяговые электродвигатели
Всего на электровозе ЭП1 установлено шесть тяговых электродвигателей (ТЭД), по одному на каждую ось. Вес одного двигателя 3500 кг, по этому опорно-рамное подвешивание как раз кстати, эта масса на данном электровозе становится подрессоренной. Электродвигатели работают от пульсирующего тока и имеют коллекторный тип с шестью полюсами, модель двигателя — НБ-520В. На ТЭД применяют последовательное возбуждение и принудительную вентиляцию: воздушные массы движутся со стороны коллектора через вентиляционный люк, и выходят через щелевые отверстия подшипникового щита.
Максимальное входное напряжение на коллекторе составляет 1000 Вольт, максимальная частота вращения — 2020 оборотов в минуту.
Основные параметры ТЭД в часовом и длительном режимах работы:
Режим
Мощность, кВт
Сила тока, А
Частота вращения, об./мин.
КПД
Часовой
800
845
1030
94,5
Длительный
750
795
1050
94,6
Вспомогательные машины
На электровозе ЭП1 вспомогательные машины (компрессоры, вентиляторы, масляный насос трансформатора) работают от асинхронных электродвигателей, имеющих питание по трехфазной системе. Впервые на данном электровозе применена система питания электродвигателей вспомогательных машин как от соответствующей обмотки тягового трансформатора, так и от статичного частотного преобразователя, позволяющего снизить их частоту вращения втрое, что позволяет значительно уменьшить шум и потребление электроэнергии в режимах, когда охлаждение ТЭД и трансформатора в полную мощность не требуется, например при начале движения поезда.
Преобразование однофазной схемы питания в трехфазную осуществляется преобразователем частоты и числа фаз. В режиме максимальной скорости вращения мотор-вентиляторов на них подается напряжение 380 Вольт 50 Гц от обмотки собственных нужд, в режиме низкой скорости вращения напряжение снижается до 90 или 40 Вольт (два режима замедления) и частоты 16,7 Гц. Мотор-компрессор всегда работает только на максимальной скорости вращения.
На электровозе ЭП1 впервые в России была применена микропроцессорная система управления, в задачи которой входит контроль основного оборудования, а также автоматическое управление выпрямительно-инверторными преобразователями в разных режимах ведения поезда:
Электровозы ЭП1 предназначены для эксплуатации на железных дорогах, оснащенных контактной сетью напряжением 25 кВ переменного тока, и после выпуска с завода направлялись на службу:
| ВЛ19 — 1932—1938 
| ПБ — 1934 
| ЧС2 — 1958—1973 
| ВЛ80 — 1961—1994 
| ЭП1 — 1998—… 
Машинное отделение ЭП1
Кабина управления ЭП1
ТО электровозов ЭП1
Токоприемник (пантограф)
