СОПОСТАВЛЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ТЯГОВОГО

СОПОСТАВЛЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Ле Суан Хонг
Национальный исследовательский университет «Московский энергетический
институт», г. Москва
Научный руководитель – Тулупов Виктор Дмитриевич, д.т.н., проф. МЭИ
Совершенствование тягового привода (ТП) элекгроподвижного состава (ЭПС)
преследует три основных цели: улучшение тяговых свойств, повышение надежности и
снижение электроэнергии. Далеко не всегда улучшение одного из этих показателей
улучшает или не ухудшает два других. Поэтому при совершенствовании привода
приходится выделять приоритетную для сложившихся объективных условий цель.
Приоритетной задачей должно стать улучшение энергетических показателей ЭПС.
Сегодня приблизительно по половине железных дорог электрифицировано на
постоянном н переменном токе. ЭПС с электроснабжением переменным током
классифицируется, хотя и некорректно, как ЭПС переменного тока. Электроснабжение
городского уличного (трамвай и троллейбус) ЭПС и поездов метров производится
только постоянным током.
В связи с развитием полупроводниковой преобразовательной техники появилось
много возможностей совершенствования тягового электропривода (ТЭП). Среди них:
использование на ЭПС с традиционными тяговыми машинами (ТМ) при
электроснабжении
постоянным
током
импульсного
управления
и
при
электроснабжения переменным током - плавного регулирования напряжения питания
ТМ и рекуперативного торможения и на обоих типах ЭПС с коллекторными тяговыми
машинами (КТМ) независимого возбуждения (НВ), а также - применение
бесколлекторных ТМ - асинхронных, вентильных (ВТМ) и индукторных (ИТМ). При
оценке их эффективности необходимо учитывать множество факторов, в частностивлияния на технико-экономические, в частности, энергетические показатели ЭПС его
стоимости, надежности работы, энергоемкости и затрат на обслуживание и ремонты.
После предварительных оценок показателей ТЭП с тяговыми машинами
постоянного тока (ТМ ПТ) и с асинхронными тяговыми машинами (АТМ) можно
перечислить их следующие эффективности и преимущества:
Для систем тягового электропривода ЭПС постоянного тока:
- При внедрении систем с независимым возбуждением тяговых машин (НВТМ)
[1]:
 улучшение тяговых свойств в зоне ограничения силы тяги условиями сцепления
и в зоне ослабления поля ТМ соответственно за счет повышения динамической
жесткости тяговых характеристик и регулирования силы тяги согласно с фактически
действующим ограничением при уменьшении разброса нагрузок параллельно
включенных групп ТМ;
 повышение эффективности тормозного процесса за счет более плавного
регулирования тормозной силы в зоне высоких скоростей движения и сохранения
максимальной тормозной силы до существенно меньшей скорости движения;
возможность использования более эффективных энергосберегающих алгоритмов
управления в пусковых режимах;
 рекуперативное торможение.являющееся основным резервным повышением
энергетической эффективности вагонов метрополитена, с осуществлением в этом
режиме перегруппировки ТМ.
- При внедрении систем с бесконтактным реостатным контроллером:
 высокая надежность благодаря функциональной простоте и 5 - 10 кратным
запасам тиристоров по напряжению и току:
 высокая точность и стабильность работы: более высокая надежноть по
сравнению с тягой на основе асинхронных двигателей и инверторов напряжения;
 возможность применения отечественных тиристоров и, соответственно,
приемлемая стоимость бесконтактных тяговых аппаратов;
 сцепляемость с вагонами эксплуатируемого парка;
 отсутствие мешающих влияний на работу систем локомотивной сигнализации и
связи.
Для систем тягового электропривода ЭПС переменого тока:
Практически с первых этапов электрификации железных дорог непрерывно
ведется создание ЭПС с ATM [2].
Основными достоинствами этих машин считают:
 Простота конструкции:
 Уменьшение затрат на эксплуатацию тяговых машин:
 Снижение массы или увеличение мощности тяговых машин при той же массе;
 Уменьшение стоимости и повышение надежности ТМ;
 Повышение тяговых свойств за счет более жестких динамических характеристик
асинхронных тяговых машин по отношению к коллекторным машинам с
последовательным возбуждением;
 Уменьшение количества контактной аппаратуры;
 Уменьшение массы неподрессоренных частей и тележек в целом;
 Уменьшение момента инерции вращающихся частей за счет меньшей массы
ротора асинхронных тяговых машин и возможности снижения диаметра бандажей
колесных пар;
 Снижение расхода энергии за счет более эффективного использования
рекуперативного торможения.
Сторонников и противников той или иной системы электропривода немало, и
каждого найдутся свои веские основания в защиту своей идеи. Конечно, в каждой
системе есть свои плюсы и минусы, но тем и менее приведенные в выполненном
анализе сведения и соображения в [3] подверждают, что:
 Реальные в технико-экономические показатели электроподвижного состава с
АТМ
много уже прогнозировавшихся при обосновании его высокой
эффективности и необходимости повсеместного применения;
 Резервы улучшения технико-экономических показателей ЭПС с ТМ ПТ далеко
не исчерпаны и при их использовании применение ЭПС с ТМ ПТ экономически
более целесообразно;
 Применение ЭПС с АТМ целесообразно, если ЭПС с ТМ ПТ не может
обеспечить требуемые технические характеристики, в частности – при скорости
движения на магистральном транспорте более 200 км/ч;
 Тяговые свойства ЭПС с ТМ ПТ могут быть существенно улучшены при замене
последовательного возбуждения тяговых машин независимым. Это техническое
решение не требует больших затрат и может быть реализовано при
модернизации эксплуатируемого парка;
 Энергетические показатели ЭПС постоянного тока с ТМ ПТ могу быть
повышены за счет более эффективного применения рекуперативного
торможения в случае замены в схеме силовых цепей контакторов тиристорными
ключами [4];



ЭПС с ТМ ПТ при его оборудовании автоматически регулируемым
независимым возбуждением тяговых машин в зоне скоростей движения до 200
км/ч может реализовать силы тяги не меньше, чем ЭПС с АТМ;
Энергетические показатели ЭПС с КТМ выше, чем у ЭПС с АТМ, особенно при
оборудовании первого эффективным рекуперативным тормозом;
ЭПС с АТМ по отношению к ЭПС с ТМ ПТ при оборудовании последнего
независимым возбуждением тяговых машин и тиристорными коммутаторами
вместо контакторных аппаратов не будет иметь лучших показателей
надежности.
Список литературы
1. В.Д. Тулупов, А.П. Марченков, С.И. Кабанец и другие. Схема силовых цепей
вагонов метрополитена с независимым возбуждением тяговых машин и тиристорным
реостатным контроллером – Тр. МЭИ 1992, выпуск 641, с. 36-45.
2. Н.А.Ротанов и др. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми
двигателями. // Транспорт. 1991.
3. В.Д. Тулупов. Тяговый электропривод постоянного тока с наилучшими
технико-экономическими показателями. Сборник "Электросила", выпуск 41. Г. СанктПетербург 2002, с. 196-210.
4. В. Д. Тулупов, Ляпунова Н. Д., Кабанец С.И. Энергетические показатели новой
системы тягового привода вагонов мегрополптепа/ Тр МЭИ 1983, Вып. 608, С.36-42.